BIOREMEDIATION OF DESALINATED PRODUCED WATER FROM THE SAUDI ARAMCO OIL INDUSTRY. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MSc. Thesis) Full Master Thesis Saad.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 14 September 2026. Download (1MB)

Arabic Abstract

تُنتج عمليات استكشاف واستخراج النفط كميات كبيرة من المياه المصاحبة للنفط، (Produced Water - PW)، بمعدل ثلاثة براميل من مياه التكوين مقابل كل برميل نفط مستخرج. وتمتاز هذه المياه بملوحتها العالية، التي قد تصل إلى 30\% (وزن/حجم) من كلوريد الصوديوم، كما تحتوي على مركبات نفطية ومعادن ثقيلة. في السابق، كانت هذه المياه تُصرف في البيئة دون معالجة، مما تسبب بآثار سُمّية بالغة، لا سيما أن المركبات الهيدروكربونية تُشكل الجزء الأكبر من الملوثات. وفي هذا السياق، تم إجراء دراسة لتحليل المركبات الهيدروكربونية الموجودة في المياه المعالجة من مياه التكوين (Desalinate Produced Water - DPW) باستخدام تقنية كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة (GC-MS)، إلى جانب تحليل عدد من المعايير الكيميائية. كشفت التحاليل الكيميائية عن انخفاض ملحوظ في تركيز كلوريد الصوديوم إلى 0.1\%، كما أظهرت انخفاضًا في تراكيز النترات (0.30 ملغم/لتر)، الفوسفات (0.63 ملغم/لتر)، والكبريتات (1.20 ملغم/لتر). كذلك، كانت مستويات المعادن الثقيلة شبه معدومة، حيث جاءت معظم القيم أقل من 0.1 جزء في المليون. كما بيّنت نتائج التحليل أن غالبية المركبات العضوية المكتشفة هي مركبات كبريتية حلقية غير متجانسة تحتوي على روابط كربون-كبريت (C-S)، مثل ثنائي هيدرو ميثيل ثيازين، لانثيونين، هيكساثيان، تيترا ثيونين، ترايثيان، وأوكتاثيان الحلقي. وبلغ تركيز الكربون العضوي الكلي (TOC) نحو 200 جزء في المليون، ويتكوّن بشكل رئيسي من هذه المركبات الكبريتية، لا من الهيدروكربونات. وبناءً على ذلك، تم إطلاق دراسة تهدف إلى عزل وتوصيف بكتيريا قادرة على تحليل هذه المركبات الكبريتية الموجودة في مياه DPW. ولأجل ذلك، تم استخدام عينات تربة لعزل البكتيريا باستخدام مياه DPW كمصدر وحيد للكربون. وأسفرت النتائج عن عزل سلالتين فعالتين من البكتيريا سالبة الجرام، وهماPseudomonas koreensis وPseudomonas fluorescens، واللتان أظهرتا قدرة على استخدام المركبات الكبريتية الحلقية كمصدر رئيسي للكربون. وبالتالي، فإن قدرة هذه البكتيريا على النمو في وجود مياه DPW تشير إلى قابليتها لاستغلال المركبات الكبريتية الموجودة فيها. تُبرز هذه النتائج أهمية إمكانات المعالجة البيولوجية (Bioremediation) لمياه PW، وتعزز من ضرورة إجراء تقييمات متكاملة لقدرة السلالات البكتيرية المعزولة على تحليل المركبات الكبريتية وتحويلها إلى مركبات أقل ضرراً، مما يفتح آفاقاً جديدة لإعادة استخدام هذه المياه في تطبيقات صناعية أو زراعية مستقبلاً

English Abstract

Oil exploration and exploitation generates a huge amount of petroleum wastewater, also called produced water (PW), at a ratio of three barrels of PW for one barrel of exploited oil. PW is hypersaline, up to 30\% (w/v) NaCl, and contains petroleum products and heavy metals. In the past, this PW was released into the environment with the associated toxicity. Hydrocarbons make up most of the petroleum products. To this end, an investigation of the hydrocarbons present in the Desalinated Produced Water (DPW) was conducted using GC-MS and analysis of chemical parameters to establish to what extent it can be reused. Chemical characterization revealed low levels of NaCl, 0.1\%, and low total nitrate, phosphate, and sulfate at 0.30 mg / L, 0.63 mg / L and 1.20 mg / L, respectively. Heavy metal levels were also negligible, with most values below 0.1 parts per million (ppm). The investigation also revealed that nearly all the identified compounds were sulfur-heterocyclic compounds containing C-S bonds. These compounds include dihydromethylthiazine, lanthionine, hexathiane, tetrathionine, trithiane, and octacyclic sulfur. The total organic carbon (TOC) concentration of 200 ppm consists primarily of sulfur-heterocyclic compounds rather than hydrocarbons. Therefore, a study was initiated with the aim of isolating and characterizing bacteria capable of the degradation of sulfur-heterocyclic compounds present in DPW. Thus, soil samples were used in the study to isolate bacteria in the presence of DPW as a carbon source. Two active gram-negative degrading bacterial strains, namely Pseudomonas koreensis and Pseudomonas fluorescens, were identified, demonstrating the ability to utilize sulfur heterocyclic compounds as a primary source of carbon. Therefore, the ability of bacteria to proliferate in the presence of DPW is indicative of their ability to utilize the identified sulfur-based compounds in the water. The efficacy of bioremediation depends on a comprehensive evaluation of isolated bacteria and their ability to fully metabolize DPW.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemical Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Bioengineering
Committee Advisor:	Nzila, Alexis
Committee Members:	Mohammed Musa, Musa and Ahmad, Irshad
Depositing User:	SA-AD ABUBAKARI (g202216700)
Date Deposited:	16 Sep 2025 10:20
Last Modified:	16 Sep 2025 10:20
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143702