Agua Produzida Tesis
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UNIVERSIDADE TIRADENTES - UNIT
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA DE PROCESSOS - PEP
TRATAMENTO COMBINADO DA GUA PRODUZIDA DE
PETRLEO POR ELETROFLOTAO E PROCESSO FENTON
Autor: Emiliano Almeida Gomes
Orientadores: Prof. lvaro Silva Lima, D. Sc.Profa Eliane Bezerra Cavalcanti, D. Sc.
ARACAJU, SE - BRASIL
ABRIL DE 2009
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FICHA CATALOGRFICA
G633t Gomes, Emiliano Almeida
Tratamento combinado da gua produzida de petrleo por
eletroflotao e processo fenton / Emiliano Almeida Gomes ;orientadores lvaro Silva Lima, Eliane Bezerra Cavalcanti. Aracaju, 2009.
95 p. : il.
Inclui bibliografiasDissertao (Mestrado em Engenharia de Processos)
Universidade Tiradentes, 2009
1. Engenharia de processos 2. Indstria petrolfera 3. guaproduzida de petrleo 4. Eletroflotao 5. Processo fenton I. Lima,lvaro Silva (orient.) II. Cavalcanti, Eliane Bezerra (orient.)III. Titulo.
CDU: 665.6/.7
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minha esposa Edna
Aos meus filhos, Emiliana, Fernanda e Gustavo
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Agradecimentos
PETROBRAS pela oportunidade concedida, em especial ao gelogo Moacir Deusdato e aosengenheiros Marcelo Luvizotto, Roberto Carlos Giro e Raimundo Peixoto.
Ao professor lvaro e professora Eliane, pela orientao e valiosa contribuio em todas asfases do mestrado.
Ao professor Gabriel Francisco da Universidade Federal de Sergipe, pela liberao doanalisador de TOG e apoio tcnico.
Aos colegas do mestrado que tornaram o mesmo agradvel.
Ao corpo docente do Mestrado em Engenharia de Processos da UNIT, pelos ensinamentos.
Aos funcionrios do ITP.
Aos alunos de iniciao cientfica, Antnio, Levy, Nayara, Solon e, em especial, a Glauber.
Aos colegas de engenharia de processos da PETROBRAS/UN-SEAL/ENGP/EIPA, Alisson,Matheus, Montalvo, Rita e Roberto, pelo apoio e incentivo.
Aos colegas do Laboratrio da PETROBRAS/UN-SEAL/ENGP pela presteza, dedicao ecompetncia nas anlises, Rita, Anselmo, Jomery, Fernando e, em especial, a Lydia.
Aos meus irmos Gorete, Nilson e Jorge, pelos momentos agradveis e palavras de conforto.
Aos meus pais Emiliano Ferreira Gomes (in memoriam) e Neuza Lopes de Almeida (inmemoriam), pelo carinho, dedicao e incentivo constante aos estudos.
minha esposa e filhos pela compreenso, carinho, apoio e incentivo.
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Resumo da Dissertao apresentada ao Programa de Ps-graduao em Engenharia de
Processos da Universidade Tiradentes como parte dos requisitos necessrios para a obteno
do grau de Mestre em Engenharia de Processos.
TRATAMENTO COMBINADO DA GUA PRODUZIDA DE PETRLEO POR
ELETROFLOTAO E PROCESSO FENTON
Emiliano Almeida Gomes
O trabalho tem como objetivo principal estudar o tratamento da gua produzida,
oriunda da indstria de petrleo, para remoo do leo por meio de processo Fenton,
Eletroflotao e combinao destes. Com a crescente demanda por petrleo e seus derivados,
cada vez maior a produo de gua oleosa. Este indesejvel efluente necessita passar portratamento antes de sua disposio final, atendendo requisitos legais para descarte no meio
ambiente (CONAMA) ou requisitos tcnicos para injeo em poos de petrleo. Foram
avaliados os processos de Eletroflotao e Fenton isoladamente, otimizando seus parmetros,
para estudarmos o processo combinado Eletroflotao / Fenton. O processo Fenton, com
utilizao de ons Fe2+ e H2O2, obteve no seu ponto ideal remoo de leo da ordem de
94,9%, aps 150 minutos e tempo de meia vida 56,82 minutos. A Eletroflotao, com o valor
de ddp otimizada, obteve remoo de leo da ordem de 98,0% aps 40 minutos, com tempode meia vida 8,65 minutos. O processo combinado, utilizando os parmetros otimizados para
cada processo, obteve remoo de leo da ordem de 98,0% aps 10 minutos, com tempo de
meia vida da ordem de 1 a 3 minutos. O processo combinado mostrou ser bem mais eficiente
e robusto que os processos isoladamente.
Palavras-chave: gua produzida, petrleo, emulso, eletroflotao, Fenton.
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Abstract of Dissertation presented to the Process Engineering Graduate Program of
Universidade Tiradentes as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master
of Science (M.Sc.)
COMBINED TREATMENT OF PRODUCED WATER FROM OIL BY
ELECTROFLOTATION AND FENTON PROCESS
Emiliano Almeida Gomes
The work has as main objective to study the treatment of produced water, came from the
petroleum industry for removal of oil by means of Fenton process, Electroflotation and
combination of these. With the increasing demand for oil and its derivatives, is increasing
production of oily water. This undesirable effluent needs treatment before their final disposal,
given legal requirements for disposal in the environment (CONAMA) and technicalrequirements for injection into oil wells. We evaluated the processes of Electroflotation and
Fenton isolated, optimizing their parameters, to study the combined process Electroflotation /
Fenton. The Fenton process, using H2O2and Fe2+ions, obtained removal of oil in the order of
94.9% after 150 minutes and half-life time of 56.82 minutes. The Electroflotation, with the
value of optimized ddp, obtained removal of oil in the order of 98.0% after 40 minutes, with
half life time of 8.65 minutes. The combined process, using the parameters optimized for each
case, reached removal of oil in the order of 98.0% after 10 minutes with a half-life time of 1to 3 minutes. The combined process has proved to be far more efficient and robust than
processes alone.
Keywords: produced water, oil, emulsion, electroflotation, Fenton.
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SUMRIO
1. INTRODUO........................................................................................................01
2. OBJETIVOS............................................................................................................04
2.1 Objetivo Geral.................................................................................................. 04
2.2 Objetivos Especficos........................................................................................ 04
3. REVISO DA LITERATURA............................................................................... 05
3.1 Petrleo............................................................................................................. 05
3.2 gua Produzida................................................................................................ 09
3.3 Problemtica da Contaminao por Petrleo.................................................. 14
3.4 Tratamento da gua Produzida........................................................................ 15
3.4.1 Tratamentos Convencionais.....................................................................17
3.4.2 Tratamentos No Convencionais............................................................. 18
3.4.2.1 Eletroflotao................................................................................. 18
3.4.2.2 Processo Fenton............................................................................. 263.4.2.3 Processo Combinado...................................................................... 33
4. MATERIAIS E MTODOS....................................................................................35
4.1 Preparo da gua Produzida Sinttica.............................................................. 35
4.2 Processo Fenton............................................................................................... 36
4.3 Construo do Reator....................................................................................... 37
4.4 Eletroflotao................................................................................................... 394.5 Processo Combinado........................................................................................ 41
4.5.1 Processo Combinado com gua Produzida Sinttica............................. 41
4.5.2 Processo Combinado com gua Produzida Real.................................... 41
4.6 Determinaes Analticas................................................................................. 42
4.6.1 Determinao do pH................................................................................ 42
4.6.2 Determinao do Teor de leos e Graxas (TOG)................................... 43
4.6.3 Determinao do Perxido Residual....................................................... 43
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5. RESULTADOS E DISCUSSES...........................................................................44
5.1 Processo Fenton............................................................................................... 44
5.1.1 Efeito da Concentrao de Fe2+.............................................................. 44
5.1.2 Efeito da Concentrao de H2O2............................................................. 48
5.1.3 Efeito da Variao de pH........................................................................ 52
5.2 Eletroflotao................................................................................................... 55
5.2.1 Efeito da Diferena de Potencial Aplicada aos Eletrodos...................... 55
5.3 Processo Combinado........................................................................................ 60
5.3.1 Efeito da Concentrao Inicial de leos e Graxas................................. 60
5.3.2 Experimento com gua Produzida Real.................................................. 64
6. CONCLUSES........................................................................................................68
7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...................................................................70
ANEXO......................................................................................................................... 77
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 3.1: ESQUEMTICO DO SISTEMA DE PRODUO DE LEO ADAPTAO DE PETROBRAS,2009...........................................................................................................................................................................6
FIGURA 3.2:PRODUO DE LEO NO BRASIL PETROBRAS, 2009............................................................8
FIGURA 3.3:PRODUO DE LEO NA UNIDADE SERGIPE / ALAGOAS PETROBRAS, 2009..................8
FIGURA 3.4:REPRESENTAO ESQUEMTICA DO MODELO DA DUPLA CAMADA E DOS PLANOS DEABSORO - ADAPTAO DE LELINSKI, 1993...............................................................................................12
FIGURA 3.5:MECANISMOS ENVOLVIDOS NA DESESTABILIZAO DE EMULSES ADAPTAO DEROSA, 2003.............................................................................................................................................................13
FIGURA 36: ESQUEMTICO DO TRATAMENTO E DISPOSIO DA GUA PRODUZIDA- ADAPTACAODE PETROBRAS, 2009...........................................................................................................................................16
FIGURA 3.7: EFEITO DA CORRENTE NA REMOO DE LEO ADAPTAO DE HOSNY, 1995...........22
FIGURA 3.8: CONSUMO DE ENERGIA ELTRICA EM FUNO DA CORRENTE ADAPTAO DEHOSNY, 1995..........................................................................................................................................................23
FIGURA 4.1: ULTRA TURRAX MODELO T50....................................................................................................36
FIGURA 4.2:DETALHES DO CORPO DO REATOR, MOSTRANDO OS PONTOS DE COLETA DEAMOSTRAS E AS DISTNCIAS ENTRE ELES......................................................................................................37
FIGURA 4.3:DETALHES DOS ELETRODOS UTILIZADOS: A) NODO DE DAS (R)DE NORATI/RU0,3TI0,7O2; B) CTODO DE AO INOXIDVEL 316...................................................................................38
FIGURA 4.4:BASE DO REATOR COM AS PLACAS DO CTODO E NODO SOLDADAS............................38
FIGURA 4.5: POTENCIMETRO MICRONAL B474..........................................................................................43
FIGURA 4.6:ANALISADOR DE TOG INFRACAL WILKS ENTERPRISE..........................................................43
FIGURA 5.1:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARACONCENTRAES DE 30, 100 E 150 MG/L DE FE2+.......................................................................................44
FIGURA 5.2: VARIAO DO PH COM O TEMPO DE REAO, PARA CONCENTRAES DE 30, 100 E150 MG/L DE FE2+...............................................................................................................................................45
FIGURA 5.3: VARIAO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARA CONCENTRAES DE 30, 100 E150 MG/L DE FE2+...............................................................................................................................................46
FIGURA 5.4:CURVAS DE AJUSTE PARA CINTICA DE PRIMEIRA ORDEM, PARA CONCENTRAESDE 30(A) E 100(B) MG/L DE FE2+........................................................................................................................47
FIGURA 5.5:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARACONCENTRAES DE 250, 500, 1000 E 1500 MG/L DE H2O.........................................................................48
FIGURA 5.6:VARIAO DO PH COM O TEMPO DE REAO, PARA CONCENTRAES DE 250, 500,
1000 E 1500 MG/L DE H2O2.................................................................................................................................49
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FIGURA 5.7:VARIAO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARA CONCENTRAES DE 250, 500,1000 E 1500 MG/L DE H2O2..................................................................................................................................50
FIGURA 5.8:CURVAS DE AJUSTE PARA CINTICA DE PRIMEIRA ORDEM, PARA CONCENTRAESDE 250(A), 500(B) E 1000(C) MG/L DE H2O2.....................................................................................................51
FIGURA 5.9:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARAVALORES INICIAIS DE PH 3,0; 4,0; 5,0 E 6,0.....................................................................................................52
FIGURA 5.10:VARIAO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARA VALORES INICIAIS DE PH 3,0;4,0; 5,0 E 6,0...........................................................................................................................................................53
FIGURA 5.11:CURVAS DE AJUSTE PARA CINTICA DE PRIMEIRA ORDEM, PARA VALORES INICIAISDE PH 3,0(A); 4,0(B); 5,0(C) E 6,0(D)..................................................................................................................54
FIGURA 5.12:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO,PARA VALORES DE DIFERENA DE POTENCIAL 3(A), 4(B) E 5(C) V...........................................................55
FIGURA 5.13:VARIAO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARA VALORES DE DIFERENA DE
POTENCIAL 3(A), 4(B) E 5(C) V...........................................................................................................................56
FIGURA 5.14:CURVAS DE AJUSTE PARA CINTICA DE PRIMEIRA ORDEM, PARA VALORES DEDIFERENA DE POTENCIAL 3(A), 4(B) E 5(C) V..............................................................................................57
FIGURA 5.15:DISTRIBUIO DE CONCENTRAO NO REATOR, PARA VALORES DE DIFERENA DEPOTENCIAL 3(A), 4(B) E 5(C) V...........................................................................................................................59
FIGURA 5.16:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO,PARA VALORES DE TOG INICIAL 280(A), 600(B) E 925(C) MG/L...................................................................61
FIGURA 5.17:VARIAO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARA VALORES DE TOG INICIAL280(A), 600(B) E 925(C) MG/L..............................................................................................................................62
FIGURA 5.18:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO,PARA OS PROCESSOS DE ELETROFLOTAO ISOLADO (A) E COMBINADO FENTON /ELETROFLOTAO (B)........................................................................................................................................63
FIGURA 5.19:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO,PARA GUA PRODUZIDA REAL..........................................................................................................................64
FIGURA 5.20:VARIAO DO PERCENTUAL DE REMOO DO TOG COM O TEMPO DE REAO,PARA OS DIVERSOS PROCESSOS E FLUIDOS..................................................................................................65
FIGURA 5.21:VARIAO DO TOG COM O TEMPO DE REAO, PARA GUA PRODUZIDA REAL........66
FIGURA 5.22:CURVA DO MODELO CINTICO PROPOSTO PARA PROCESSO COMBINADO COM GUAPRODUZIDA REAL................................................................................................................................................67
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LISTA DE TABELAS
TABELA 3.1:ANLISE ELEMENTAR DO LEO CRU TPICO - % EM PESO ADAPTAO DE THOMAS,
2004...........................................................................................................................................................................7TABELA 3.2:ANLISE FSICO-QUMICA DA GUA PRODUZIDA COLETADA NA PETROBRAS UNIDADE SERGIPE/ALAGOAS PETROBRAS, 2009........................................................................................10
TABELA 3.3: TOG EM VRIAS ETAPAS DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO DE GUAS OLEOSAS ADAPTAO DE CAPPS ET AL., 1993................................................................................................................17
TABELA 4.1: CARACTERSTICAS DO PETRLEO DA ESTAO DE BONSUCESSO, CARMPOLIS-SE ADAPTAO DE PETROBRAS, 2009 ..................................................................................................................35
TABELA 4.2:ANLISE FSICO-QUMICA DA GUA PRODUZIDA REAL ADAPTAO DE PETROBRAS,2009.........................................................................................................................................................................42
TABELA 5.1: PERXIDO DE HIDROGNIO RESIDUAL..................................................................................45
TABELA 5.2: PARMETROS CINTICOS OBTIDOS.........................................................................................47
TABELA 5.3: PERXIDO DE HIDROGNIO RESIDUAL..................................................................................50
TABELA 5.4: PARMETROS CINTICOS OBTIDOS.........................................................................................51
TABELA 5.5: PERXIDO DE HIDROGNIO RESIDUAL..................................................................................53
TABELA 5.6: PARMETROS CINTICOS OBTIDOS.........................................................................................54
TABELA 5.7: PARMETROS CINTICOS OBTIDOS.........................................................................................58
TABELA 5.8 CONSUMO ENERGTICO E TAXA DE FLUXO VOLUMTRICO DE GS GERADO............58
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1. Introduo__________________________________________________________________________________________
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1. Introduo
O contexto mundial atual prima pela preservao ambiental, portanto de sumaimportncia reduzir a quantidade e/ou melhorar a qualidade dos efluentes descartados nos
corpos aquticos. Esse o desafio que diversos setores industriais enfrentam para atingir um
adequado desenvolvimento, livre de agresses ao meio ambiente.
A disposio de guas residurias no solo pode provocar contaminao do lenol
fretico ou o acmulo de produtos txicos em plantas e animais. Se lanados em cursos de
gua, esses efluentes podem provocar a destruio da vida aqutica ali existente. Oscomponentes que provocam poluio em guas naturais, quando nelas lanados sem
tratamento adequado, so principalmente, segundo LIMA et al.(2001):
a) matria orgnica que, ao ser degradada, reduz o nvel de oxignio dissolvido na
gua, podendo ocasionar a mortandade de peixes e a formao de ambientes mal
cheirosos;
b) compostos txicos, como metais pesados, cianetos, sulfatos, etc., que causam
inibio s atividades vitais da microbiota e dos peixes;
c) sais orgnicos de clcio e magnsio, principalmente, que aumentam a dureza da
gua, prejudicando a sua posterior utilizao industrial;
d) nutrientes (nitrognio e fsforo, por exemplo) que podem provocar o crescimento
indesejvel de algas (eutrofizao);
e) microrganismos patognicos;
f) temperatura elevada, que pode provocar o aumento na temperatura dos cursos de
gua acima do nvel letal para os peixes, ou acelerar as reaes bioqumicas, de
forma a aumentar o grau de desoxigenao;
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1. Introduo__________________________________________________________________________________________
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g) pH excessivamente alto ou baixo, que pode provocar efeitos txicos locais na
fauna e na flora;
h) materiais grosseiros, leos e graxas, espumas, corantes, etc., que deterioram a
aparncia da gua e influem negativamente na capacidade de reoxigenao natural
dos cursos de gua.
Dentre as indstrias sediadas no Estado de Sergipe, sem sombra de dvidas, a
petrolfera a mais importante. A explorao ocorre no mar e em terra e gera
aproximadamente 57.000 barris de petrleo por dia. Durante o processo de extrao de
petrleo, obtida uma grande quantidade de gua contendo baixas concentraes de leo e
slidos suspensos (Petrobras, 2009).
No processo de explorao de petrleo em Sergipe, so gerados aproximadamente
40.000 m3/d de gua oleosa, denominada de gua produzida, a qual contm em torno de 1000
mg/L de leos e graxas (TOG) e 200 mg/L de slidos suspensos. Porm, essas quantidades de
gua tendem a aumentar ao longo da vida produtiva do campo petrolfero, chegando a quase
100% no final da vida do poo (Petrobras, 2009).
A gua produzida pode ser descartada em corpos receptores ou ser utilizada na
injeo em poos de petrleo. Porm, para essa disposio, faz-se necessrio o adequado
tratamento dessa corrente lquida. No caso de descarte em corpos receptores, o limite de at
20 mg/L de leos e graxas na gua produzida, segundo a Resoluo 357 / 2005 do Conselho
Nacional do Meio Ambiente. Especificamente para descarte em plataformas martimas de
petrleo, aplica-se a Resoluo 393 / 2007 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, que
estabelece a mdia aritmtica simples mensal do teor de leos e graxas de at 29 mg/L, comvalor mximo dirio de 42 mg/L (CONAMA, 2009). Para injeo em poos de petrleo, a
gua dever ter no mximo 5 mg/L de TOG (Petrobras, 2009).
Vrios mtodos so aplicados no tratamento da gua produzida; dentre eles destaca-
se a flotao, que pode ser por ar dissolvido, formado quando ar comprimido misturado ao
efluente, saturando-o e, em seguida, h uma descompresso na base da coluna de lquido e as
bolhas de ar so liberadas, agregam-se s partculas oleosas e aos slidos suspensos,carreando-os para a superfcie do leito e o material assim flotado removido. Na flotao por
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1. Introduo__________________________________________________________________________________________
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ar induzido, comprime-se uma quantidade de ar no interior de tubos de pequenos dimetros
com diminutos furos em suas paredes laterais, por meio dos quais borbulhado o gs, na base
de uma coluna de lquido.
Alm dessa metodologia, pode-se citar a eletrocoagulao, a qual gera
eletroquimicamente bolhas de gs, utilizando nodo consumvel. Neste processo, so geradas
grandes quantidades de resduos, os quais aumentam o risco de poluio ambiental e os custos
operacionais do sistema. Como alternativa, a eletroflotao gera eletroquimicamente bolhas
de gs e apresenta-se como um processo atraente devido no utilizao de eletrodos
consumveis, evitando a gerao de resduos durante a reao.
Outras tcnicas que esto sendo utilizadas so os processos oxidativos avanados, os
quais se baseiam na formao de radicais hidroxil (OH) altamente oxidantes. Dentre estes
processos, destacam-se o reagente Fenton, formado pela reao de ons ferroso (Fe2+) e frrico
(Fe3+) e perxido de hidrognio (H2O2), a ozonizao e a ao da luz ultravioleta.
Esses processos separadamente apresentam valores de remoo de TOG em uma
faixa limitada; como alternativa, este trabalho prope-se a combinar os processos Fenton e a
eletroflotao, em um desenho de reator capaz de possibilitar a melhor remoo de TOG do
processo, haja vista a escassa bibliografia de combinao de processos no tocante a efluentes
industriais e, mais especificamente, ao proposto.
Comprovada a eficincia do processo combinado, poderemos utiliz-lo em
plataformas martimas de petrleo, onde grandes volumes de gua contaminada so gerados e
a rea destinada instalao de equipamentos para tratamento dessa gua exguo. Devido
maior eficincia do processo proposto, menores reas sero necessrias.
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2. Objetivos__________________________________________________________________________________________
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2. Objetivos
2.1 Objetivo Geral
Estudar o tratamento da gua produzida, oriunda da indstria de petrleo, para
remoo do leo por meio de processo Fenton, eletroflotao e combinao destes.
2.2 Objetivos Especficos
Como objetivos especficos, esse trabalho apresenta:
i) Estudo do processo Fenton, aplicado gua produzida;
ii) Construo e testes preliminares de reator eletroqumico tubular, para tratamento
da gua produzida;
iii) Estudo da eletroflotao, aplicado gua produzida;
iv) Avaliao da eficincia do processo combinado, Fenton e eletroflotao, no
tratamento da gua produzida, para reduo dos teores de leo.
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3. Reviso da Literatura__________________________________________________________________________________________
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3. Reviso da Literatura
3.1 Petrleo
Etimologicamente a palavra petrleo origina-se do latim petra (pedra) e oleum
(leo), leo que vem da pedra. O petrleo uma substncia conhecida desde o incio da
civilizao. Nabucodonosor usou o betume como material de liga na construo dos famosos
jardins suspensos; os egpcios utilizaram-no para embalsamar os mortos, bem como na
construo das pirmides. J os gregos e romanos aplicaram-no para fins blicos. Apenas no
sculo XVIII o petrleo passou a ser utilizado comercialmente, como, por exemplo, naindstria farmacutica e na iluminao pblica. Os primeiros poos de petrleo foram
perfurados nos Estados Unidos, sendo o primeiro sucesso de explorao registrado em 1859,
por Drake (MENDONA, 2004).
No Brasil, a primeira concesso para extrair material betuminoso foi assinada pelo
Marqus de Olinda em 1858, atravs do decreto no2266, e concedida a Jos Barros Pimentel.
A aplicao desse material era para produo de querosene de iluminao; essa primeiraexplorao ocorreu s margens do Rio Marau, na Bahia. Posteriormente, a constatao de
petrleo no recncavo baiano viabilizou a explorao de outras bacias sedimentares terrestres
(CEPETRO, 2008).
A Figura 3.1 mostra esquematicamente a produo de leo num campo terrestre,
desde a rocha reservatrio at a estao de tratamento.
So muitas e controvertidas as teorias de origem do petrleo, figurando entre as
principais: a da origem estritamente mineral, defendida por Mendeleiev, Berthelot e Missan; e
a teoria orgnica, que postula a participao animal e vegetal, sendo esta a mais aceita no
mundo acadmico. O petrleo encontrado nas bacias sedimentares, que so depresses na
superfcie da terra, preenchidas por sedimentos que se transformaram, ao longo de milhes de
anos, em rochas sedimentares. O acmulo de petrleo depende de alguns fatores, como a
necessidade de existncia de rochas geradoras que contenham a matria-prima (pasta
orgnica), a qual se transforma em petrleo, e a presena de camadas de rochas-reservatrio,
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3. Reviso da Literatura__________________________________________________________________________________________
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que possuem espaos vazios (poros), capazes de armazenar o petrleo. Essas rochas devem
estar envolvidas em armadilhas, formando compartimentos isolados no subsolo, onde o
petrleo se acumula e de onde no tem condies de escapar, constituindo assim as jazidas de
petrleo (CEPETRO, 2008).
gua paraTratamento
leo Tratadopara Refinarias
Gs
Tanque deConjunto
Tanque degua Livre
Separador
de Gs
Poo Injetor Poo InjetorPoo Produtor
Figura 3.1: Esquemtico do sistema de produo de leo.
Fonte: Adaptao de PETROBRAS, 2009.
A teoria estritamente mineral afirma que o petrleo se formou a partir de carburetos
de alumnio e clcio, os quais foram submetidos hidrlise, dando origem aos
hidrocarbonetos (alcanos, alcenos, etc). Sob presso e aquecimento teriam se polimerizado e
condensado, originando o petrleo. J a teoria orgnica prope que a presena de compostos
nitrogenados, clorofilados e hormnios no petrleo pressuporiam a participao animal e
vegetal na sua formao. Os pesquisadores modernos, em sua grande maioria, reconhecem
apenas como vlida esta teoria. Nela destaca-se o papel de microrganismos, animais e
vegetais, que sob a ao de bactrias formariam uma pasta orgnica no fundo dos mares, a
qual misturada com lama e areia, se transformaria em rochas. Embora bem aceita, a teoria
ainda no conseguiu esclarecer completamente por quais processos a matria orgnica teria
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passado para ser convertida em petrleo e gs natural. Os leos obtidos dos diversos
reservatrios de petrleo possuem caractersticas diferentes. Alguns so pretos, densos,
viscosos, liberando pouco ou nenhum gs, enquanto que outros so castanhos ou bastante
claros, com baixa viscosidade e densidade, liberando quantidade aprecivel de gs. Outros
reservatrios podem, ainda, produzir somente gs. Entretanto, todos eles produzem anlises
elementares semelhantes s apresentadas na Tabela 3.1. (THOMAS, 2004).
Tabela 3.1 Anlise elementar do leo cru tpico - % em peso
Elemento Composio
Hidrognio 11 14%
Carbono 83 87%
Enxofre 0,06 8%
Nitrognio 0,11 1,7%
Oxignio 0,1 2%
Metais at 0,3%
Fonte: Adaptao de THOMAS, 2004
O petrleo uma substncia oleosa, inflamvel, menos densa que a gua, com cheiro
caracterstico de hidrocarboneto e cor variando entre o negro e o castanho escuro. Consiste
basicamente de compostos com apenas dois elementos que, no entanto, formam grande
variedade de complexas estruturas moleculares. Independentemente das variaes fsicas ou
qumicas, quase todos os tipos de petrleo variam de 82 a 87% de carbono em peso e 12 a
15% de hidrognio. Alm do enorme nmero de hidrocarbonetos que formam o petrleo,
geralmente ainda esto presentes, o enxofre, nitrognio e oxignio em quantidades pequenas,
mas muito importantes (CEPETRO, 2008).
As produes anuais de petrleo no Brasil e nos Estados de Sergipe e Alagoas, so
mostradas nas Figuras 3.2 e 3.3. Verifica-se em ambos os casos que houve crescimento da
produo ao longo dos ltimos 10 anos.
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Figura 3.2: Produo de leo no Brasil (PETROBRAS, 2009).
Figura 3.3: Produo de leo na Unidade Sergipe/Alagoas (PETROBRAS, 2009).
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3.2 gua Produzida
A gua produzida, assim chamada por estar associada produo de petrleo, umsubproduto indesejvel, que est sempre presente nas extraes de petrleo. Ela gerada
quando grandes quantidades de gua contidas nas rochas subterrneas so produzidas junto
com o petrleo. Ao efetuar o tratamento do leo produzido, reduzindo o teor de gua a valores
da ordem de 1% em volume, separada uma grande quantidade de gua, contendo leo e
outros contaminantes (MORAES et al., 2004).
A gua produzida apresenta composio variada, com diversos valores de salinidade,
que dependem das caractersticas e profundidade do campo produtor de leo. Apresenta ainda
diversos outros poluentes, como mostra a Tabela 3.2.
O leo presente em soluo aquosa pode apresentar-se sob quatro formas: livre,
disperso, emulsificado e solubilizado. O leo livre representa as disperses grosseiras,
constitudas por gotas com dimetro superior a 150 m; esse tipo de disperso facilmente
removida por meio de processos convencionais de separao gravitacional. O leo disperso,
normalmente com dimetros de gota entre 50 e 150 m, tambm pode ser removido por
processos gravitacionais; contudo, a eficincia de separao neste caso depender
essencialmente da distribuio dos dimetros das gotas e da presena ou no de agentes
estabilizantes. No caso do leo emulsificado, o dimetro das gotas situa-se abaixo de 50 m, o
que dificulta a sua separao por meios gravitacionais. Geralmente, o tratamento de leo
emulsificado requer a utilizao de processos mais sofisticados, tais como centrifugao ou
flotao, associados ao emprego de produtos qumicos. Finalmente, o leo pode tambm estar
solubilizado na gua sendo extremamente difcil a sua remoo, requerendo o uso de
processos qumicos especiais, tais como extrao com solventes, e/ou emprego do tratamento
biolgico (OLIVEIRA, 1995).
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Tabela 3.2 Anlise fsico-qumica da gua produzida coletada na Petrobras, Unidade
Sergipe/Alagoas.
CaractersticaFaixa de Resultado (mg/L)
Mnimo Mximo
Salinidade 28.445 142.914
Densidade a 20/4 1,020 1,125
pH 6,4 7,2
Brio 10 868
Alcalinidade Total 72 638
Dureza Total 5.240 50.336
Cloretos 17.240 86.614
Ferro Total 0,2 46,2
Clcio 1.318 17.808
Magnsio 459 1.440
Estrncio 25 846
Sdio 13.009 60.348
Potssio 245 1.149
Bicarbonatos 88 684
Sulfatos 5 227
Alumnio Total 3,2 7,7
Cromo Total < 0,01 0,1
Mangans Total 0,6 20,5
Cdmio < 0,01 0,01
Chumbo < 0,01 0,07
Cobre Total < 0,01 0,20
Nquel < 0,01 0,04
Zinco < 0,01 2,42
TOG 100 500
Fonte: Adaptao de PETROBRAS, 2009.
Uma emulso definida como uma mistura de dois lquidos imiscveis ou
parcialmente miscveis, na qual uma das fases encontra-se dispersa na outra sob a forma de
gotas de tamanho microscpico ou coloidal (SHAW, 1975).
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As partculas slidas finamente divididas oriundas da prpria formao rochosa,
assim como os produtos qumicos residuais utilizados na desestabilizao de emulses
gua/leo, e as molculas surfactantes naturais do petrleo podem aumentar a proporo e a
estabilidade do leo emulsificado nas guas oleosas (OLIVEIRA, 1995).
Durante o processo de produo de petrleo, a emulsificao do leo pode se dar por
meio do cisalhamento imposto por bombas, vlvulas, constries hidrulicas e outros
equipamentos do processo (FORDEDAL et al., 1995).
Entende-se por estabilidade de uma emulso a capacidade da mesma manter sua
homogeneidade durante certo perodo de tempo. A disperso da fase oleosa em meio aquoso,
provoca um aumento da energia interfacial do sistema e por este motivo as emulses so
sistemas termodinamicamente instveis com respeito separao das fases. Normalmente,
necessrio adicionar uma substncia emulsificante/estabilizadora para conferir-lhe
estabilidade. As emulses estabilizadas fisicamente so aquelas formadas sem adio de
substncias surfactantes, ou seja, a estabilidade mantida por cargas eltricas inerentes ao
sistema ou outras foras referentes influncia de agentes estabilizantes. A estabilidade deste
tipo de emulso fortemente afetada pela frao em volume da fase dispersa em relao
fase contnua, viscosidade da fase externa e principalmente pela distribuio de tamanho e
carga superficial das gotas. Na maioria dos casos, para que as emulses apresentem uma
estabilidade razovel, necessrio adicionar uma substncia surfactante durante a sua
formao (estabilizao qumica). A estabilidade destas emulses conseqncia da alta
densidade de carga superficial conferida s gotas de leo, devido adsoro da substncia
emulsificante na superfcie das mesmas (ROSA, 2003).
Segundo ADAMSON (1976), a estabilidade das emulses pode ser decorrente de
fatores termodinmicos associados energia interfacial, de fatores qumicos e estruturais
associados ao filme adsorvido na interface lquido-lquido, de foras eletrostticas de longo
alcance e da presena de partculas slidas finamente divididas. Tambm afetam a
estabilidade das emulses, os volumes relativos das fases lquidas, o tamanho de gotas da fase
dispersa e a viscosidade (SHAW, 1975).
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Segundo LELINSKI (1993) e BEEBY e NICOL (1993), as gotas de leo
estabilizadas quimicamente comportam-se mais como partculas slidas do que as
estabilizadas fisicamente devido sua alta densidade de carga superficial e seu menor
tamanho. A adsoro de surfactantes pode ser explicada pela interao entre as cadeias de
hidrocarbonetos (orgnica) do surfactante e as molculas constituintes da fase oleosa.
De acordo com LELINSKI (1993), as gotculas de leo apresentam carga superficial
negativa (Figura 3.4). O surgimento da carga superficial decorrente de dois fatores:
ionizao ou dissociao de grupos superficiais e adsoro especfica de ons da soluo na
superfcie das gotas. A adsoro de ons a partir da soluo tambm pode ocorrer em stios
superficiais com carga contrria.
Figura 3.4 Representao esquemtica do modelo da dupla camada eltrica e dos planos de
adsoro.Fonte: Adaptao de LELINSKI, 1993.
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Em relao ao tratamento de efluentes, a busca de mecanismos que permitam reduzir
a estabilidade de sistemas dispersos sempre procurada. No caso das guas oleosas, a reduo
da estabilidade fundamental para se obter a separao das duas fases lquidas. O processo de
desestabilizao de uma emulso governado por quatro diferentes fenmenos (Figura 3.5):
coagulao, floculao, sedimentao e coalescncia. O creaming o deslocamento
gravitacional das gotas para a superfcie da fase contnua em funo da diferena de
densidade entre as duas fases, no necessariamente decorrente da coagulao e/ou floculao
das gotas. O aspecto principal que caracteriza o creaming a manuteno da integridade
fsica das gotas (SHAW, 1975).
Figura 3.5 Mecanismos envolvidos na desestabilizao de emulses
Fonte: Adaptao de ROSA, 2003.
Verifica-se atravs da anlise apresentada na Tabela 3.2, que a gua produzida
apresenta diversos contaminantes que a tornam um efluente altamente poluente, conforme
parmetros estipulados pelo rgo ambiental, atravs das Resolues 357/2005 e 393/2007
(CONAMA, 2009).
A disposio da gua produzida pode ocorrer atravs de descarte contnuo no mar, oque no causa danos sensveis ao meio marinho, desde que o sistema de descarte seja
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projetado e construdo para proporcionar uma grande diluio do efluente. As foras naturais
existentes no mar, como a diluio, evaporao, foto e auto-oxidao, degradam o petrleo e
o gs carbnico. A disposio da gua produzida tambm pode processar-se atravs da
injeo em campos terrestres de leo, desde que no cause problemas ao reservatrio; esta a
melhor opo em termos ambientais, pois resolve a questo do destino final da gua
produzida junto com o leo, proporcionando ainda uma economia de gua doce de boa
qualidade, comumente utilizada para essa finalidade (THOMAS, 2004).
3.3 Problemtica da Contaminao por Petrleo
De uma forma geral, as empresas tm procurado melhorar seus sistemas de
tratamento de efluentes, buscando a aplicao de novas tecnologias, mais econmicas e
eficientes, que possibilitem o enquadramento dos efluentes s exigncias legais. Devido ao
crescente aumento da poluio ambiental, fruto da atividade industrial, os rgos de controle
ambiental tm revisado as leis vigentes e cobrado limites mais rigorosos para o descarte de
efluentes. A poluio por leos representa um percentual elevado nos problemas gerados por
contaminantes orgnicos, uma vez que os combustveis fsseis, como o petrleo e seus
subprodutos, so fontes de matria prima e gerao de energia da maioria dos processos
industriais da atualidade. A presena de leos resulta em prejuzos na aerao e iluminao
naturais de cursos dgua, devido formao de um filme insolvel na superfcie, produzindo
efeitos nocivos sobre a vida aqutica, causando a morte de animais e plantas, comprometendo
diversos ecossistemas. As concentraes de leos variam significativamente, dependendo da
fonte. O cisalhamento causado por bombas, vlvulas e outros equipamentos provocam a
mistura das fases e a formao de emulses estveis (THOMAS, 2004).
Na indstria do petrleo, a mistura leo/gua (gua oleosa) ocorre nos estgios de
produo, transporte e refino, bem como durante a utilizao de seus derivados. No estgio de
produo, as guas oleosas provm da gua de formao extrada simultaneamente com o
petrleo. A quantidade de gua associada varia muita durante a vida produtiva dos poos,
podendo alcanar valores da ordem de 50 a 100 % em volume ao final da vida produtiva. O
descarte ou at mesmo a reinjeo da gua produzida s permitido aps a remoo do leo e
dos slidos em suspenso em nveis aceitveis (RAMALHO, 1992).
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Hidrocarbonetos derivados de petrleo so uma importante classe de poluentes.
Solos contaminados por vazamentos de dutos e reservatrios, representam ocorrncias
comuns em regies onde h movimentao de petrleo e/ou derivados (MORAES et al.,
2004).
evidente a produo cada vez maior de gua em campos de petrleo maduros. O
tratamento ou descontaminao dessa gua tem motivado inmeras pesquisas, em busca de
mtodos cada vez mais eficientes e compactos, que demandem menores reas de instalao e
custos. A gua produzida que inicialmente representava um volume pequeno em relao
quantidade de petrleo extrado, apresenta-se hoje em maior volume e em ascendncia. A
preocupao ambiental levou a Petrobras a traar a meta de descarte zero em seus campos de
petrleo terrestres, passando a implementar projetos para injeo de toda essa gua em poos
de petrleo. Para alcanar esse objetivo, a busca por mtodos de tratamento mais eficientes
tem crescido, pois as exigncias de qualidade da gua de injeo so bem mais rigorosas que a
de descarte, para teores de slidos e leo. Ademais, com esta utilizao da gua produzida,
pretende-se eliminar a captao de gua potvel para injeo em poos de petrleo, alm de
evitar a contaminao de corpos aquticos receptores.
3.4 Tratamento da gua Produzida
evidente a necessidade de tratar a gua produzida, para atender aos requisitos de
disposio do efluente, quer sejam estes legais ou operacionais. Os primeiros so impostos
pela legislao especfica que protege o meio ambiente, enquanto que os outros requisitos so
definidos pelas caractersticas da formao rochosa onde se pretende injetar a gua.
Existem vrios processos para separao leo/gua. A escolha do mtodo adequado
funo das caractersticas do efluente: tamanho das gotas de leo dispersas, teor de slidos
suspensos e concentrao de leo.
A Figura 3.6 mostra esquematicamente o tratamento e disposio da gua produzida,
aps sua separao do leo.
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gua paraTratamento
Caixa API
Tanque degua Filtrada
Flotador
Filtro Cascade Noz
Poo Injetor Poo InjetorPoo Produtor
Figura 3.6: Esquemtico do tratamento e disposio da gua produzida.
Fonte: Adaptao de PETROBRAS, 2009.
Os hidrociclones e a flotao so os processos de separao leo/gua mais
utilizados pela indstria do petrleo. A flotao procura recuperar o resduo de leo atravs de
separao gravitacional, enquanto que os hidrociclones aceleram esse processo atravs da
fora centrfuga (THOMAS, 2004).
Os separadores gravimtricos so frequentemente utilizados para separao do leo
livre e disperso da gua, mas medida que o tamanho das gotas diminui, esta tcnica de
separao se torna muito ineficiente. Normalmente, para remoo do leo emulsificado
utilizada a tcnica da flotao auxiliada pela quebra da emulso com adio de coagulantes
e/ou polmeros floculantes (ELLIS e FISCHER, 1973).
A Tabela 3.3 apresenta o contedo de leos e graxas (TOG) em vrios pontos de umtpico sistema de tratamento de guas oleosas de uma refinaria de petrleo.
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Tabela 3.3 TOG em vrias etapas de um sistema de tratamento de guas oleosas.
Efluente Concentrao, mg/L
gua Produzida 42 a 2000Separador API 30 a 300
Flotao 5 a 50
Oxidao Biolgica 0 a 5
Fonte: Adaptao de CAPPS et al., 1993.
3.4.1 Tratamentos Convencionais
No caso de emulses estabilizadas por foras eletrostticas, os mecanismos de
desestabilizao podem ser avaliados a partir dos mesmos mecanismos que explicam a
estabilidade. A coagulao pode ser explicada atravs do modelo fsico da dupla camada
eltrica. A adio de um eletrlito inorgnico reduz a espessura da dupla camada eltrica,
reduzindo as foras repulsivas eletrostticas entre as partculas. A coagulao ocorre quando a
interao repulsiva entre as duplas camadas eltricas suficientemente reduzida, permitindo aaproximao das partculas at que as foras de atrao de Van der Waals predominem. A
floculao um fenmeno de agregao de partculas mediante adio de polmeros
floculantes. A floculao geralmente dependente das foras de longo alcance e a repulso
entre as gotas de leo ser mais efetiva contra a agregao quanto maior for a espessura da
camada difusa. Agentes coagulantes e floculantes na separao slido/lquido so
frequentemente utilizado em diversos processos industriais. Nos sistemas leo/gua, os
surfactantes podem tanto estabilizar, como desestabilizar as gotas de leo dependendo dotamanho, forma e polaridade das molculas do surfactante. A coliso entre as gotas pode levar
coalescncia, fuso irreversvel das gotas, e formao de grandes agregados at tornar-se
novamente uma fase contnua separada do meio dispersante por uma simples interface
(ROSA, 2003).
Segundo LELINSKI (1993), a cintica de coalescncia depende principalmente da
repulso qumica entre os filmes adsorvidos interface e do seu grau de dessoro. Em
processos constitudos de duas ou mais reaes consecutivas, a cintica global da reao
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determinada pela etapa mais lenta. O processo de flotao, empregado tradicionalmente para
beneficiamento de minrios, tem provado ser muito eficiente em diversas reas,
principalmente no tratamento de efluentes industriais. Atualmente, um processo
imprescindvel na remoo de leos emulsificados de efluentes de refinarias de petrleo,
indstria petroqumica e alimentcia. Os processos de flotao so classificados de acordo
com o mtodo de gerao de bolhas. Baseados nos mtodos convencionais de gerao de
bolhas, tem-se os seguintes processos de flotao: Flotao por Ar Dissolvido (FAD) e
Flotao por Ar Induzido (FAI).
O processo de flotao convencional consiste das seguintes etapas (BENNETT,
1988): gerao das bolhas de gs (normalmente ar) no interior do efluente; coliso entre as
bolhas de gs e as gotas de leo suspensas na gua; adeso das bolhas de gs nas gotas de
leo; e ascenso dos agregados gota de leo/bolhas at a superfcie, onde o leo removido.
3.4.2. Tratamentos No Convencionais
3.4.2.1 Eletroflotao
Usualmente, a indstria petrolfera apresenta grandes volumes de efluentes com
pequenas concentraes de leo, formando emulses estveis de leo/gua (HOSNY, 1995).
A separao de emulses ou partculas coloidais da gua a maior preocupao para
vrias indstrias, incluindo a petrolfera. Os requisitos para uma eficiente e rpida separao,
motivaram as indstrias ao desenvolvimento de processos alternativos. A tcnica da
eletroflotao uma alternativa altamente verstil e competitiva para instalao em tanques
que requerem grandes reas; tambm competitiva, quando comparada com outras tcnicas
de flotao, como ar dissolvido e ar disperso. As unidades de eletroflotao so pequenas e
compactas e requerem pouca manuteno e custos operacionais menores que outras unidades
de flotao. Os efluentes oleosos frequentemente formam emulses contendo grandes
quantidades de agentes surfactantes; eles reduzem a tenso superficial e diminuem o tamanho
da gota de leo a tal ponto, que um grande tempo para separao requerido. A maioria dos
estudos apresentados na literatura, que obtiveram bons resultados na separao de emulses
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leo / gua, usaram nodos solveis como ferro ou alumnio, acoplados a ctodos de platina e
tambm usaram um agente floculante para melhorar o processo de flotao. Poucos estudos
aplicaram nodo insolvel para processos de remoo de leo (HOSNY, 1992).
De acordo com LEITE et al. (2007), no processo de eletrocoagulao so geradas
eletroquimicamente bolhas de gs hidrognio, cloro ou oxignio, a partir de eletrodos de
sacrifcio como nodos consumveis que acarretam a formao de hidrxidos (Al ou Fe).
Segundo KOREN e SYVERSEN (1995), o grau de separao em uma clula
operando com eletrocoagulao atinge valores acima de 99,0% na maior parte dos casos.
Porm, durante a aplicao deste processo so geradas grandes quantidades de resduos
(RUBIO et al. (2002) e NASCIMENTO (2003)), sendo necessria a manuteno e
substituio constante dos eletrodos. Sendo assim, ocorre um maior risco de poluio
ambiental e um aumento nos custos do processo.
De acordo com CHEN (2003) e LEITE (2007), a eletroflotao um processo
simples que flota poluentes para a superfcie da gua, atravs de minsculas bolhas de gases
hidrognio e oxignio ou cloro, gerados por eletrlise da gua, na base de um reator
eletroqumico. As reaes eletroqumicas que ocorrem no ctodo e nodo so,
respectivamente, reaes de produo de hidrognio e oxignio ou cloro. A tecnologia da
eletroflotao efetiva na remoo de partculas coloidais, leos, graxas e poluentes
orgnicos. As bolhas de gs formadas na superfcie do eletrodo fazem contato com as gotas de
leo, so adsorvidas e transportadas para superfcie, onde ocorre a remoo do leo. A
eletroflotao tem uma performance melhor que a flotao a ar dissolvido, sedimentao ou
flotao induzida. A principal diferena entre este processo e a eletrocoagulao o uso de
eletrodos fabricados com materiais que no apresentam gerao de resduos, como o chumboe ADE nodo dimensionalmente estvel (Ti/Ru0,3Ti0,7O2). O desenvolvimento de eletrodos
estveis e ativos para produo de oxignio, foi o impulso para a adoo desta tecnologia.
Na eletroflotao, os gases produzidos H2, O2e Cl2so gerados a partir da eletrlise
da gua. Nos reatores de eletroflotao so usadas baixas densidades de corrente eltrica (0,1
a 10 mA.cm-2) e os potenciais de clula so inferiores a 10 V (HOSNY, 1995).
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As reaes 3.1, 3.2 e 3.3 representam a gerao dos gases:
2H2O + 2e- H2+ 2OH
- (3.1)
2H2O - 4e- O2+ 4H
+ (3.2)
2Cl-- 2e- Cl2 (3.3)
Segundo HOSNY (1992), a eletroflotao apresenta trs principais caractersticas
que a diferenciam de outras tcnicas de flotao e constituem suas vantagens:
a) bolhas de gs dispersas extremamente pequenas, com dimetro mdio de 20 m.
Isto aumenta a rea superficial de contato entre gotas de leo e bolhas de gs. As
bolhas de gs formadas so uniformes.
b) variando a densidade de corrente, possvel criar qualquer concentrao de
bolhas de gs no meio de flotao; assim, aumentamos as probabilidades de
colises entre gotas de leo e bolhas de gs.
c) a seleo de um eletrodo de superfcie adequada e condies da soluo,
permitem obteno de timos resultados de separao.
A necessidade de reduzir o custo dos materiais dos eletrodos e o controle contnuo
da densidade de corrente so os motivos para explorar em profundidade a eficincia de uma
clula de eletroflotao aplicada remoo de leo de efluentes.
As gotas de leo na emulso tm diversos tamanhos; somente as gotas maiores so
removidas. O processo de eletroflotao afetado enormemente pelo tamanho das partculas e
tambm pelo tamanho das bolhas de gases hidrognio e oxignio gerados na superfcie dos
eletrodos. Vrios fatores influenciam o tamanho das bolhas, como: densidade de corrente,
temperatura e curvatura da superfcie do eletrodo; mas, o maior efeito decorre do material do
eletrodo e do pH do meio (ajustado em 4,5). Alm disso, o movimento da bolha dentro daclula importante para o processo de flotao. A trajetria da bolha afetada pela
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hidrodinmica e posio dos eletrodos na clula. O sucesso da eletroflotao depende
sobretudo da presena de volume suficiente de bolhas de gs, em relao s partculas.
Entretanto, grande volume de gs pode levar coalescncia das bolhas. Este um critrio
difcil de ajustar em um processo de flotao convencional; contudo, relativamente fcil de
ajustar em um processo de eletroflotao (HOSNY, 1995).
MARKHASIN et al. (1981), disseram que partculas de petrleo menores que 2,5
m no podem ser removidas do efluente por eletroflotao, a menos que tais partculas
tornem-se maiores. FUKUI e YUU (1993) reportaram que a taxa de flotao depende
fortemente das cargas da partcula e da bolha. Entretanto, a medida da carga de uma pequena
bolha de gs no fcil de determinar e poucos investigadores medem o potencial zeta da
bolha. Os resultados indicam que a mxima taxa de flotao atingida quando o potencial
zeta das bolhas e partculas tm sinais opostos.
A eficincia na remoo de poluentes largamente dependente do tamanho das
bolhas formadas. O consumo de energia funo do projeto da clula, materiais do eletrodo,
condies operacionais, densidade de corrente e condutividade da gua, entre outros. A
variao de tamanho das bolhas depende do pH da gua e do material do eletrodo. As bolhas
de hidrognio so menores em pH neutro; para as bolhas de oxignio, h aumento de tamanho
com o pH. O material do ctodo afeta o tamanho das bolhas de hidrognio. Verificou-se que o
incremento de pH na cmara catdica e o decrscimo de pH na cmara andica so muito
rpidos, quando no utilizada soluo tampo. A eficincia da eletroflotao deve-se,
primariamente, gerao de bolhas pequenas e uniformes; isto porque bolhas pequenas
conduzem a grande rea superficial para ligar-se partcula. Mais de 90% das bolhas geradas
na eletroflotao situam-se entre 15 e 45 m, para nodo dimensionalmente estvel (ADE)
base de titnio. Em contrapartida, o tamanho de bolhas num flotador a ar dissolvido (FAD)situa-se entre 50 e 70 m (CHEN, 2003).
BURNS et al. (1997) apud CHEN (2003) reportaram que valores de tamanho de
bolhas de gs entre 46,4 e 57,5 m podem ser obtidos em um flotador a ar dissolvido, quando
a presso varia de 635 para 414 KPa. As bolhas de gs dependem tambm da densidade de
corrente. Alm do tamanho da bolha, o fluxo de bolhas, definido como o nmero de bolhas de
gs por segundo por unidade de rea da clula de flotao, tambm desempenham uma funo
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na flotao, recuperando partculas de diferentes tamanhos. Uma reduo no tamanho das
bolhas de gs foi observada com o aumento da intensidade de corrente (CHEN, 2003).
Segundo BURNS et al. (1997), a reduo no tamanho da bolha com aumento da
densidade de corrente verdadeiro somente para baixos valores de densidade de corrente.
Quando a densidade de corrente maior que 200 A/m2, as bolhas de gs variam de 20 a 38
m.
Experimentos conduzidos por HOSNY (1992), em gua contendo 350 mg/L de leo
emulsionado, mostraram que a porcentagem de leo removido aumentou com o incremento da
corrente eltrica, at um valor timo de 1,2 A (60% de leo removido). Mais incremento na
corrente reduz levemente a taxa de remoo de leo (56% a 3,6 A). Inicialmente,
incrementando a corrente acentua-se a gerao dos gases hidrognio e oxignio nas
superfcies dos eletrodos. Isto leva a um aumento no nmero de bolhas de gs dentro da
clula. Consequentemente, a ligao entre bolhas de gs e gotas de leo aumenta e mais gotas
de leo so carreadas para cima pelas bolhas de gs. Entretanto, aumentando mais a corrente,
acima do valor timo, cresce muito o nmero de bolhas de gs geradas. H ento uma grande
probabilidade das bolhas de gs coalescerem em vez de unirem-se s gotas de leo.
Figura 3.7 Efeito da corrente na remoo de leo
Fonte: Adaptao de HOSNY, 1995.
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HOSNY (1992) verificou que a presena de cloreto de sdio (3,5% em peso) produz
um significativo aumento na remoo de leo. Experimentalmente, verificou-se um aumento
de 60 para 70% na remoo de leo, para a corrente tima de 1,2 A, equivalente a 100 A/m2
de densidade de corrente. A presena de cloreto de sdio reduz o tamanho das bolhas de gs,
especialmente do hidrognio. Como as bolhas menores sobem mais lentamente para a
superfcie, aumenta a probabilidade de colises com gotas de leo, levando a uma melhoria
no processo de remoo de leo.
Quando a condutividade baixa, a aplicao direta de eletroflotao consome
grandes quantidades de energia. Neste caso, deve-se adicionar cloreto de sdio (CHEN,
2003). A corrente eltrica uma varivel chave no controle da eficincia do processo de
flotao. A condutividade da emulso afeta enormemente a voltagem da clula; experimentos
conduzidos por HOSNY (1995), com emulses contendo 3,5% em peso de cloreto de sdio,
mostram uma reduo no consumo de energia e na voltagem da clula. De uma forma geral, a
remoo de leo por eletroflotao ser mais efetiva em efluentes oleosos originados da gua
do mar ou que tenham a presena de cloreto de sdio.
Figura 3.8 Consumo de energia eltrica em funo da corrente
Fonte: Adaptao de HOSNY, 1995.
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Usualmente, um nodo instalado no fundo, enquanto que uma tela de ao
inoxidvel ctodo fixada 10 a 50 mm acima do nodo. O arranjo de eletrodos no pode
garantir uma disperso rpida das bolhas de oxignio geradas no nodo, dentro do fluxo do
efluente, afetando a eficincia da flotao. Alm disso, se a condutividade do efluente baixa,
o consumo de energia ser inaceitavelmente alto, devido ao grande espao entre os eletrodos,
requerido para prevenir o curto-circuito entre o ctodo e o nodo. As condies da superfcie
do eletrodo afetam o tamanho da bolha; superfcie de ao inoxidvel polido gera bolhas
pequenas. O potencial hmico da gota proporcional distncia entre eletrodos; reduzir essa
distncia de grande importncia para reduzir o consumo de energia na eletrlise (CHEN,
2003).
CHEN et al. (2002) propuseram e testaram um arranjo indito de eletrodos, com
nodo e ctodo colocados no mesmo plano. Foi obtida flotao efetiva, porque houve rpida
disperso de pequenas bolhas geradas no efluente; isto to importante quanto a gerao de
pequenas bolhas. Quando no h essa rpida disperso, pode ocorrer a coalescncia de
algumas bolhas, formando bolhas maiores.
O sistema de eletrodos a parte mais importante, sendo considerado o corao da
unidade de eletroflotao. Apesar de ferro, alumnio e ao inoxidvel serem baratos,
facilmente acessveis e aptos a realizarem simultaneamente eletrocoagulao e eletroflotao,
eles so anodicamente solveis (consumveis). As bolhas geradas por eletrodos parcialmente
consumidos, geralmente so grandes, devido superfcie spera do eletrodo. A recente
descoberta de nodos Ti / IrOx Sb2O5 SnO2, que tm estabilidade eletroqumica
extremamente alta e boa atividade eletrocataltica para gerao de oxignio. O tempo de vida
do eletrodo fortemente dependente da densidade de corrente utilizada (CHEN, 2003).
nodos dimensionalmente estveis (ADE), inventados na dcada de 60, tornaram-se
os mais importantes eletrodos na engenharia eletroqumica. O xido de rutnio (RuO2)
reconhecido como o mais atrativo xido para eletrocatlise. Ele apresenta excelente atividade
na gerao de gs oxignio (CHEN, 2005).
A concentrao de leo dentro da clula de flotao cresce com a altura medida apartir do fundo da clula. A eficincia da clula de eletroflotao melhora com o aumento da
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concentrao inicial de leo e do tempo de flotao, at certo nvel. Um modelo cintico de
primeira ordem foi aplicado satisfatoriamente por HOSNY (1992), para representar o
processo de remoo de leo.
Segundo MANSOUR & CHALBI (2006), os dados experimentais da cintica de
remoo do leo podem ser correlacionados a partir de um modelo cintico de primeira
ordem, em que a taxa de remoo de leo de uma emulso leo-gua pode ser representada
pela Equao 3.1:
0.. CkAdt
dC
V = (3.1)
onde:
k - constante cintica de remoo, m.s-1;
C0 - concentrao inicial de leo no efluente, mg.L-1;
t - tempo de flotao, s;
V - volume da clula de eletroflotao, m3;A - rea dos eletrodos, m2.
A soluo da equao acima pode ser obtida atravs de sua integrao, resultando
nas Equaes 3.2 e 3.3:
tkCC '.ln
0
=
(3.2)
onde k dado por:
V
kAk
.'= (3.3)
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3.4.2.2 Processo Fenton
Mtodos convencionais so frequentemente pouco eficientes para o tratamento dagua produzida. Qualquer processo que requer filtrao, floculao ou adsoro, produz mais
resduos oleosos concentrados, o que dificulta sua disposio. Nesse contexto, processos
como os oxidativos avanados apresentam-se como uma alternativa bastante atrativa para
tratamento ou pr-tratamento de efluentes oleosos (MORAES et al., 2004).
Os processos oxidativos avanados (POA) tm atrado grande interesse das
comunidades cientfica e industrial. Tais processos so baseados na formao do radical livre
hidroxil (OH), altamente reativo, com potencial de oxirreduo superior ao do oznio e
levemente inferior ao do flor, e no seletivo, atuando como agente oxidante intermedirio
com tempo de meia vida da ordem de milisegundos. Devido ao seu alto potencial padro de
reduo (Reao 3.4), ele capaz de oxidar uma ampla variedade de compostos orgnicos a
gs carbnico, gua e ons inorgnicos provenientes dos heterotomos (NOGUEIRA et al.,
2007); (JULIO et al., 2006).
OH + e-+ H+ H2O E0= 2,730 V (3.4)
Os radicais hidroxil so fortes oxidantes, que reagem com a maioria dos
contaminantes orgnicos, em taxas de difuso controladas, prximas de 109a 1010m-1s-1. O
mecanismo mais comum para a oxidao pelos radicais hidroxil a adio eletroflica em
compostos insaturados ou aromticos, enquanto que a abstrao de hidrognio frequentemente
ocorre em compostos saturados (WATTS et al.,2000).
O perxido de hidrognio utilizado para a gerao de radicais hidroxil; entretanto,
necessria a adio de ativadores, como sais de ferro, oznio e/ou luz ultravioleta, para
produzir a alta taxa de radicais requerida. Os radicais livres (HO) formados atacam o
composto orgnico, levando sua oxidao completa, produzindo CO2 e H2O, ou quando
resulta em uma oxidao parcial, geralmente ocorre um aumento da biodegradabilidade dos
poluentes (LANGE et al., 2006).
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A reao de Fenton considerada entre os mais promissores mtodos de oxidao
avanados para remediao de efluentes, degradando compostos orgnicos (MACHULEK et
al., 2007).
Segundo FLOTRON et al.(2005), o reagente Fenton pode ser usado no tratamento
de hidrocarbonetos aromticos, poluentes de baixa biodegradabilidade. interessante sua
aplicao, devido ao custo mais moderado, simples operao e avanado potencial oxidativo,
devido formao de radicais hidroxil, que so as espcies oxidantes formadas em solues
aquosas.
De acordo com NOGUEIRA et al. (2007), o radical hidroxil geralmente formado
em reaes que resultam da combinao de oxidantes oznio e perxido de hidrognio com
ou sem irradiao ultravioleta (UV) ou visvel (Vis) e catalisadores, como ons metlicos ou
semicondutores. A reao de Fenton apresentada na reao 3.5, onde o radical hidroxil a
espcie oxidante neste sistema, capaz de oxidar vrias classes de compostos orgnicos em
uma reao espontnea que ocorre no escuro.
Fe2++ H2O2 Fe3++ OH + OH (3.5)
Na ausncia de um substrato, o radical hidroxil formado pode oxidar outro on
Fe(II), como na reao 3.6:
Fe2++ OH Fe3++ OH (3.6)
Os ons frricos formados podem decompor H2O2, cujos passos so dependentes do
pH, como mostrado nas reaes 3.7 a 3.11, formando tambm ons ferrosos e radicais:
Fe3++ H2O2 FeOOH2++ H+ (3.7)
FeOOH2+ Fe2++ HO2 (3.8)
Fe2++ HO2 Fe3++ HO2 (3.9)
Fe3++ HO2 Fe2++ O2+ H
+ (3.10)
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H2O2+OH HO2
+ H2O (3.11)
Como pode ser observado na reao 3.11, o perxido de hidrognio pode tambm
atuar como seqestrador de radical hidroxil, formando o radical peroxil (HO2), o qual
apresenta um menor potencial de reduo (E0= 1,42 V) que o radical (OH), E0= 2,730 V,
prejudicando o processo de degradao. Isto ocorre na presena de excesso de perxido de
hidrognio, pois neste caso a concentrao de Fe2+no meio baixa em relao de Fe3+uma
vez que a reao entre Fe3+e H2O2(equao 3.7) muito mais lenta que a decomposio de
perxido de hidrognio na presena de Fe2+(reao 3.5). O efeito prejudicial do excesso de
H2O2 na degradao de compostos orgnicos foi observado, o que demanda uma ateno
especial para a utilizao da concentrao adequada (NOGUEIRA et al., 2007).
De acordo com AGUIAR et al.(2007), a alta reatividade do radical hidroxil resulta
em reaes rpidas e inespecficas com os distintos substratos. Quando utilizado Fe3+ ao
invs de Fe2+e perxido de hidrognio em excesso, outros radicais de menor potencialidade
de oxidao tambm so formados, como hidroperoxila (HO2) e nion superxido (O2
). O
radical hidroxil pode atuar como um eletrfilo ou como um nuclefilo, atacando molculas
orgnicas pela abstrao de hidrognio ou acoplando-se em duplas ligaes e anis
aromticos (hidroxilao), inclusive em posies substitudas, causando reaes como
desmetoxilao, desalogenao, desalquilao, desnitrao, desaminao e descarboxilao.
Apesar da maior velocidade de reao entre Fe2+e perxido de hidrognio, a utilizao de
Fe3+ mais conveniente, pois neste estado de oxidao, o ferro mais abundante e apresenta
menor custo. A decomposio de H2O2por Fe3+gera a espcie reduzida Fe2+, que tambm
reage com H2O2.
Fe3++ H2O2 Fe2++ HO2
+ H+ (3.12)
Fe3++ HO2 Fe2++ O2+ H
+ (3.13)
Como ambos os ons Fe2+e Fe3+so coagulantes, o reagente de Fenton pode ter a
dupla funo de oxidao e coagulao nos processos de tratamento. No h a possibilidade
de formao dos indesejveis compostos halogenados durante o processo de oxidao com oreagente de Fenton (JULIO et al., 2006).
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Uma moderna interpretao do mecanismo Fenton, considera que outros oxidantes
intermedirios, como complexos de ferro de alta valncia (Fe3+(aq) e Fe4+
(aq)) so formados
durante oxidao de Fe2+a Fe3+(AGUIAR et al., 2007).
A utilizao de sais de ferro para decomposio cataltica do perxido de
hidrognio, apresenta-se como uma soluo de custo menos elevado em relao aos outros
processos oxidativos avanados, pois utiliza um catalisador de baixo custo, o sulfato ferroso,
que resduo de indstrias de produo de ao (CHAMARRO et al., 2001).
A potencialidade deste processo para o tratamento de efluentes enfatizada devido
simplicidade de sua aplicao, pois a reao ocorre temperatura e presso ambientes, no
requerendo nenhum reagente ou equipamento especial e se aplica a uma grande variedade de
compostos. Alm disso, o ferro o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre.
Apesar de tradicionalmente aceito que o radical hidroxil a espcie que inicia a oxidao de
compostos orgnicos na reao de Fenton, alguns estudos tm sugerido outras espcies
oxidantes, como intermedirios de ferro de alta valncia, como FeO3+e o on ferril FeO2
+.
na remoo de cor e compostos orgnicos que o processo Fenton surge como uma alternativa
vivel ao tratamento de diversos efluentes. Ele pode ser usado como nico, pr e ps-
tratamento de efluentes. Vrios fatores influenciam a velocidade de degradao, como a
estrutura qumica do contaminante, pH, concentrao de ferro e de perxido de hidrognio e a
carga orgnica presente (NOGUEIRA et al., 2007).
A eficincia da oxidao empregando reagente de Fenton depende das condies do
meio de reao (BIDGA, 1995), sendo muito importante o estudo de fatores como: dosagem
de reagentes, a relao entre a dosagem de oxidante e catalisador, tipo de catalisador, tempode reao, pH do meio e temperatura.
O cobre tambm atua como um catalisador na decomposio do perxido de
hidrognio (reao de Fenton cuprosa), de modo similar ao ferro. Nesta reao, o complexo
formado entre H2O2e o metal mais estvel que na reao de Fenton ferrosa. A reao de
Fenton cuprosa aproximadamente trs vezes mais rpida que a ferrosa; no entanto, a
estabilidade do Cu1+
em soluo aquosa depende da presena de compostos que reduzamconstantemente Cu2+a Cu1+(AGUIAR et al., 2007).
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O reagente de Fenton pode ter diferentes funes de tratamento, dependendo da
relao H2O2 / Fe2+. Quando a quantidade de Fe2+ excede a de perxido de hidrognio, o
tratamento tende a apresentar um efeito de coagulao qumica. J com a relao H2O2/ Fe2+
contrria, o tratamento tem o efeito de oxidao qumica (NEYENS e BAYENS (2003),
JULIO et al.(2006)).
A definio da faixa de dosagem de reagentes varia de acordo com o tipo de
efluente. A faixa tpica de relao H2O2/ Fe2+ de 5:1 a 25:1 em massa. As taxas de reao
com reagente de Fenton aumentam com o aumento da temperatura. Entretanto, quando a
temperatura aumenta acima de 40 50 oC, a eficincia de utilizao do H2O2diminui, devido
sua acelerada decomposio em H2O e O2. A maioria das aplicaes comerciais do reagente
de Fenton ocorre a temperaturas entre 20 e 40 oC (ALVES, 2004).
O tempo de reao depende de variveis como temperatura e dosagem de reagentes.
O trmino da oxidao depende da relao entre perxido de hidrognio e substrato
(composto orgnico), e a taxa de oxidao determinada pela concentrao inicial de ferro e
pela temperatura (BIDGA (1995), KANG e HWANG (2000)).
A irradiao com luz ultravioleta aumenta a taxa de degradao do contaminante,
principalmente por estimular a reduo de Fe3+ a Fe2+ (BACARDIT et al., 2007). Esse
processo chamado Foto-Fenton e mostrado na reao 3.14:
luz
Fe3++ H2O Fe2++ OH + H+ (3.14)
A reduo de fenol e carbono orgnico total, promovidos em um processo Fenton,
em meio moderadamente salino, foi melhorado com a utilizao do processo foto-Fenton
(MACIEL et al., 2004).
A irradiao com luz no interessante na indstria petrolfera, para o tratamento da
gua produzida, devido alta taxa de deposio de material slido opaco na superfcie do
vidro que envolve a lmpada, o que reduz muito a eficincia do processo.
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A salinidade reduz a eficincia do processo de degradao de poluentes (MORAES
et al., 2004). Segundo BACARDIT et al. (2007), a presena de ons inorgnicos, como
cloreto ou sulfato, podem reduzir a eficincia do processo de oxidao baseado no radical
hidroxil. Tais nions podem capturar o radical hidroxil, produzindo radicais aninicos menos
reativos, que podem reagir com o perxido de hidrognio. A interao do cloreto no
mecanismo Fenton, pode ser devido complexao de Fe2+ para Fe3+ com Cl, conforme
reaes 3.15 a 3.18, ou captura do radical hidroxil (reao 3.19), que pode promover a
gerao de radicais Cl, que so menos reativos que o radical hidroxil:
Fe2++ Cl FeCl+ (3.15)
FeCl
+
+ Cl FeCl20
(3.16)Fe3++ Cl FeCl2+ (3.17)
Fe3++ 2Cl FeCl2+ (3.18)
Na presena de Clocorre a captura do radical OH:
Cl+ OH [ClOH] (3.19)
MACHULEK et al.,(2007) estudaram o efeito de nions cloreto (Cl-) no processo
Foto-Fenton, atuando no controle do pH do meio reacional para contornar o efeito negativo
dos ons Cl-. Verificou-se experimentalmente que mantendo pH 3 durante a reao, a
eficincia do processo praticamente no se altera. Para outros valores de pH, a interferncia
do nion muito prejudicial ao processo Fenton.
De acordo com BIDGA (1995), o processo de oxidao empregando reagente de
Fenton composto por quatro estgios, que so:
a) ajuste de pH: a faixa ideal entre 3 e 4; para valores de pH elevados, ocorre a
precipitao de Fe3+.
b) reao de oxidao: processada em um reator no pressurizado e com agitao.
feita a adio de sulfato ferroso e perxido de hidrognio.
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c) neutralizao e coagulao: deve ser feito um ajuste de pH na faixa de 6 a 9, para
precipitar hidrxido de ferro. Nessa etapa, h a possibilidade de remoo de outros
metais pesados por precipitao.
d) precipitao: o hidrxido de ferro e alguns metais pesados precipitam e podem ser
removidos da soluo.
A principal limitao do processo Fenton a estreita faixa de pH em que a eficincia
de degradao mxima (2,5 a 3,0), que tem sido contornada com a utilizao de complexos
orgnicos de ferro que estabilizam o ferro em uma faixa mais ampla de pH (NOGUEIRA et
al., 2007).
O pH da reao muito importante, em virtude de vrios fatores, como a
estabilidade dos reagentes empregados; tanto o perxido de hidrognio quanto os ons
ferrosos so mais estveis em pH cido (KUO, 1992). Em pH alcalino, o perxido de
hidrognio instvel, podendo ser decomposto em H2O e O2 e seu potencial de oxidao
diminui. O potencial de oxidao dos radicais hidroxil diminui com o aumento do pH, sendo
E0 (pH=0)= 2,8 V em meio cido e, em meio bsico, tem-se E0 (pH=14)= 1,95 V, (KIM et al.,
1997).
Segundo KIWI et al. (2000), diversos experimentos comprovaram que para pH
prximo de 3, o radical OH a espcie mais ativa na degradao de compostos orgnicos. A
faixa de pH tima para reao ocorre entre 3 e 6 (ALVES, 2004). Nos experimentos
desenvolvidos por LANGE et al.(2006), na etapa de oxidao, o pH da amostra foi ajustado
com cido sulfrico. A seguir foram adicionados FeSO4.7H2O e H2O2(30% em volume) sobagitao. Na etapa de neutralizao, adicionou-se cal, deixando o sistema em repouso para
que a sedimentao ocorresse. Os fatores selecionados para investigao do processo
oxidativo, foram: dosagem de reagentes, tempo de reao e pH, sendo mantida a temperatura
ambiente em todos os experimentos.
Embora o processo padro de Fenton use perxido de hidrognio diludo, com
excesso de ferro II, vrias modificaes tm sido desenvolvidas para aplicaes ambientaisespecficas, incluindo catlise de ferro para promover reaes em pH neutro (WATTS et al.,
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2000). As reaes de Fenton tm sido investigadas especificamente para o tratamento das
fraes de petrleo e compostos relacionados, nos solos e guas subterrneas. A frao
aromtica, e mais txica, foi a mais efetivamente oxidada, compara frao aliftica, usando
menor quantidade de perxido de hidrognio e pH prximo de neutro.
Para pH < 1, a reao restringe-se oxidao de Fe2+por perxido de hidrognio,
conforme reao 3.20 (KREMER, 2003).
2Fe2++ H2O2 2Fe3++ 2OH- (3.20)
Para pH > 4, ons Fe precipitam na forma de hidrxidos. O range timo de pH 3 a
3,5, onde Fe(OH)
2+
a espcie frrica predominante em soluo (MORAES et al., 2004).
COELHO et al.(2006) utilizaram cintica de primeira ordem para processo Fenton,
com bons resultados (R2= 0,814); as concentraes utilizadas de reagentes foram 4 g.L -1de
H2O2e 0,4 g.L-1de ons Fe2+. O valor da constante cintica obtida foi 0,044 min-1. CELIN et
al.(2003) e RODRIGUEZ et al.(2003) propuseram modelos cinticos de primeira ou pseudo-
primeira ordem.
3.4.2.3 Processo Combinado
Foi estudado por ROSA (2003), um processo de tratamento combinado para guas
oleosas derivadas da indstria do petrleo. Trata-se de um processo de floculao flotao
(FF), baseado nas tcnicas de floculao pneumtica em linha, seguida de separao por
flotao. Nas melhores condies operacionais, o processo apresentou remoes de leo da
ordem de 90%.
JULIO et al. (2006) utilizaram reagente Fenton com flotao por ar dissolvido e
filtrao, na remoo de substncias hmicas da gua. Foram obtidas remoes da ordem de
50 a 60%.
GARCA-MONTAO et al. (2006) apresentaram um processo combinado Foto-
Fenton com reator batelada aerbico para tratamento de efluente txtil. O processo Fenton foi
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utilizado como um pr-tratamento de um tratamento biolgico secundrio. As remoes de
carbono orgnico dissolvido foram da ordem de 80%.
No foi encontrada na literatura, nenhuma referncia ao tratamento combinado da
gua produzida de petrleo por eletroflotao e processo Fenton.
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4. Materiais e Mtodos__________________________________________________________________________________________
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4. Materiais e Mtodos
4.1 Preparo da gua Produzida Sinttica
A gua produzida foi sintetizada no Laboratrio de Minimizao e Tratamento de
Efluentes (LMTE) do Instituto de Tecnologia e Pesquisa (ITP). A sntese foi necessria,
devido s grandes flutuaes de composio da gua produzida real, o que impossibilitava o
estudo isolado dos efeitos dos parmetros envolvidos no processo de tratamento.
O petrleo utilizado no preparo da gua produzida sinttica foi obtido junto Petrobras S. A., na Estao Central de Bonsucesso, localizada no municpio de Carmpolis-
SE. O leo apresenta as caractersticas apresentadas na Tabela 4.1.
Tabela 4.1 Caractersticas do petrleo da Estao de Bonsucesso, Carmpolis-SE
Parmetro Valor
BSW (% vol) 0,50
Grau API 23,80Densidade 20/4 (g/cm3) 0,9073
Salinidade (mg NaCl / L) 375,06
Viscosidade a 0 oF (cP) 120,3
Viscosidade a 22 oF (cP) 65,9
Viscosidade a 40 oF (cP) 44,8
Ponto de Fluidez (oC) + 15
Fonte: Adaptao de PETROBRAS, 2009.
A gua produzida sinttica foi obtida utilizando cloreto de sdio comercial para
preparo de salmoura, at atingir valor de salinidade de 100.000 mg/L. Nesta soluo foi
acrescentado petrleo suficiente para se obter um teor de leos e graxas da ordem de 400
mg/L. A salmoura e o petrleo foram agitados utilizando o Ultra Turrax (modelo T50 Janke &
Kunkel Ika Labortechnik Alemanha Figura 4.1) na velocidade de 8.000 rpm durante 30
minutos.
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4. Materiais e Mtodos__________________________________________________________________________________________
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Figura 4.1 Ultra Turrax modelo T50.
4.2 Processo Fenton
O processo Fenton foi realizado em um reator de 2L, contendo 1L de gua produzida
sinttica, sob agitao e temperatura ambiente (aproximadamente 25o
C), durante 180minutos.
Adicionou-se sulfato ferroso como fonte de ons ferrosos (Fe2+) at obter
concentraes deste on de 30, 100 e 150 mg/L. Em seguida adicionou-se perxido de
hidrognio nas concentraes de 250, 500 e 1500 mg/L. O pH reacional foi ajustado
inicialmente nos valores 3,0; 4,0; 5,0 e 6,0, utilizando solues de HCl (0,1 M) e NaOH (0,1
M).
Amostras representativas do sistema foram tomadas nos tempos 0, 5, 10, 20, 40, 60,
90, 120, 150 e 180 minutos. Nos recipientes de vidro de 60 mL, onde foram acondicionadas
as amostras a analisar, colocou-se previamente 25,0 mL de solvente (S-316) para extrao do
leo e adicionou-se 25,0 mL da amostra; foi colocado 1,0 mL de soluo 1:1 de cido
clordrico, seguindo orientao do mtodo de anlise para determinao do teor de leos e
graxas por absoro do infravermelho (ASTM D-1129). Assim, o pH da amostra caiu para
1,0, o que interrompeu a reao de Fenton. A amostra foi ento mantida sob refrigerao a 4,0oC, at o momento da anlise.
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4.3 Construo do Reator
Foi projetado e montado um reator tubular com dimetro interno de 0,10m ecapacidade volumtrica de 15L, para operao em batelada (Figura 4.1). Sua estrutura foi
confeccionada em acrlico, com 4 pontos de coleta de amostras em seu eixo longitudinal.
Na parte superior do vaso tubular, est conectada uma caixa retangular que promove
a separao do leo flotado. Na parte inferior encontram-se os eletrodos.
Figura 4.2 Detalhes do corpo do reator, mostrando os pontos de coleta de amostras e as
distncias entre eles.
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A Figura 4.3 mostra o detalhe dos eletrodos expandidos utilizados.
Figura 4.3 Detalhes dos eletrodos utilizados: a) nodo de DAS (R)De Nora Ti/Ru0,3Ti0,7O2;
b) Ctodo de ao inoxidvel 316.
A Figura 4.4 mostra a montagem e distribuio dos eletrodos na base do reator.
Figura 4.4 Base do reator com as placas do ctodo e nodo soldadas.
As dimenses dos eletrodos foram alteradas