Microbial metabolic activity of drilling waste

• Autorzy: Jamrozik Aleksandra , Żurek Roman , Gonet Andrzej , Wiśniowski Rafał

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2020.135762

Warianty tytułu

PL

Aktywność mikrobiologiczna odpadów wiertniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Operations conducted by petroleum industry generate an entire range of drilling waste. The chemical composition of drilling waste and its toxicity depend primarily on the geological and technological conditions of drilling, the type of drilled rock deposits and on the type and composition of the drilling mud used. In the course of drilling operations, drilling fluids are in constant contact with bacteria, fungi and other organisms infecting the mud. Pioneer species, capable of surviving and using the resources of this specific environment, are selected. For this reason, the effectiveness of microbiota survival on different types of spent drilling muds and in different dilutions with brown soil was measured. Spent drilling muds samples came from drilling operations in various regions of Poland, e.g. Subcarpathia, the Polish Lowland and Pomerania regions. Oxygen consumption after 96 h was around 20 μg·g^‒1 dry mass in soil or soil/drilling water-based mud mixture. Soil mixes contained 10 wt% synthetic base, mud had a higher oxygen consumption – 38 μg · g^‒1 dry mass. Oxygen consumption decreases sharply as the content of the spent synthetic base mud fraction increases. A higher concentration of spent SBM (35 wt%) reduced the aerobic metabolism by slightly more than 50%. A high concentration of reduced carbon decreased the respiratory quotient (RQ) value to 0.7. All the researched drilling waste shows microbiological activity. At the full concentration of drilling fluids and non-dilution options, the chemical composition (salinity, inhibitors, etc.) strongly inhibits microbiota development and consequently, respiration.

PL

Podczas prac wiertniczych generowane są znaczne ilości odpadów wiertniczych. Skład chemiczny odpadów wiertniczych oraz ich toksyczność zależy przede wszystkim od warunków geologiczno-technologicznych wiercenia, rodzaju przewiercanych utworów skalnych oraz od rodzaju i składu stosowanej płuczki wiertniczej. Rozkład polimerów organicznych przez mikroorganizmy chroniony jest w płuczce poprzez dodatek biocydów. Jednakże podczas prac wiertniczych, płuczki wiertnicze, są w stałym kontakcie z mikroorganizmami które je infekują i namnażają się tylko te gatunki mikroorganizmów, które są zdolne do przetrwania i korzystania z zasobów tego konkretnego środowiska. Z tego powodu w pracy zbadano możliwość przeżycia mikroflory w środowisku zużytych płuczek wiertniczych domieszkowanych różnymi stężeniami gleby brunatnej. Próbki płuczek pochodziły z wierceń wykonanych w różnych rejonach Polski, między innymi w rejonie Podkarpacia, Niżu Polskiego oraz rejonu Pomorza. Próbki zużytych płuczek pobrano z różnych otworów i głębokości. Zużycie tlenu po 96 godzinach oscylowało w granicach około 20 μg · g^-1 masy suchej gleby lub mieszanki gleby z płuczkami na bazie wodnej. Mieszanki glebowe domieszkowane 10% wag. płuczkami na bazie oleju syntetycznego (SBM) charakteryzowały się wyższym zużyciem tlenu wynoszącym 38 μg · g^-1 suchej masy. Zużycie tlenu gwałtownie spada wraz ze wzrostem zawartości SBM. Wyższe stężenie SBM (35% wag.) zmniejszyło metabolizm tlenowy o ponad 50%. Wysokie stężenie zredukowanego węgla (węglowodory alifatyczne) obniżyło wartość współczynnika oddychania (RQ) do 0,7. Wszystkie badane odpady wiertnicze wykazują aktywność mikrobiologiczną. Natomiast w próbkach odpadów nie domieszkowanych glebą brunatną skład chemiczny tych odpadów (zasolenie, inhibitory, biocydy itp.) silnie hamuje rozwój mikroflory, a w konsekwencji blokuje oddychanie tlenowe.

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 46, no. 4
• Strony: 33--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Jamrozik Aleksandra

• AGH University of Science and Technology, Poland

autor

Żurek Roman

• Polish Academy of Sciences, Institute of Nature Conservation, Poland

autor

Gonet Andrzej

• AGH University of Science and Technology, Poland

autor

Wiśniowski Rafał

• AGH University of Science and Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Abdelmagid, H.M. & Tabataba, M.A. (1982). Decomposition of acrylamide in soils, Journal of Environmental Quality,1, 4, pp. 701-704, DOI: 10.2134/jeq1982.00472425001100040029x.
• 2. Aslanoglu, V., Istar, E.H. & Gul, S. (2019). Experimental Investigation of Amine-and Triazine Based Biocide Effectiveness in Polymer-Based Fluids, 44th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, February 11-13, 2019.
• 3. Babaei, A., Safdari, F., Alavi, N., Bakhshoodeh, R., Motamedi, H. & Paydary, P. (2019). Co-composting of oil-based drilling cuttings by bagasse, Bioprocess and Biosystems Engineering, 43, pp. 1-12 (2020), DOI: 10.1007/s00449-019-02195-6.
• 4. Behera, B.C., Parida, S., Dutta, S.K. & Thatoi, H.N. (2014). Isolation and identification of cellulose degrading bacteria from mangrove soil of Mahanadi river delta and their cellulase production ability, American Journal of Microbiological Research, 2, 1, pp. 41-46, DOI: 10.12691/ajmr-2-1-6.
• 5. Bland, R.G., Clapper, D.K., Fleming, N.M. & Hood, C.A. (1993). Biodegradation and drilling fluid chemicals, Society of Petroleum Engineers. SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam Netherlands, 22-25 February, 1993, DOI:10.2118/25754-MS.
• 6. Buranasilp, K. & Charoenpanich, J. (2011). Biodegradation of acrylamide by Enterobacter aerogenes isolated from wastewater in Thailand, Journal of Environmental Science, 23, 3, pp. 396-403, DOI:10.1016/s1001-0742(10)60422-6.
• 7. Dilly, O. (2003). Regulation of the respiratory quotient of soil microflora by availability of nutrients, FEMS Microbiology Ecology, 43, 3, pp. 375-381, DOI: 10.1111/j.1574-6941.2003.tb01078.
• 8. Dilly, O. (2001). Microbial respiratory quotient during basal metabolism and after glucose amendment in soils and litter, Soil Biology & Biochemistry, 33, 1, pp. 117-127, DOI/;10.1016/S0038-0717(00)00123-1.
• 9. Edwards, B.R., Reddy, C.M., Camilli, R., Carmichael, C.A., Longnecker, K. & Van Mooy, B.A.S. (2011). Rapid microbial respiration of oil from the Deepwater Horizon spill in offshore surface waters of the Gulf of Mexico, Environmental Research Letters, 6, 035301, DOI: 10.1088/1748-9326/6/3/035301.
• 10. Gao, X., Chang, Y., Shi, L., Li, H., Zhao, J., Sha, B., Huang, Z. & Wang, X. (2019). Treatment of waste drilling mud by domesticated complex microbial flora, Acta Microbiologica Sinica, 59, 01, pp.134-144. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20180093-en.
• 11. Gauthier, M.J., Lafay, B., Christen, R., Fernandez, L., Acquaviva, M., Bonin, P. & Bertrand J.C. (1992). Marinobacter hydrocarbonoclasticus gen. nov., sp. nov., a new, extremely halotolerant, hydrocarbon-degrading marine bacterium, International Journal of Systematic Bacterioly, 42, 4, pp. 568-76, DOI: 10.1099/00207713-42-4-568.
• 12. Hernandez-Pérez, G., Goma, G. & Rols, J. (1998). Biodegradability of lignosulphonate by Streptomyces viridosporus strain T7A and a mixed natural microbial population. Antagonistic effects, Acta Biotechnologica, 18, 1, pp. 85-91, DOI: 10.1002/abio.370180115.
• 13. Imarhiagbe, E.E. & Atuanya, E. (2013). Aerobic degradation of drill muds by axenic and mixed bacterial isolates from drill cuttings at Ologbo, Edo State, Nigeria. Nigeria Journal of Biotechnology, 25, pp. 46-52.
• 14. Jamrozik, A., Gonet, A., Czekaj, L., Fijał, J., Ziaja, J., Wiśniowski, R. & Stryczek, S. (2017). Salinity of drilling waste as a factor deciding about its management possibilities, Przemysł Chemiczny, 96, 5, pp. 972-976. (in Polish)
• 15. Jamrozik, A., Malata, G. & Gonet, A. (2019). Suitability studies on products of roasting oily drilling waste for applications in binding materials, Przemysł Chemiczny, 98, 5, pp. 784-787. (in Polish)
• 16. Nweke, C.O. & Okpokwasili, G.C. (2003). Drilling fluid base oil biodegradation potential of a soil Staphylococcus species, African Journal of Biotechnology, 2, 9, pp. 293-295, DOI: 10.5897/AJB2003.000-1059.
• 17. Okpokwasili, G.C., Somerville, C.C., Grimes, D.J. & Colwell, R.R. (1984). Plasmid-associated phenanthrene degradation by Chesapeake bay sediment bacteria, GERBAM – Deuxième Colloque International de Bactériologie marine - CNRS, Brest, 1-5 October 1984 IFREMER, Actes de Colloques, 3, pp. 601-610 (1986).
• 18. Roberts, D.J. & Nguyen, A.H. (2006). Degradation of synthetic-based drilling mud base fluids by Gulf of Mexico sediments: Final report, U.S. Department of the Interior, Minerals Management Service. Gulf of Mexico OCS Region, New Orleans, LA. OCS Study MMS 2006.
• 19. Spohn, M. (2015). Microbial respiration per unit microbial biomass depends on litter layer carbon-to-nitrogen ratio, Biogeosciences, 12, pp. 817-823, DOI: 10.5194/bg-12-817-2015.
• 20. Steliga, T. (2011). The use of biotests in estimation of weathered drilling waste bioremediation, Archives of Environmental Protection, 37, 2, pp. 61-79.
• 21. Struchtemeyer, C.G., Davis, J.P. & Elshahed, M.S. (2011). Influence of the drilling mud formulation process on the bacterial communities in thermogenic natural gas wells of the Barnett Shale, Applied and Environmental Microbiology, 77, 14, pp. 4744-4753, DOI: 10.1128/AEM.00233-11.
• 22. Tagger, S., Truffaut, N. & Le Petit, J. (1990). Preliminary study on relationships among strains forming a bacterial community selected on naphthalene from a marine sediment, Canadian Journal of Microbiology, 36, 10, pp. 676-681, DOI: 10.1139/m90-115.
• 23. Turkiewicz, A. (2011). The role of microorganisms in the oil and gas industry, Środkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Środowiska, Rocznik Ochrona Środowiska, 13, pp. 227-420.
• 24. Wang, M., Ji, L., Li, Q. & Liu, Y. (2003). Effects of soil temperature and moisture on soil respiration in different forest types in Changbai Mountain, The Journal of Applied Ecology, 14, 8, pp. 1234-1248.
• 25. Watkins, S.H. (1970). Bacterial degradation of lignosulfonates and related model compounds Journal Water Pollution Control Federation, Research Supplement, 42, 2, Part II pp. R47-R56.
• 26. Visagie, C.M., Houbraken, J., Frisvad, J.C., Hong, S.B., Klaassen, C.H.W. Perrone, G., Seifert, K.A., Varga, J., Yaguchi, T. & Samson, R.A. (2014). Identification and nomenclature of the genus Penicillium, Studies in Mycology, 78, pp. 343-371, DOI: 10.1016/j.simyco.2014.09.001.
• 27. Zhangf, G., Dong, H., Zhao, D. & Zhang Ch.L. (2005). Microbial Diversity in Ultra-High-Pressure Rocks and Fluids from the Chinese Continental Scientific Drilling Project in China, Applied and Environmental Microbiology, 71, 6, pp. 3213-3227, DOI: 10.1128/AEM.71.6.3213-3227.2005.
• 28. Zhangf, G., Dong, H., Jiang, H. & Xu, Z. (2007). Unique Microbial Community in Drilling Fluids from Chinese Continental Scientific Drilling, Geomicrobiology, 23, 6, pp. 499-514, DOI: 10.1080/01490450600875860.
• 29. Żurek, R., Gonet, A., Stryczek, S., Czekaj, L., Fijał, J. & Kula, A. (2005). Characteristics of biological processes in drilling mudssoil systems, Mining and Geological Series. Monograph, 0474-8476, 5, pp. 335-38.
• 30. Żurek, R., Jamrozik, A. & Gonet, A. (2017). Toxicity evaluation of spent drilling mud and drilling waste, AGH Drilling, Oil, Gas 34, 1, pp. 243-258, DOI: 10.7494/drill.2017.34.1.243.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).