ELETROFLOCULAÇÃO EM CORRENTE ALTERNADA COMBINADA COM PROCESSOS DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS DE OSMOSE INVERSA PARA TRATAMENTO DE ÁGUA DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO ONSHORE. 1. OBJETIVO DO TRABALHO Um dos pontos cruciais na indústria de petróleo é a água de produção gerada no processo extrativo, em média de 3 a 4m 3 para cada m 3 de petróleo extraído e que aumenta gradativamente seu volume a medida que os poços vão envelhecendo. Esse volume pode chegar a 7m 3 por m 3 de petróleo. A água de produção corresponde a 98% de todos os efluentes gerados, sua composição apresenta óleo, elementos tóxicos e sais (Thomas, 2004). Devido ao volume e a complexidade da água de produção de petróleo o seu tratamento é um grande problema para as indústrias petrolíferas (MACEDO, 2009). O óleo cru apresenta tendência a se emulsificar e algumas emulsões são mais difíceis de serem separadas do que outras; usualmente a indústria petrolífera apresenta grandes volumes de efluentes com concentrações de óleo, formando emulsões estáveis de óleo/água. A separação de emulsões e partículas coloidais da água é a maior preocupação da indústria petrolífera (GOMES, 2009). Além disso, o despejo desses rejeitos leva a um aumento na DQO, desequilíbrios dos ecossistemas, aceleração de processos de eutrofização e riscos á saúde humana. As normas regulamentadoras vêm cada vez mais se tornando restritivas e o tratamento desses rejeitos antes do descarte é cada vez mais necessário (Drogui et al, 2008). No presente trabalho realizou-se um estudo visando o tratamento da água de produção de petróleo utilizando os processos de eletrofloculação (EF) em corrente alternada de frequência variável e processo de separação por membranas de osmose inversa (OI) A EF é uma alternativa promissora para o atendimento à legislação ambiental. Esta alternativa possibilita ampliar a capacidade e eficiência de tratamento dos sistemas físico-químicos tradicionais, pois utiliza os mesmos fundamentos básicos de coagulação-floculação (SILVA e MAINIER, 2011). O processo da EF em um reator com eletrodos de ferro proporciona um ambiente físico-químico que permite a desestabilização do poluente pela oxidação eletrolítica do metal, que forma um agente coagulante no meio. O coagulante adsorve no poluente, coagula e precipita subsequentemente, sendo auxiliado na tarefa de flotação pelos gases gerados na eletrólise (gás hidrogênio e oxigênio) (BORBA et al., 2010).
A utilização do processo de EF em corrente alternada (CA) pode tornar possível o lançamento em corpos receptores ou a reinjeção nos poços do efluente tratado e/ou o reuso na irrigação de lavouras reduzindo a carga orgânica, pela retirada das partículas oleosas e sólidas em suspensão. Já o processo por separação por membrana (OI) foi escolhido como um tratamento posterior à EF, com o intuito de remover contaminantes residuais remanescentes do processo eletrolítico. A justificativa de escolha desse processo decorre da versatilidade do processo, da simplicidade de operação e escalonamento (opera com sistemas em módulo) e por não requerer a utilização de substâncias químicas que possam provocar passivos ambientais (HABERT, 2006 e SILVA, 2010). Neste trabalho, que utiliza emulsões de petróleo em água como efluente bruto de baixa salinidade, realizou-se a EF como tratamento primário para evitar uma elevada perda do fluxo de permeado em função do fouling de óleo na membrana. 2. METODOLOGIA UTILIZADA Os experimentos foram realizados com sistemas de EF em corrente alternada e frequência de 60 Hz em escala de bancada. Cada sistema consiste em um reator com capacidade de 1L no qual se utilizam como eletrodos 7 placas de ferro (10 x 5 cm, com 3 mm de espessura), ligados em paralelo. Os sistemas de OI (fabricados por PAM Membranas Seletivas Ltda) utilizam reatores com membranas planas e fluxo transversal. A área útil de membrana é de 116,9 cm 2 para a osmose inversa. Foi utilizada a seguinte membrana comercial: modelo BW30-2540 fabricado por Filmtec Membranes (Dow Chemical Company). A emulsão de petróleo simula água de produção de baixa salinidade e foi preparada em um becher de 1L de água destilada, contendo 1 g do óleo cru, 50 ml do emulsificante SP 60 (Oxiteno), 50 ml do emulsificante TW 60 (Oxiteno) e 3,0 g de NaCl. A emulsão foi então obtida após agitação mecânica vigorosa de aproximadamente 10.000 rpm por 10 minutos. A caracterização dos efluentes bruto e tratado foi feita considerando os parâmetros: DQO, O&G, ph, turbidez, cor, STD, condutividade e salinidade. O ph, condutividade, salinidade e sólidos totais dissolvidos foram determinados com medidor multiparâmetro PCS Testr 35. A turbidez foi analisada em turbidímetro TB1000. O monitoramento da cor foi realizado em espectrofotômetro Hach 5000 no comprimento de onda de 400 nm. A determinação da DQO foi realizada pela técnica de refluxo fechado, segundo a metodologia INEA e Standard Methods e a análise de O&G foi realizada pela metodologia MF-412 INEA e Standard Methods.
Na eletrofloculação os parâmetros avaliados foram: intensidade de corrente, tempo de operação e consumo de energia. Nesse sistema foram realizados ensaios nos tempos de 2, 4, 6, 8 e 10 min. e com intensidade de corrente de 1, 2, 3, 4 e 5 Ampér (A). Por sua vez, no processo de separação por membrana aplicou-se as pressões de 20, 25 e 30 bar, respectivamente para uma vazão de alimentação de 0,5 e 1 L/min. 2. RESULTADOS OBTIDOS A Tabela 1 apresenta os valores dos parâmetros do efluente bruto e do tratamento utilizando a técnica de EF em corrente alternada e EF combinado com membrana de OI Os resultados obtidos nos ensaios de EF em corrente alternada mostraram maiores eficiências de redução de DQO, cor, turbidez e O&G na condição de 2 A e 4 minutos e o tratamento combinado por OI mostrou elevada remoção de condutividade, salinidade e STD na condição de pressão de 25 bar e vazão de alimentação de 1L/min. Tabela 1 Resultados dos parâmetros obtidos no EF e EF combinado com OI. Parâmetros Efluente bruto EF EF + OI ph 5,5 6,2 6,3 DQO (mg/l) 2860 150 20 O&G (mg/l) 690 20 0 Cor (Abs. 400 nm) 2,5 0,04 0 Turbidez (NTU) 5000 7 0 Condutividade (μs/cm) 3760 3510 195 Salinidade (mg/l) 2310 2250 92 STD (mg/l) 2560 2600 139 Ao analisar os resultados obtidos constatou-se que para DQO, O&G, cor e turbidez os resultados para as duas metodologias foram bem eficientes. A remoção de DQO do efluente tratado com CA foi 94,7% enquanto que no tratamento combinado com osmose inversa foi de 99,3%, ambos abaixo do exigido para descarte que é de 250 mg/l segundo a DZ 205. Em termos de O&G no efluente tratado, os resultados para EF a eficiência de remoção foi de 97,1% enquanto que combinado com OI foi de 100%. Para a turbidez, houve remoção de 99,9% na EF e 100% para OI.
A cor foi reduzida na EF em 98,4% e no sistema complementar de OI houve total remoção de cor. Não houve na EF eficiência de redução significativa dos parâmetros STD, condutividade e salinidade, pois a EF não remove sais e o mesmo precisa de certa condutividade para ocorrer às reações de oxidação e redução. A escolha da EF em corrente alternada se deu de acordo com diversos estudos realizados em bancada onde observou que o desgaste de material de eletrodo ocorrido em corrente contínua (CC) era muito superior ao de corrente alternada. Uma hipótese provável para o ocorrido é que com a evolução do tempo de eletrólise nas mesmas condições de estudo em CC devido à corrente fluir em um único sentido, pode estar ocorrendo desgaste de forma irregular nas placas do eletrodo devido ao ataque sucessivo da corrente contínua e ocorrendo a oxidação da mesma em pontos preferenciais do eletrodo. Já no caso da CA acredita-se que a energização cíclica retarda os mecanismos normais de ataque de eletrodos ocorrendo um ataque no eletrodo mais homogêneo e assim, assegurando um tempo maior de vida útil ao mesmo. O efluente tratado obedece ao padrão da DZ-205 para o estado do Rio de Janeiro para descarte em termos de DQO, cor, ph, materiais flutuantes. De acordo com o CONAMA 357 o efluente tratado por EF e posterior tratamento por membrana de OI atende a legislação no parâmetro STD que é inferior a 500 mg/l. A DQO ficou abaixo dos 250 mg/l permitidos na legislação; o ph está dentro da faixa de 6-9 e há ausência de cor e materiais flutuantes no efluente tratado. Somente a EF não obedece aos padrões de reuso. A turbidez na faixa de 7 está acima dos 2-3 aceitos; STD está na faixa de 2500 mg/l acima dos 1000 mg/l permitidos, e a condutividade na faixa de 3500 μs/cm também está acima de 1200 μs/cm permitidos. A OI teve remoção superior a 95,9% de salinidade, 94,4% de condutividade e 94,6% de remoção de STD. Operou com fluxo de permeado elevado, conforme esperado devido à pressão aplicada de 25 bar. Observou-se que o processo de EF sozinho é eficiente para obedecer padrão de descarte, mas não reuso de água.no caso do EF combinado com OI, observou-se que atende aos limites de reúso de água para diversas aplicações. 3. CONCLUSÕES Para que a água produzida possa ser descartada em corpos receptores ou utilizada na reinjeção em poços de petróleo, e/ou utilizada para posterior reuso, é necessário o seu tratamento prévio para enquadrá-la nos padrões estabelecidos pelos órgãos ambientais.
A EF foi o método escolhido para o tratamento primário das emulsões de petróleo, e mostrou-se muito eficaz na remoção dos parâmetros DQO, cor, turbidez e O&G. Entretanto, para a remoção dos parâmetros salinidade, condutividade e STD faz-se se necessário a associação da EF combinado com o processo de OI. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BORBA, F. H.; MANENTI, D. R.; MÓDENES, A. N.; MORA, N. D.;QUIÑONEZ, F. R. E.; PALÁCIO, S. M.; YASSUE, P. H.; Nascimento, R. Avaliação da eficiência da técnica de eletro-floculação no tratamento de efluentes de indústrias de subprodutos avícolas. Estudos Tecnológicos - Vol. 6, n 1, 36-47, 2010. CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (Brasil). Resolução n o 357/2005. DROGUI, P.; ASSELIN, M.; BRAR, S. K.; BENMOUSSA, H.; BLAIS, J. F. Electrochemical removal of pollutants from agro-industry wastewaters. Separation and Purification Technology, v. 61, 301-310, 2008. DZ-205.R-6 - Diretriz de controle de carga orgânica em efluentes líquidos de origem industrial, 2007. GOMES, E. A.. Tratamento combinado de água produzida de petróleo por eletrofloculação e processo fenton. Dissertação de mestrado, Universidade Tiradentes, 2009. HABERT A., BORGES, C.; NÓBREGA, R., Processo de Separação com membranas, Escola Piloto de Engenharia Química. COPPE/UFRJ, programa de Engenharia Química, 2006. MACEDO, V. A. P. Tratamento de água de produção de petróleo através de membranas e processos oxidativos avançados. Dissertação de mestrado. Universidade de São Paulo, 2009. SILVA, J. C., Desenvolvimento de processo integrado utilizando processos de separação por membrana e adsorção em carvão ativado para o tratamento de água associada a produção de petróleo. Dissertação de mestrado. Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE). 2010. SILVA, P. C. F.; MAINIER, F. B., Tratamento eletrolítico de resíduos líquidos gerados em indústria mecânica fabricante de equipamentos para produção de petróleo. UFF, 2011. THOMAS, J. E. Fundamentos de Engenharia de Petróleo. 2. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2004.