agua produzida tesis

8/13/2019 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 5.8 CONSUMO ENERGTICO E TAXA DE FLUXO VOLUMTRICO DE GS GERADO............58


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1. Introduo__________________________________________________________________________________________

1

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__________________________________________________________________________________________

2

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__________________________________________________________________________________________

3

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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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


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.


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



Ponto de Fluidez (oC) + 15


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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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

agua produzida tesis

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