Submitted by Programa de Pós-graduação em Biotecnologia (mebiotec.ufba@gmail.com) on 2017-04-05T12:59:59Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Final - Diego Montes.pdf: 3792184 bytes, checksum: 932c7d285674a48aa5a90cb88c53dd85 (MD5) / Approved for entry into archive by Delba Rosa (delba@ufba.br) on 2017-07-03T15:41:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao Final - Diego Montes.pdf: 3792184 bytes, checksum: 932c7d285674a48aa5a90cb88c53dd85 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-03T15:41:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Final - Diego Montes.pdf: 3792184 bytes, checksum: 932c7d285674a48aa5a90cb88c53dd85 (MD5) / CAPES / As Bactérias redutoras de sulfato (BRS) são de enorme importância do ponto de vista industrial e ambiental. O sulfeto produzido pelas BRS constitui um grande problema para o setor petrolífero por causar da biocorrosão nas instalações e por ser tóxico ao ser humano. O monitoramento dessas bactérias é realizado com frequência a fim de qualificar o tratamento para prevenir a produção de sulfeto. O tratamento comumente utilizado é a injeção de biocidas cuja utilização deve ser proporcional a densidade de BRS a fim de minimizar danos econômicos e ambientais. O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um método indireto, baseado no consumo de aceptores de elétrons (sulfato) para monitorar populações de BRS. A metodologia consistiu, a princípio, no desenvolvimento de um método de análise por cromatográfia de íons que, além do sulfato e nitrato, pode também separar outros 15 ânions como: tungstato, sulfeto, fosfato, molibdato, oxalato, nitrito, cloreto, piruvato, butirato, propionato, acetato, fluoreto, formiato, succinato e citrato. O método de avaliação foi testado para se ajustar aos padrões regidos pelo INMETRO e ANVISA (órgãos brasileiros de regulamentação). Adicionalmente foi realizada a adaptação de um método espectrofotométrico para determinação de sulfato para assim auxiliar o processo cromatográfico. O tempo de corrida no cromatografo foi de 45 minutos que foi inferior ao método fornecido pelo fabricante e com um LD de 574,2 e 127,1 μg L-1 para sulfato e nitrato, respectivamente. As análises espectrofotométricas foram eficientes para medir sulfato e nitrato entre o intervalo de 40 e 200 mg L-1. A associação da cinética microbiana de crescimento e consumo de sulfato foi realizada em cultura pura de BRS e em cultura mista de amostras ambientais. Para testes com cultura pura foi utilizada uma cepa de BRS considerada como modelo experimental para o grupo, a bactéria Desulfovibrio vulgaris. Para testes com cultura mista foram utilizados consórcios microbianos coletados de amostras de água produzida de petróleo e do Rio Camarajipe, Salvador-BA. Foi observado que a D. vulgaris apresentou uma taxa de crescimento de 0,67 h-1 em meio rico contendo sulfato, mas é capaz de crescer na presença de nitrato com taxas próximas de 0,34h-1 e um consumo de nitrato de ≅22mg L-1h-1. Esse resultado ilustra a ineficiência do uso isolado de nitrato para controlar BRS em poços de petróleo. Os testes relacionando a variação da densidade de D. vulgaris em meio de cultura com fonte de carbono e aceptor de eletron (SO4 2-) em concentrações padronizadas demostrou alta correlação linear (R2 ≥ 99%). Esse resultado comprova viabilidade de usar o Modelo de Monod para quantificar biomassa dessa cultura em apenas 12 horas de teste, ao invés de 28 dias como é o caso da técnica de NMP. A sensibilidade do método esta entre as densidades de 102-108 cel/mL. Os resultados foram menos significativos com culturas mistas de BRS provinda de amostras ambientais, mas, os resultados sugerem que ajustes na técnica podem melhorar seu desempenho. / Sulphate reducing bacteria (SRB) are of significant environmental and industrial importance. SRB produces significant amounts of sulphite that can cause bio-corrosion on industrial installations and be toxic to humans. Monitoring the presence of such bacteria is an activity frequently required in order to determine treatment and prevent sulphite production during petrol exploration. Injection of biocides is commonly used for this purpose and should be proportional to SRB present in the environment in order to avoid economic and environmental drawbacks. The objective of this work was to develop an indirect method for monitoring SRB population in situ based on the consumption ratios of electron acceptors such as sulphate. First, it was necessary to adapt a chromatographic method for detecting ions such as sulphate and nitrate, but the approach has also showed to be successful for separating 15 other anions such as tungstate, sulphite, phosphate, molibdate, oxalate, nitrite, chlorate, pyruvate, butyrate, propionate, acetate, fluorite, formiate, succinate and citrate. The chromatographic approach is robust to pass the “INMETRO” and “ANVISA”, the Brazilian regulation agencies. Additionally, the chromatographic approach was also tested against a spectrophotometric method for determine sulphate. The chromatographic run achieved was of 45 min only, compared to a longer period suggested by the manufacturer and with a detection limit of 574.2 and 127,1mg l-1 for sulphate and nitrate, respectively. The spectrophotometric approach was efficient for detecting sulfphate and nitrate at the range of 40 to 200mg l-1. Sulphate consumption versus the biomass activity of SRB was first tested using pure culture and later with environmental mixed cultures. Desulfovibrio vulgaris was used as a biological model representing SRB for the tests with pure culture. Two different consortiums were used for testing environmental SRB mixed cultures, one collected at the Camarajipe River, Salvador-BA, and cells grown from industrial produced water obtained from oil wells. It was observed that D. vulgaris showed a growth rate of about 0,67 h-1 in rich media with sulphate as sole electron acceptor, but the culture was also able to grow on nitrate with an average consumption of ≅22mg L-1h-1 and a growth rate of 0.34 h-1. This result suggest the inefficiency of using nitrate as means to control SRB in oil wells once some SRB can utilize it as electron acceptors. Tests correlating the variation of D. vulgaris initial biomass with sulphate consumption rate at standard conditions of carbon source and electron acceptor concentrations showed to be of statistical significance (R2 ≥ 99%). This result strongly support the tested method, which is based on the Monod model, for measuring bacterial biomass within only 12 hours instead of 28 days such as required by the most probable number technique (MPN). The sensitivity of the method was set between 102-108 cel/ml, but the results were less significant when tested with mixed environmental cultures. Nonetheless, the result showed that some adjustment in the technique may improve its performance.

[pt] O uso de produtos biocidas de baixa eficiência ou que apresentem elevado caráter tóxico podem levar a sérias conseqüências em termos dos efeitos para a recuperação do petróleo e, também, relacionadas com aspectos de saúde ocupacional e de meio ambiente. Assim, foi desenvolvido um estudo para selecionar, dentre as bases ativas disponíveis no mercado, aquelas ativas biocidas com potencial de aplicação em sistemas de injeção de água do mar para recuperação secundária de petróleo. O estudo foi dividido em duas etapas: ensaios de laboratório em condições semi-estáticas de fluxo e ensaios de laboratório em condições dinâmicas de fluxo. Na etapa de avaliação das bases ativas sob condições semi-estáticas, foram selecionadas apenas as bases ativas sulfato de tetra-hidroximetilfosfônio (THPS) e o sal quaternário de amônio (QAT), cloreto de dialquil dimetil benzil amônio para os testes sob condições dinâmicas de fluxo devido à elevada eficiência e menor caráter tóxico. Os ensaios sob condições dinâmicas indicaram que, em presença de um biofilme maduro e com elevada contaminação por bactérias planctônicas, o tratamento com 10 ppm(v) do produto contendo o QAT, isoladamente, não foi suficiente para reduzir significativamente a contaminação no sistema. O tratamento com 150 ppm(v) do produto contendo a base ativa sulfato de THPS apresentou elevada eficiência para a inibição da concentração de bactérias planctônicas e eficiência regular para bactérias redutoras de sulfato mesófilas (m-BRS) aderidas aos corpos- de-prova (biofilme). O tratamento com ambos os produtos apresentou elevado efeito, tanto sobre os microrganismos planctônicos quanto os aderidos aos corpos- de-prova. / [en] The use of biocides products of low efficiency or that present high toxic character can take serious consequences in terms of the effects for the oil recovery and also, related with aspects of occupational health and environment. Thus, it was developed a study in order to select, among the available active bases in the market, the ones with potential of application in sea water injection systems for secondary oil recovery. The study was divided in two stages: laboratory assays in half-static conditions of flow and laboratory assays in dynamic conditions of flow. In the stage of active bases evaluation under half-static conditions, only the active base tetra(hydroxymethyl)phosphonium sulphate (THPS) and the ammonium quaternary salt (QAT), ammonium dimetil dialquil benzil chloride had been selected for the tests under dynamic conditions of flow due its high efficiency and low toxic character. The evaluation under dynamic conditions had indicated that in presence of a mature biofilm and with high planktonic bacteria contamination, m-SRB and GAnB, the treatment with only 10 ppm(v) of the product containing the QAT was not enough to reduce significantly the contamination in the system. The treatment with 150 ppm(v) of the product containing the active base THPS showed high efficiency for the inhibition of the planktonic bacteria concentration and regular efficiency for mesophilic sulphate-reducing bacteria (m-SRB) adhered to the coupon (biofilm). The treatment with both products presented high efficiency not only on the planktonic microorganisms but also the adhered ones to the coupon.

M.Tech. (Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Technology), Vaal University of Technology / Corrosion responses of some carbon steels, stainless steel and copper alloys in the presence of a culture of bacteria (referred to as SRB-Sulphate-reducing bacteria) found in industrial heat exchangers, was studied to recommend best alloys under this service condition, with techno-economic consideration. Water from cooling towers in three plants in a petrochemical processing complex were analysed for SRB presence. Two of the water samples showed positive indication of SRB presence. The mixed cultures obtained from plant one were grown in prepared media and incubated at 35 °C for 18 days. Potentiodynamic polarisation studies in anaerobic conditions were done on the selected alloys in aqueous media with and without the grown SRB. Scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were then used to study the corrosion morphology and corrosion products formation. The voltamograms show higher icorr for alloys under the SRB compared to the control media, indicating the SRB indeed increased the corrosion rates. The surface analysis showed pitting on steel alloy ASTM A106-B. Localised attack to the grain boundaries on a selective area, was seen on ASTM A516-70 dislodging the grains, and intergranular corrosion was seen throughout the exposed area of ASTM A179. Copper alloys showed pitting on ASTM B111 grade C71500 (70-30), and denickelification on ASTM B111 grade C70600 (90-10), and is a good alternative material for use apart from carbon steel alloys, recording a low corrosion rate of 0.05 mm/year. The EDS analysis supported the findings showing higher weight percent of iron and sulphur on surface of the alloys after exposure to the SRB media. This implies that the presence of the sulphur ion indeed increased the corrosion rate. ASTM A516-70 carbon steel was chosen as a suitable alternative material to the stainless steel in this environment. The Tafel plot recorded a corrosion rate of 1.08 mm/year for ASTM A516-70 when exposed to SRB media.

[pt] Este trabalho teve por objetivo avaliar a morfologia de biofilmes, formados em superfície de aço API 5L X80 submetida a um fluido com baixo BSW (Basic Sediment Water), ou seja, baixo teor de água em óleo, através de análise por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), determinar a cinética e quantificar os grupos bacterianos de formação destes biofilmes, e avaliar a biocorrosão causada por estes microrganismos. Foram realizadas alterações no protocolo original de preparo de amostras, com a finalidade de obter melhor definição das morfologias avaliadas. Realizaram-se estudos dinâmicos (looping) e em condições estáticas, com e sem a adição de agente biocida. Utilizando-se como fluido de processo o óleo coletado no terminal da Petrobras em Barra do Furado que tem como característica um BSW de aproximadamente 1 por cento de água. Para alcançar os objetivos descritos foram quantificadas bactérias sésseis (bactérias facultativas heterotróficas, bactérias precipitantes do ferro, bactérias anaeróbias heterotróficas e bactérias redutoras de sulfato) através da técnica do número mais provável (NMP). A intensidade do processo corrosivo foi avaliada através da análise dos pites formados nos cupons por microscopia óptica. A seqüência de fixação com alteração do protocolo inicial, permitiu uma melhor preservação estrutural do biofilme obtendo-se assim imagens com melhor resolução, tendo em vista que a fixação primária com glutaraldeído fixa principalmente proteínas pelo estabelecimento de ligações divalentes com grupamento amino, e a pós-fixação em tetróxido de ósmio reage com os lipídios. Quanto a cinética, observou-se também que na presença de fluido oleoso, a formação do biofilme só é detectada após 15 dias de exposição. A adição do agente biocida inibiu o crescimento do biofilme, não sendo detectada a presença de células cultiváveis após 7 dias em contato com o fluido contendo o agente químico. / [en] This study aims to evaluate the morphology of biofilms formed on the surface of API 5L X80 steel exposed to a low BSW (Basic Sediment Water) fluid comprising oil of a low water content. The analisys was performed using scanning electron microscopy (SEM) in order to determine the formation kinetics, to quantify and identify the bacterial groups present as the film formed, and to evaluate the biocorrosion caused by these organisms. Modifications were made to the original sample preparation protocol, in order to better define the film morphologies. Studies were undertaken applying either static or dynamic (looping) conditions, bith with and without the addition of biocides. The process fluid used was oil collected from the Petrobras Barra do Furado Terminal, characterized by its 1 percent BSW. The evaluation was performed quantifying the sessile bacteria present in the film (heterotrophic bacteria, iron bacteria, anaerobic bacteria e sulphate reducing bacteria) via the Most Probable Number (MPN) technique. The intensity of the corrosion process was determined by the analysis of pits forme in the testpieces, by optical microscopy. The application of a sample fixation sequence, in addition to modifications of the inicial sample preparation protocol, permitted the improved preservation of the biofilm structures, thereby permitting higher resolution images. The primary fixing agent, containing gluteraldehyde, principally fixes proteins, by establishing divalent bonds with amino groups, while the post-fixation stage with osmium tetroxide invloves reactions with lipid groups.With regard to the film deposition kinetics, it was observed that biofilm formation could only be detected after 15 day s exposure to the oily fluid. The addition of a biocide, inhibited the growth of the film, no cultivatable cells being present after 7 days contact with the treated fluid.

[pt] A Corrosão Influenciada por Microrganismos (CIM) ou biocorrosão é reconhecida como um dos fenômenos causadores de inúmeros problemas nas indústrias de petróleo e gás, pois causa sérios danos ao material reduzindo sua vida útil. Neste trabalho foram avaliados os efeitos da biocorrosão caracterizado pela cinética de formação de biofilme em uma junta soldada longitudinal de aço API X80 obtida pelo processo de arco submerso (SAW). Durante o processo de soldagem forma-se uma região com características microestruturais distintas do metal de base e do metal de adição, denominada de zona termicamente afetada (ZTA). Assim essa zona poderá ter uma adesão microbiana diferenciada, visto que diferenças superficiais em um material, seja por natureza química ou física, podem limitar ou facilitar a adesão microbiológica. Por esse motivo foi realizado um estudo comparativo entre a cinética da formação de biofilme na junta soldada de um aço API X80. Também foi avaliada a influência das características físicas da superfície na adesão microbiana utilizando dois tipos de superfície: com a rugosidade original e polido com pasta de diamante com granulação de 6μm. Estas superfícies foram expostas ao fluido de processo (água do mar da Baía de Guanabara) em um sistema dinâmico. Foram realizadas tanto a quantificação microbiana, como também a quantificação dos ácidos orgânicos, sulfato depletado e ferro total para avaliar os nutrientes disponíveis e a bioatividade das reações bacterianas. A rugosidade superficial e o biofilme formado foram caracterizados morfologicamente e a sua presença correlacionada com a formação de pites. / [en] The Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) or bio-corrosion is recognized as one of the phenomena that cause a lot of problems in petroleum and gas industries, because it causes serious damages to the materials, reducing its life cycle. This study evaluated the effects of bio-corrosion characterized by the biofilm formation kinetics in longitudinal welds of API 5L X80 steel obtained by the process of submerged arc welding (SAW). During the welding process a region with different microstructural characteristics of the base metal and weld metal is formed, called heat affected zone (HAZ). Thus this zone can have a differentiated microbial adhesion since the different surfaces of a material, either by chemical and physical nature, can limit or facilitate the microbial adhesion. For this reason a comparative study of biofilm formation kinetic on the welded joint was conducted. The influence of the physical characteristics of the surface in microbial adhesion was also evaluated using two kinds of surface: steel with real roughness and steel polished with diamond paste with grain size of 6 μm. These surfaces were exposed to the process fluid (Guanabara Bay seawater) in a dynamic flow system. The microbial quantification was held. Organic acids, depleted sulfate and total iron were also measured to evaluate the available nutrients bioactivity of bacterial reactions. Surface roughness and biofilm were characterized morphologically and correlated with pitting formation.