MX2011013904A - Reparacion de bio-pelicula en fluido de fractura. - Google Patents

Abstract

Un método de tratamiento in situ de fluido de fractura que está contaminado con un metal pesado puede incluir pasar un flujo de fluido de fractura contaminado a través de un recipiente de reactor. El recipiente de reactor puede contener una pluralidad de estructuras de retención de bio-película. Cada una de las estructuras puede estar al menos parcialmente cubierta con una bio-película. Adicionalmente, la bio-película puede incluir una pluralidad de bacterias retenidas en una matriz y la matriz puede incluir ADN, proteína y carbohidratos producidos por la bacteria.

Description

REPARACION DE BIO-PELICULA DE FLUIDO DE FRACTURA Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud de patente reclama la prioridad de la solicitud de patente provisional de E.U.A. · co-pendiente No. 61/219,239 con el titulo' ."Reparación de Bio-pelicula de fluido de fractura", presentada el 22 de Junio de 2009 y la solicitud de patente provisional de E.U.A. No. 61/219,249, con el titulo "Reparación de Bio-pelicula de agua residual con contenido metálico", presentada el 22 de Junio de 2009, cada una de las cuales se incorpora a la presente como referencia en su totalidad.

Antecedentes de la invención El esquisito de Marcellus, un miembro de. esquisitos negros de Devonian, es el depósito más grande conocido de gas natural en los Estados Unidos. Se extiende desde Ohio y Virginia del Oeste, a través de Pennsylvania y en el Sur de Nueva York, con un área de 139859.3574 kilómetros cuadrados (54,000 millas cuadradas), la cual es muchas veces el tamaño del Esquisito de Barnett.' El esquisito de Marcellus tiene el potencial de satisfacer las necesidades de gas natural de América por los años venideros.

La fracturación hidráulica es un proceso en el cual el fluido bajo presión se usa para fracturar en abierto el esquisito, tal como el esquisito de Marcellus, para mejorar enormemente la recuperación de gas natural. El fluido usado en la fracturación hidráulica (a menudo referida como "agua de fractura", "agua de frac" o "fluido de frac") es principalmente agua. Otros componentes del fluido de frac pueden incluir agente de sostén de arena, ácido clorhídrico, glutaraldheído como un biocida, cloruro de sodio, etilenglicol y diversos componentes para el control de hierro y como inhibidor a escala. La composición exacta del fluido de frac puede variar.

Una de las propiedades del fluido de frac es que es muy viscoso a fin de llevar el agente de sostén (arena) hacia las grietas en la roca. Para hacer al fluido suficientemente viscoso, se agregan polímeros (normalmente carbohidratos) al fluido de frac. El fluido de frac recolecta en forma inevitable metales desde las formaciones profundas. Algunos de estos metales pueden ser tóxicos (por ejemplo, arsénico) y/o radiactivo (por ejemplo, uranio) .

La eliminación de agua de retorno (fluido de frac) es uno de los grandes retos orientados a la recuperación del gas natural del esquisito. Cada pozo puede producir millones de galones de agua de retorno, debido a que después del proceso de fracturación aproximadamente 60% del agua usada es empujada hacia arriba del pozo mediante el gas liberado. El agua de suelo puede ser protegida al cubrirse, pero el problema yace en la eliminación segura del agua de retorno que puede contener arsénico, manganeso, cobalto, cromo, plomo, varios otros metales y desechos disueltos, asi como compuestos agregados por el fabricante. Una inquietud adicional es que el fluido de frac puede ser radioactivo con Radio 226 y Radio 228.

Los métodos de eliminación actuales son insatisfactorios por razones ambientales o económicas y no proporcionan el reciclaje del fluido de frac. Estos métodos de eliminación incluyen: diluir el fluido con el efluente del desagüe y descargarlo en un rio o corriente o transportar los desechos a instalaciones de tratamiento de aguas industriales.

Los métodos y sistemas descritos en este documento se refieren al tratamiento de fluido de fractura que se contamina con metales pesados.

Sumario de la invención En una modalidad, se describe un método de tratamiento in situ de fluido de fractura que está contaminado con un metal pesado. En ciertas modalidades, el método comprende pasar un flujo de fluido de fractura contaminado a través de un recipiente de reactor. El recipiente de reactor puede contener una pluralidad de "estructuras de retención de bio-pelicula". Esas estructuras pueden estar en cualquier configuración o forma tal como, pero no limitado a collarines, esferas, cubos, cáscara de nuez o combinaciones de ellos. Estas estructuras son usadas para agrandar el área superficial en la que la bio-pelicula crece y puede proporcionar nutrientes y suministrarlos a las bacterias. Cada una de las estructuras puede ser al menos parcialmente cubierta con una bio-pelicula. Adicionalmente, la bio-pelicula puede incluir una pluralidad de bacterias retenidas en una matriz y la matriz puede incluir ADN, proteina y carbohidratos producidos por las bacterias.

En una modalidad, la bio-pelicula puede crecer en cáscaras de nuez tal como, pero no limitado a, cáscaras de nuez, cáscaras de pistacho, cáscaras de cacahuate o combinaciones de ellas.

En otra modalidad más, el metal incluye, pero no se limita a, cadmio, hierro, níquel, radio, uranio, cobalto, plomo, manganeso, y arsénico. En una modalidad, la bio-pelicula es inerte con respecto al fluido. Adicionalmente, la matriz está electrostáticamente cargada, lo cual atrae a los metales y los mezcla en la matriz.

En modalidades selectas, las bacterias que son usadas para la bio-reparación incluyen al menos uno de los siguientes géneros. Pseudomonas, Aeromonas, Klebsiella, Bacteroides y una combinación de ellas.

En otra modalidad más, las bacterias que son usadas para bio-reparación incluyen al menos una de las siguientes: Deinococcus geothermalis, y Deinococcus radiodurans .

En otra modalidad, las bacterias que son usadas para la bio-reparación incluyen al menos una de las siguientes: Vibrio proteolyticus , Shewanella piezotoleran , Shewanella báltica y combinaciones de ellas. En otra modalidad, las bacterias que son usadas para bio-reparación pueden incluir: Pantoea agglomerans , Vibrio vulnificus y combinaciones de ellas .

En otra modalidad, un. método especifico de sitio para la reparación de bio-peliculas del fluido de fractura contaminado incluye: aislar microbios endémicos a partir del fluido contaminado con metal pesado; filtrar los microbios endémicos para la reducción y remoción del metal pesado; seleccionar cultivos de organismos de remoción de metal pesado; optimizar los cultivos para la reducción y remoción del metal pesado; y establecer una bio-pelicula de alta densidad del metal pesado que reduce los organismos dentro de ún reactor.

Breve descripción de las figuras Para un entendimiento más completo de la naturaleza y ventajas de las presentes modalidades, se debe hacer referencia a la siguiente descripción detallada junto con las figuras acompañantes.

La figura 1 describe una estructura ejemplar de un recipiente de reactor.

La figura 2 describe una estructura ejemplar de un grupo de "collarines" en los cuales pueden crecer las bacterias.

Descripción detallada de la invención Antes de que se describan las presentes composiciones y métodos, será entendido que está invención no está limitada a los procesos particulares, composiciones, o metodologías descritas, ya que estas pueden variar. También será entendido que la terminología usada en la descripción es para el propósito de describir las versiones particulares o modalidades únicamente, y no se pretende para limitar el alcance de la presente invención que será únicamente limitada por las reivindicaciones anexas. Todas las publicaciones mencionadas en la presente se incorporan como referencia en su totalidad. Nada en la presente será construido como una admisión de que la invención no está con derecho a antedatar esa descripción en virtud de la invención previa.

Como se usa en la presente, y en las reivindicaciones anexas, las formas singulares "una", "un", y "la" incluyen referencias plurales a menos que se indique claramente lo contrario en el contexto. Además, la palabra "que comprende" usada en la presente se pretende para "incluye pero no limitado a." A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente tienen los mismos significados que los comúnmente entendidos por el experto en el arte.

Como se usa en la presente, todos los términos numéricos reclamados serán leídos como procede por el término, "aproximadamente", lo cual significa más o menos 10% del valor numérico del número con el cual se está usando. Por ello, una reclamación a "50%" significa "aproximadamente 50%" y abarca el intervalo de 45%-55%.

Las formaciones de esquisitos son fracturadas usando agua o fluidos de ingeniería para liberar gas natural. Esos fluidos son usados para dividir las rocas y llevar agente de sostén (arena) a las fisuras para mantenerlas abiertas. Estos fluidos están en íntimo contacto con las rocas e, inevitablemente, recolectan iones de metal que son potencialmente . tóxicos para los humanos y/o tienen efectos nocivos para el ambiente. Los fluidos de fractura que son recuperados siguiendo el proceso de extravasación tienen propiedades similares a aquellos que fueron inyectados al inicio, con excepción de la adquisición de algunos metales, y algo de sal (NaCl) .

Los métodos y sistemas descritos en este documento se refieren a una tecnología de bio-reparación a base de bio-película que remueve impurezas tales como metales pesados del fluido de frac recuperado que puede estar en o cerca del sitio de recuperación. Este método puede permitir que el fluido de frac sea reciclado. La bio-reparación es cualquier proceso que usa microorganismos, hongos o plantas para devolver el ambiente natural alterado por contaminantes a su condición original. Este proceso permite el re-acondicionamiento del fluido de frac de retorno para su reuso. La bio-reparación de muchos compuestos sintéticos u orgánicos se realiza por microorganismos autóctonos, principalmente bacterias heterotrópicas, que transforman los contaminantes a productos intermedios, productos finales inofensivos o sustancias inmovilizadas.

Hemos descubierto que los fluidos de fractura recuperados pueden pasarse a través de una bio-película que remueve los metales pesados del fluido y captura los metales. El género bacterial que se usa para la bio-reparación puede incluir al menos uno de los siguientes géneros: Pseudomonas, Aeromonas, Klebsiella, Bacteroides y una combinación de ellas. Las cepas bacteriales especificas que pueden usarse para la bio-reparación incluyen Deinococcus geothermalis , Deinococcus radiodurans y combinaciones de ellas que son resistentes a la radiación y calor. El genoma del Deinococcus geothermalis ha sido secuenciado y ha sido diseñado un Acceso a GenBank con ID: CP000359. El genoma del Deinococcus radiodurans ha sido secuenciado con Acceso a GenBank con ID: AE000513.1 para el cromosoma 1, Acceso a GenBank con ID: AE001825.1 para el cromosoma 2, Acceso a GenBank con ID: AE001827.1 para el Rl plásmido CP1, y Acceso a GenBank con ID: AE001826.1 para el plásmido MP1. El genoma de la bacteria reductora de metal llamada Geobacter FRC-32 ha sido secuenciado con Acceso a GenBank con ID: CP001390.

En una modalidad, las cepas bacteriales especificas cultivadas y los enriquecimientos bacteriales naturales pueden seleccionarse a favor de la formación de bio-peliculas con capacidades óptimas de unión metálica.

En otra modalidad, las bacterias que son usadas para la bio-reparación incluyen al menos uno de los siguientes: Vibrio proteolyticus , Shewanella piezotolerans (con GenBank Acceso diseñado con ID: CP000472) , Shewanella báltica (con GenBank Acceso diseñado con IDs: A 743169, CP001252, CP000753, CP000891, y CP000563) y combinaciones de ellas. En otra modalidad, las bacterias que son usadas para la bio-reparación pueden incluir: Pantoea agglomerans , Vibrio vulnificus (con GenBank Acceso diseñado con IDs: AE016795 y AE016795) y combinaciones de ellas.

En ciertas modalidades, las bacterias pueden ser modificadas con una etiqueta, código de barras u otro identificador genético que permita la identificación de la fuente de la bio-película . Etiquetar y colocar código de barras de bacterias se puede hacer por cualquier método conocido para el experto en el arte tal como, pero no limitado a, modificaciones genéticas, etiquetado fluorescente y polímeros identificadores únicos. En otra modalidad más, etiquetar y/o poner código de barras de bacterias permite la detección de la maduración de bio-película. En esos métodos de identificadores únicos tales como, pero no limitado a, modificaciones genéticas, etiquetado fluorescente y polímeros únicos son utilizados para señalar la maduración de la bio-película para la reparación eficiente de fluido de fractura. Cuando las bacterias son modificadas para incluir un identificador, el identificador será reproducido mientras la bio-película crece en el recipiente. Como se usa en este documento, una referencia general a una bacteria es pretendida para incluir tanto las bacterias sin. cambios como una bacteria que está muy modificada con un identificador .

Una bio-pelicula incluye una o más cepas de bacteria dispuestas en una matriz que contiene sustancias poliméricas extracelulares tales como ADN, proteina y/o carbohidratos, algunas de las cuales pueden producirse por las bacterias.' El crecimiento en las bio-peliculas permite a las bacterias permanecer estáticas en un ecosistema poroso (es decir, suelo) , y atrapar nutrientes y metales a través de sus canales de agua. Los derivados del sistema de atrapado de las características de la matriz de polisacáridos extracelulares bacteriales (EPS) , se compone en gran parte de ácido urónico (moléculas de azúcar con dos regiones de ácido carboxílico que imparten una carga negativa total)-. Por ello, la matriz EPS actúa como un material de, intercambio de iones que inmoviliza moléculas cargadas positivamente o iones que penetran a través de los canales de agua. En algunas modalidades, la matriz puede componer aproximadamente 85% de volumen de la película, mientras las cepas de bacteria componen aproximadamente 15% del volumen de la película. Otros intervalos son posibles. Por ejemplo, la matriz puede componer aproximadamente 50% en volumen de la película, la matriz puede componer aproximadamente 60% en volumen de la película, la matriz puede componer aproximadamente 70% en volumen de la película, la matriz puede componer aproximadamente 80% de volumen de la película, o la matriz puede componer aproximadamente 90% en volumen de la película.

Las bio-películas proporcionan estructuras para atrapar materiales radioactivos y otros metales pesados. Las bio-películas pueden ser cubiertas en una matriz de polisacárido (también conocidas como "limo") que rodea la bacteria y, en algunas modalidades, componen aproximadamente 85% del volumen de las bio-películas. La matriz puede incluir un polímero aniónico. Los polímeros aniónicos son moléculas con una enorme afinidad de metales y pueden ser co-polímeros de acrilamida con contenidos incrementados de grupos acrílieos, los cuales otorgan a los polímeros sus cargas negativas. Un ejemplo de un polímero aniónico incluye, pero no se limita a, ácidos urónicos tales como alginatos. Adicionalmente, las matrices completamente cargadas pueden atrapar partículas negativas a través de sus iones de metal positivamente cargados, unidos.

En otra modalidad más, las bio-películas pueden ser formadas en superficies adecuadas también referidas como "estructuras de retención de bio-película" tales como, pero no limitadas a, collarines, esferas, cubos, cáscaras de nuez y combinaciones de ellos para establecer "reactores de lecho". Un reactor de lecho es un contenedor o recipiente que contiene un número de bio-pelicula o cubierta con una estructura a través de la cual pasa agua residual.

La figura 1 ilustra un recipiente de reactor ejemplar 10 para tratar el fluido de. fractura de retorno desde la fracturación hidráulica. El recipiente 10 incluye una estructura de tanque 15 que puede estar hecha de vidrio, cerámica, u otro material que sea resistente a la corrosión. Una abertura de admisión 42 puede estar conectada al tubo de entrada 40 para suministrar fluido a la estructura de tanque. Un tubo de salida 50 puede ser conectado a una abertura de salida 52 para la transmisión¦ de fluido que sale de la estructura de tanque. La estructura de tanque mantiene una estructura de retención de bio-pelicula 20, y una bio-pelicula 30 en donde el tubo de entrada, tubo de salida, la estructura de retención de bio-pelicula y la bio-pelicula están configuradas de modo que el fluido de fractura está uniformemente expuesto a la bio-pelicula mientras está en el recipiente .

Las estructuras de retención de bio-pelicula son cualquier estructura que proporcione área superficial en la cual la bio-pelicula puede ser unida y crecer. Las estructuras pueden ser vidrio, cerámica, o un material orgánico. Ejemplos incluyen estructuras cerámicas con forma de collarín tales como las mostradas en la figura 2, perlas de vidrio, otras estructuras conformadas como esferas, cubos u otras formas, material orgánico tal como cáscara de nuez, o combinaciones de cualquiera de estos elementos.

Antes de que el recipiente de reactor sea usado para tratar fluido de fractura, la bio-pelicula debe crecer en la estructura de tanque. Para hacer esto, las bacterias deseadas pueden ser introducidas en el recipiente, ya sea directamente desde una cepa cultivada, o indirectamente al pasar fluido de fractura u otro fluido que contenga las bacterias en el recipiente. Las bacterias se unirán a las estructuras de retención y crecerán por encim de un periodo de tiempo. El fluido será retenido en el recipiente para soportar el crecimiento, y el fluido puede incluir material que mejorará el crecimiento como azúcar, materia orgánica, u otro material para promover la reproducción de las bacterias. En algunas modalidades, se le puede permitir a la bio-película (bacterias en una matriz) que crezca hasta que logre un espesor de aproximadamente 50 mieras o más sobre sustancialmente todas las estructuras de retención.

Alternativamente, se le puede permitir crecer hasta que las bacterias componen aproximadamente 10% de volumen dé la película, aproximadamente 15% de volumen de la película, aproximadamente 20% de volumen de la película, aproximadamente 30% de volumen de la película, aproximadamente 40% de volumen de la película, o aproximadamente 50% de volumen de la- película. Otros porcentajes e intervalos son posibles, incluyendo pero no limitado a todos los números entre los porcentajes descritos con anterioridad.

En otra modalidad, el recipiente de reactor además puede incluir o estar en conexión con una válvula unidireccional 60 conectada al tubo de salida para evitar el re-ingreso del fluido en el tubo de salida 50 después de que el fluido pasa a través de la válvula. En otra modalidad más, el recipiente de reactor además puede incluir o conectarse a un regulador de flujo 70 que limita la velocidad de flujo del fluido en la cámara. El fluido de fractura puede contener biocidas tales como glutaraldehído (1, -pentanedial) para . controlar la actividad bacterial. Sin embargo, esos biocidas no se introducen en forma deseable en un recipiente de reacción como se describe en la presente. En esas situaciones, antes de que el fluido de fractura se introduzca al recipiente de reacción, el fluido puede ser pasado a través de un recipiente de tratamiento en donde el glutaralheido y otro biocida pueden ser removidos, tal como por neutralización química. Alternativamente, la bio-película puede dar tiempo adicional para adaptarse al biocida. Los tiempos de adaptación y condiciones de adaptación han sido mostrados en por ejemplo, Laopaiboon et al., "Efecto del biocida gluteraldehído en contactos biológico de rotación a escala de laboratorio y eficacia del biocida." Electronic Journal of Biotechnology, vol. 9, no. 4 (15 de Julio de 2006) .

La bio-pelicula puede incluir o ser producida por una bacteria que remueve un metal pesado tal como cadmio, hierro, níquel, radio, uranio, radio, cobalto, plomo, manganeso, arsénico o combinaciones de ellos. Por ejemplo, las bacterias pueden incluir por lo menos una de las siguientes: Deinococcus geothermalis , Deinococcus radiodurans y combinaciones de ellas.

La figura 2 muestra un grupo de collarines hechos de cerámica u otro material inerte en el cual puede crecer una bio-película como estructuras de retención de bio-películas . El collarín puede estar hecho de un material que no reacciona con la bio-película, tal como vidrio o cerámica. Alternativamente, las estructuras de retención pueden estar hechas de material orgánico, tal como cáscara de nuez, que proporciona nutrientes a la bio-pelicula .

En una modalidad, un método para tratar el fluido de fractura de la fracturación hidráulica del esquisito incluye recolectar fluido de fractura de retorno del esquisito fracturado; pasar el fluido fracturado a través de un recipiente de reactor para remover uno o más metales pesados desde el fluido de fractura; y reutilizar el fluido de fractura en otra operación de fracturación del esquisito. En una modalidad, el re-uso del fluido de fractura puede comprender introducir el fluido de fractura de vuelta a la fuente natural después de la remoción de los metales pesados. Los metales pesados pueden incluir, por ejemplo, cadmio, hierro, níquel, radio, uranio, cobalto, plomo, manganeso o arsénico.

Volúmenes muy grandes de fluido de fractura pueden pasar a través de estos reactores de lecho fijo. Las bio-películas pueden separar virtualmente todos los iones de metal desde el agua en tanto que se mantengan dos condiciones: 1) Biocidas que se usan rutinariamente . para controlar la actividad bacterial en fluidos de fractura pueden ser completa o parcialmente removidos. Estos compuesto orgánicos (normalmente glutaraldehído) son normalmente removidos por neutralización química. 2) Reactores de lecho fluidizado deben ser usados si existe una tendencia significativa a rellenar el reactor con ya sea el fluido que es procesado, o con la bio-película crecida en respuesta a la presencia de nutrientes orgánicos en el fluido. Los reactores de lecho fijo pueden usarse si la viscosidad del fluido es tratada de tal modo que el rellenado al límite puede ser eludido. Los metales pueden ser precipitados por las condiciones químicas y físicas dentro del biorreactor, en el cual los cambios de pH pueden otorgar ciertos metales como insolubles, y las valencias de algunos metales pueden ser cambiadas por condiciones de oxidación o reducción.

La remoción de metales puede ser medida por absorción atómica hasta que se obtiene el nivel óptimo de remoción. Cuando un alto grado de remoción de metal ha sido obtenido (es decir, mayor al 100% de remoción), la población de microbios en las estructuras de retención de bio-película puede ser analizada por el método Ibis u otro método, y la composición de especies de la población de microbios que muestra la mejor cinética de remoción de metales puede ser registrada. De esa forma, uno puede determinar una especie de microbios adecuada para enfocarse en la remoción de un metal particular .

Los metales pesados que pueden ser removidos por los métodos y sistemas descritos anteriormente incluyen, pero no se limitan a, cadmio, hierro, níquel, radio, uranio, cobalto, plomo, manganeso y arsénico. Las bio-peliculas de microbios pueden atrapar iones metálicos y remover metales tóxicos de los fluidos de fractura.

" En una modalidad, la bio-reparación puede ocurrir mientras el agua pasa a través de la bio-película. La bio-pelicula puede convertir los metales a estados de valencia en los cuales no son tóxicos y/o insolubles de modo que no pueden disponerse en formas más económicas y más seguras. Un ejemplo es la conversión de uranio a partir del móvil de valencia 2x a la valencia 6x en la cual está un precipitado fino, negro, insoluble. La reparación puede no "eliminar" el metal, pero la bacteria puede convertir los metales de un estado de valencia a otro. Esta conversión, a la vez, proporciona energía para los procesos metabólicos bacteriales. El sistema de atrapado puede surgir al menos en parte de las características de la matriz extracelular . Por ejemplo, una matriz que sustancialmente incluye ácidos urónicos, que son moléculas de azúcar con dos regiones de ácido carboxílico que imparten una carga negativa total, puede actuar como material de intercambio de iones. Ese material inmovilizarla cualquier molécula positivamente cargada o iones que penetran sus canales abiertos de agua. Las matrices completamente cargadas inclusive · pueden atrapar partículas negativas a través de sus iones de metal positivos, unidos.

En una modalidad, las bio-películas y sus derivados pueden actuar como "esponjas" moleculares para atrapar metales pesados en fluido de frac. Inclusive sin el conocimiento completo de la composición química de fluido de fractura, los biocidas presentes en el fluido de frac pueden neutralizarse con químicos. El fluido enseguida es pasado a través de reactores de bio-película muy similares a los usados en operaciones de "bombear y tratar" para columnas de sub-superficies de bio-reparación de contaminantes orgánicos. Estos reactores de bio-película atrapan muchos metales y alteran los estados de valencia de ellos para producir depósitos insolubles a partir de entidades solubles.

Los reactores de lecho descritos en la presente pueden ser transportables, y pueden usarse in situ, tal como en el sitio en donde ocurre la remoción de aguas residuales. Por ejemplo, una bio-película de multi-especies puede crecer en la superficie de un reactor montado en camión. Después de la neutralización de los biocidas, el fluido de frac contaminado es bombeado a través de un biorreactor. Los metales se unen a la bio-película y son removidos del fluido de frac. El fluido de frac tratado enseguida está libre de metales y puede ser bombeado y reutilizado sin dañar a nadie.

Una vez que la composición de metal en el fluido de frac contaminado es conocido, las bacterias específicas pueden seleccionarse para la bio-película a fin de permitir que el contaminante eficiente de cada metal (por ejemplo, Schewanella que hace 6X valencias de uranio) . Por ello, las comunidades polimicrobiales complejas, de sitio específico, únicas y otras soluciones de bio-reparación pueden aplicarse con base en las necesidades de descontaminación de sitios individuales, ya que no todos los sitios producen el mismo conjunto de productos de desechos. La ventaja de esta técnica es la capacidad de primero caracterizar la contaminación a un nivel molecular y enseguida desarrollar aproximaciones destinadas a bio-reparar en forma eficiente. Debido a que los elementos indeseados adquiridos por los fluidos de fractura son metales, la simple remoción de estos metales hará que estos fluidos sean adecuados para reutilizarse o para su eliminación segura. Si están ausentes los metales tóxicos de los fluidos de fractura recuperados, se puede recupera el exceso de sal mediante destilación, y se usan en forma segura para muchas aplicaciones de rutas (por ejemplo, camino salinados en invierno) .

Después de la bio-reparación, los polímeros en el fluido de frac pueden estar en gran parte sin cambios, de modo que el fluido (menos metales) puede ser reutilizado o sujeto a otro proceso de reparación. Después de muchos usos, el biorreactor montado en camión pueden ser conducido a una ubicación específica; las bio-películas pueden ser disueltas con blanqueador, un compuesto antibacterial, un compuesto anti-fungicida o combinaciones de ellos. Los metales pueden ser recuperados para su explotación comercial o eliminados en forma segura. Las estructuras de retención de bio-película enseguida pueden usarse para regenerar nuevas bio-películas para reutilizar el reactor.

En una modalidad, la bio-película puede ser regenerada, después de diversos años de uso. En ciertas modalidades, la bio-película puede ser regenerada después de que la eficiencia de absorción de metal cae por debajo del 80%. En otra modalidad más, la bio-película puede ser regenerada después de que la eficiencia de absorción de metal cae por debajo de 70%. En otra modalidad, la bio-película puede ser regenerada después de que la eficiencia de metal cae debajo del 60%.

En una modalidad, los métodos de eliminación y regeneración de estructuras de retención de bio-pelicula que usan un biocida se pueden usar. Los biocidas pueden usarse para eliminar bio-peliculas después de mucho uso o cuando la bio-pelicula alcanza la saturación de absorción de metal. En una modalidad, la bio-pelicula puede ser regenerada después de que la eficiencia de absorción de metal cae por. debajo de 80%. En otra modalidad más, la bio-pelicula puede ser regenerada después de que la eficiencia de metal cae por debajo de 70%. En otra modalidad, la bio-pelicula puede ser regenerada después de que la eficiencia de absorción de metal cae por debajo del 60%.

El biocida puede incluir blanqueador, antibacterial, anti-fungicida y composiciones de los mismos. En ciertas modalidades, 5% de v/v de blanqueador se usa por aproximadamente 4 horas para digerir la bio-pelicula. Puede recolectarse más de aproximadamente 1 semana para regenerar la bio-pelicula . En una modalidad, las bacterias son inoculadas y crecen en un medio que contiene nutrientes tales como, pero no limitados a, caldos de soya tripticasa.

Los reactores de bio-pelicula pueden montarse en un vehículo tal como un camión, de modo que la bio-reparación efectiva puede permitir el re-uso local del fluido de fractura en el campo. Un reactor ejemplar puede tener un tanque que es de aproximadamente 3 metros de diámetro y aproximadamente 2 metros de altura. Además, la eficiencia del tratamiento puede ser monitoreada por fotometría por flama, de modo que este re-uso puede ser virtualmente inmediato.

EJEMPLO Una bio-película puede formarse en un recipiente de reacción de vidrio que tiene un volumen de aproximadamente 10 litros. El recipiente puede ser rellenado a la mitad ó 2/3 del nivel con collarines cerámicos que tienen una dimensión de promedio máximo de 6 mm. Una cucharada de tierra de una ubicación que ha sido expuesta al fluido de fractura de retorno puede agregarse al recipiente, y aproximadamente 50 mi del fluido puede ser recolectado y agregado al recipiente. El fluido puede ser ciclado lentamente a través del recipiente hasta que una bio-película crece en los collarines para formar una película que se observa visualmente que cubre sustancialmente las superficies expuestas de los collarines. Por ejemplo, el fluido puede ser ciclado de 30-50 veces, con cada ciclo que le permite al fluido ser expuesto a la película por aproximadamente 8-10 minutos. Después de que la película se forma en esta forma, se puede recolectar fluido de fractura adicional y pasarse a través del recipiente para la remoción de metales a una velocidad de flujo que permite al fluido ser expuesto a la bio-pelicula por al menos 8-10 minutos.

Será apreciado que varias de las características y otras funciones descritas anteriormente, o alternativas de las mismas, pueden ser combinadas deseablemente en muchos otros diferentes sistemas o aplicaciones. También será apreciado que diversas alternativas, modificaciones, variaciones o mejoras imprevistas o no anticipadas en la misma pueden ser subsecuentemente hechas por los expertos en el arte que también pretenden ser abarcadas por las modalidades descritas.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a cabo la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (24)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Un método para tratar fluido de fractura desde la fracturación hidráulica del esquisito, caracterizado porque comprende : recolectar el fluido de fractura de retorno desde un esquisito fracturado; pasar el fluido de fractura a través de un recipiente de reactor para remover uno o más metales pesados del fluido de fractura, el recipiente de reactor contiene una pluralidad de estructuras de retención de bio-pelicula, en donde cada una de las estructuras está al menos parcialmente cubierta con una bio-pelicula; y reutilizar el fluido de fractura en un esquisito de gas.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la bio-pelicula comprende una pluralidad de bacterias retenidas en una matriz producida por las bacterias.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende, antes de recolectar: introducir tierra que ha sido expuesta al fluido de fractura en el recipiente; recolectar una cantidad de fluido de fractura; •ciclar el fluido de fractura a través del recipiente hasta que la bio-pelicula crece en las estructuras de retención a un nivel que sea suficiente para remover los uno o más metales pesados desde el fluido de fractura.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque reutilizar el fluido de fractura comprende introducir el fluido de fractura de vuelta en una fuente natural después de la remoción del metal pesado.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el metal pesado comprende cadmio, hierro, níquel, radio, uranio, cobalto, plomo, manganeso o. arsénico .

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las estructuras comprenden un material de vidrio o cerámico inerte. '

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las estructuras comprenden un material orgánico que tiene una forma irregular.

8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 9, caracterizado porque las bacterias comprenden al menos uno de las siguientes: Deinococcus geothermalis , Deinococcus radiodurans , y combinaciones de ellas .

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: la bio-pelicula comprende bacterias y una matriz; y la matriz comprende un material cargado negativamente que atrae iones positivos de metal del metal pesado y mezcla el metal en la matriz.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso comprende fluir el fluido de fractura a través del recipiente a una velocidad de flujo que provoca que el fluido sea expuesto a la bio-pelicula por aproximadamente 8 a aproximadamente 10 minutos.

11. Un recipiente de reactor para tratar, fluido de fractura desde la fracturación hidráulica, caracterizado porque comprende: un recipiente; una entrada configurada para recibir fluido de fractura en el recipiente una estructura de retención de bio-pelicula contenida dentro del recipiente; y una bio-pelicula que cubre una porción sustancial de la estructura de retención, la bio-pelicula comprende una bacteria y una matriz que removerá un metal pesado del fluido de fractura; y una salida configurada para expulsar fluido de fractura tratado desde el recipiente; en donde la entrada, la salida, la estructura de retención de bio-pelicula y la bio-pelicula son configuradas de modo que el fluido de fractura está uniformemente expuesto a la bio-pelicula mientras está en el recipiente.

12. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende: un tubo de salida conectado a la salida; y una válvula unidireccional conectada al tubo de salida y colocada para evitar el reingreso del fluido al tubo de salida después de que el fluido pasa a través de la válvula.

13. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el metal pesado comprende cadmio, hierro, níquel, radio, uranio, cobalto, plomo, manganeso, arsénico o una combinación de ellos.

14. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las bacterias' comprenden al menos una de las siguientes: Deinoccocus geothermalis , Deinoccocus radiodurans, y una combinación de ellas.

15. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende un regulador de flujo que limita la velocidad de flujo del fluido en el recipiente.

16. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las estructuras comprenden un material de vidrio o cerámica inerte.

17. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las estructuras comprenden un material orgánico que tiene una forma irregular .

18. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la matriz comprende un material cargado negativamente que atrae iones positivos de metal del metal pesado y mezcla el metal en la matriz.

19. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 9, caracterizado porque las bacterias comprenden al menos una de las siguientes: Vibrio proteolyticus , Vibrio vulnificus y una combinación de ellas.

20. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 9, caracterizado porque las bacterias comprenden al menos una de las siguientes: Shewanella piezotolerans , Shewanella báltica y una combinación de ellas.

21. El método de conformidad con cualquiera, de las reivindicaciones 2 ó 9, caracterizado porque las bacterias comprenden Pantoea agglomerans .

22. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las bacterias comprenden al menos una de las siquientes: Vibrio proteolyticus, Vibrio vulnificus y una combinación de ellas.

23. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las bacterias comprenden al menos una de las siguientes: Shewanella piezotolerans, Shewanella báltica y una combinación de ellas.

24. El recipiente de reactor de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las bacterias comprenden Pantoea agglomerans. -