Valorization of oilfield wastewater for production of bacterial lipids

Autor: Ana Rita Marques Silva
Přispěvatelé: Pereira, M. A., Alves, M. M., Universidade do Minho
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instacron:RCAAP
CIÊNCIAVITAE
Popis: Dissertation for PhD degree in Bioengineering
Oil and gas industry are responsible for the generation of large volumes of hydrocarbon-contaminated wastewaters. In order to minimize its negative impact on the environment and public health, strict regulations were developed for its treatment and discharge into the sea, leading to a search for innovative and more sustainable strategies for its management. The aim of this thesis is to explore the feasibility of a biological process for the treatment of mineral oil wastewaters coupled with its valorization towards the production of added-value compounds. The efficient treatment of saline oilfield PW, generated during petroleum extraction process, and lubricant-based wastewater (LW) coupled with neutral lipid production by Alcanivorax borkumensis SK2 and Rhodococcus opacus B4 was demonstrated in a sequencing batch airlift reactor (SBAR). Different operational conditions (e.g. cycle duration and carbon/nitrogen ratio (Total petroleum hydrocarbons (TPH)/N)) were tested in order to optimize the treatment efficiency, 96 % and 80 % of TPH removal efficiencies in SBARAb+PW and SBARR.o+LW, respectively, and maximize lipids accumulation (85 % and 94 % of the cellular dry weight (CDW) in SBARAb+PW and SBARR.o+LW, respectively). The nitrogen availability (low TPH/N ratios) influenced the production of TAGs and WEs by A. borkumensis SK2, while the carbon source concentration (high TPH/N ratios) was determinant for the accumulation of TAGs by R. opacus B4. Furthermore, the effect of oxygen concentration on the treatment of PW in a SBAR operation was evaluated. The selection of the oxygen concentration applied allowed to direct A. borkumensis SK2 metabolism to a particular type of storage compound (TAGs, WEs or polyhydroxyalkanoates (PHAs)) maintaining a TPH removal efficiency of 90 - 95%. A. borkumensis SK2 produced a cell-bound and an extracellular biosurfactant in order to increase hydrocarbons availability and up-take, showing that PW valorization towards the production of surface-active compounds is possible. Finally, the efficient treatment of saline oilfield PW (90 - 92 % of TPH removal efficiencies) and neutral lipids production by A. borkumensis SK2 in a continuous airlift operation was shown. Was observed that the TPH/N ratio applied to the bioreactor did not influence hydrocarbons biodegradation and intracellular lipid accumulation, however an improvement on WEs and TAGs excretion was observed when lower TPH/N ratios were applied.
A indústria petrolífera é responsável pela produção de grandes volumes de águas residuais contaminadas com hidrocarbonetos. De forma a minimizar os impactos negativos no ambiente e na saúde pública, foram desenvolvidas regulamentações restritas para o seu tratamento e descarga, fomentando a procura por estratégias inovadoras e mais sustentáveis para a sua gestão. O objetivo desta tese é explorar a viabilidade de um processo biológico para o tratamento de águas residuais contaminadas com hidrocarbonetos, bem como a sua valorização para produção de compostos de valor acrescentado. O tratamento eficiente de água de produção (PW), gerada no processo de extração de petróleo, e água residual contaminada com lubrificantes (LW) acoplado com a produção de lípidos neutros por Alcanivorax borkumensis SK2 e Rhodococcus opacus B4 foi demonstrado num SBAR. Diferentes condições operacionais (duração dos ciclos e razão carbono/azoto (Hidrocarbonetos totais de petróleo (TPH) /N)) foram testadas de forma a otimizar a eficiência do tratamento (96 % remoção de TPH no SBARAb+PW e 80 % no SBARR.o+LW) e maximizar a acumulação de lípidos (85 % e 94 % do peso seco celular em SBARAb+PW e SBARR.o+LW, respetivamente). A disponibilidade de azoto (razões TPH/N baixas) influenciou a produção de triacilgliceróis (TAGs) e ésteres de ceras (WEs) pela A. borkumensis SK2, enquanto que a concentração da fonte de carbono (elevadas razões TPH/N) foi determinante para a acumulação de TAGs por R. opacus B4. Posteriormente, foi avaliado o efeito da concentração de oxigénio no tratamento de PW numa operação SBAR. A manipulação da concentração de oxigénio fornecido, permitiu direcionar o metabolismo de A. borkumensis SK2 para um tipo particular de composto de reserva (TAGs, WEs ou polihidroxialcanoatos (PHA)), mantendo uma eficiência de remoção de TPH de 90 - 95%. A. borkumensis SK2 produziu um biosurfactante extracelular e um ligado à parede celular, de forma a aumentar a disponibilidade e absorção de hidrocarbonetos, demonstrando que é possível a valorização da PW para a produção de compostos tensioativos. Finalmente, o tratamento eficiente de PW (90 - 92 % eficiências de remoção de TPH) e produção de lípidos neutros por A. borkumensis SK2 foi demonstrado num airlift operado em modo contínuo. Foi observado que a razão TPH/N aplicada ao reator não influenciou a biodegradação de hidrocarbonetos nem a acumulação de lípidos intracelulares, contudo a excreção de TAGs e WEs foi melhorada quando razões TPH/N mais baixas foram aplicadas.
The work presented in this thesis was financially supported by a PhD grant (SFRH/BD/116154/2016) from Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT I.P.) and European Social Fund (EU-ESF, Portugal 2020, POR-NORTE); and project SaltOil+ (POCI-01-0145- FEDER-030180) (Portugal 2020, COMPETE 2020) financed by FCT I.P. and the European Regional Development Fund (ERDF).
Databáze: OpenAIRE
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