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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PETRÓLEO

ENGENHARIA DE PETRÓLEO

TRATAMENTO DA ÁGUA PRODUZIDA DO PETRÓLEO PARA

INJEÇÃO EM MANANCIAIS

Beatriz Bruna Gomes Borges

Junho, 2017

NATAL, RN

Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2017.1

ii



TRATAMENTO DA ÁGUA PRODUZIDA DO PETRÓLEO PARA INJEÇÃO EM

MANANCIAIS

Trabalho apresentado ao Curso de

Engenharia de Petróleo da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte como

requisito parcial para a obtenção do título

de Engenheiro de Petróleo.

Orientador (a): Dr. Wilaci Eutrópio Fernandes Júnior

Junho, 2017

NATAL, RN


iii



iv


BORGES, Beatriz Bruna Gomes. Tratamento da água produzida do petróleo para injeção em

mananciais. 2017. 78 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil, 2017.

Palavras-Chaves: Água produzida, Tratamento, Reuso, Mananciais

Orientador: Prof. Dr. Wilaci Eutrópio Fernandes Júnior

RESUMO

___________________________________________________________________________

A água associada à produção de petróleo é uma das maiores fontes de efluentes da atividade de

exploração e produção de petróleo, o que a torna uma das grandes preocupações para a indústria

que precisa tratá-la e acondicioná-la da forma correta para que não ocorram impactos ao meio

ambiente, demandando muito tempo e investimento. Esse grande volume de água produzida

pode ser utilizado para reabastecer os mananciais, evitando o desperdício. Nesse contexto, o

trabalho tem como objetivo propor um sistema de tratamento aplicado a água analisada que

permita a posterior injeção em reservatório natural para acumulação de água tratada seguindo

a legislação ambiental vigente para consumo humano. O reservatório proposto para receber e

armazenar a água tratada é fictício, não acumulador de hidrocarbonetos, a fim de criar uma

nova reserva, utilizando a própria rocha como uma etapa de reposição de minerais. O objetivo

é que o sistema virtual proposto seja comercialmente sustentável. Ele receberá a água

produzida contaminada de uma produtora de petróleo, especificando-a e oferecerá solução para

a problemática da empresa, quais sejam o tratamento e o destino do contaminante.


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BORGES, Beatriz Bruna Gomes. Tratamento da água produzida do petróleo para injeção em

mananciais. 2017. 78 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil, 2017.

Keywords: Produced Water, Treatment, Reuse, Springs

Tutor: Profª. Drª. Wilaci Eutrópio Fernandes Júnior

ABSTRACT

__________________________________________________________________________

The water associated with oil production is one of the largest sources of effluent from the oil

exploration and production activity, making it one of the major concerns for the industry that

needs to treat and package it properly so that it does not occur Impacts on the environment,

requiring a lot of time and investment. This large volume of produced water can be used to

replenish the springs, avoiding waste. In this context, the objective of this work is to propose a

treatment system applied to analyzed water that allows the subsequent injection into a natural

reservoir for the accumulation of treated water following the current environmental legislation

for human consumption . The proposed reservoir to receive and store the treated water is a

fictitious, non-hydrocarbon accumulator in order to create a new reserve, using the rock itself

as a step of replenishing minerals. The goal is for the proposed virtual system to be

commercially sustainable. It will receive contaminated water produced from an oil producer,

specifying it and will offer solution to the company's problems, what the treatment and the

destination of the contaminant.


vi


DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho a Deus, pela força, aos meus pais, ao

meu irmão e ao meu noivo, pelo carinho, e ao meu

orientador pelo incentivo.


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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais e irmão, Rejane, Evanaldo e Davi, por todo o amor.

Ao meu noivo, João Bosco, pela paciência, atenção e apoio.

Aos meus amigos, Nayara Nagly, Liélson Andrade e os demais do grupo “Picolé de

cimento”, por terem tornado essa caminhada acadêmica mais suave e agradável.

Ao meu orientador, Wilaci Eutrópio, por todo o tempo que dedicou a me ajudar durante

o processo de realização desse trabalho.

À Universidade Federal do Rio Grande do Norte e todo seu corpo docente, além da

direção e a administração, que realizam seu trabalho com dedicação e me proporcionaram as

condições necessárias para que alcançasse meus objetivos


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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1

2 OBJETIVOS 3

2.1 Objetivos Gerais 3

2.2 Objetivos Específicos 3

3 ASPECTOS TEÓRICOS 4

3.1 Panorama Sobre a Água no Brasil e no Mundo 4

3.2 Aquíferos 6

3.3 Petróleo: Definição, Origem e Formação 8

3.4 Água Produzida do Petróleo 9

3.4.1 Origem 9

3.4.2 Volumes gerados de água produzida no Brasil 10

3.4.3 Composição química 11

3.4.4 Danos causados pela água produzida 14

3.4.5 Questões ambientais 15

3.5 Tratamento da Água Produzida 18

3.5.1 Tratamento Preliminar 19

3.5.2 Separação trifásica 20

3.5.3 Tratamento primário 21

3.5.3.1 Sedimentação 22

3.5.3.1.1 Separadores gravitacionais 22

3.5.3.2 Coagulação / Floculação 23

3.5.3.3 Flotação 24

3.5.3.3.1 Hidrociclone 25

3.5.3.4 Precipitação química 26

3.5.4 Tratamento secundário 27


ix


3.5.4.1 Adsorção 27

3.5.4.2 Sistemas de filtração 29

3.5.4.3 Separação por membranas 31

3.5.4.4 Troca iônica 34

3.5.4.5 Oxidação química 35

3.6 Legislação e Qualidade da Água Para Consumo Humano 35

3.7 Destino da Água Após Adequação ao Consumo Humano 37

3.7.1 Consumo imediato 37

3.7.2 Armazenamento em tanques 37

3.7.3 Recarga de mananciais 38

3.7.4 Criação de aquífero 39

4 MATERIAIS E MÉTODOS 41

4.1 Fazenda Pocinhos 41

4.1.1 Caracterização das instalações 41

4.1.2 Volume de Efluentes 42

4.1.3 Sistema atual de tratamento para descarte 42

4.1 Caracterização de Água Produzida: Estudo de Caso 44

4.2 Água Produzida x Água Para Consumo Humano 44

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 46

5.1 Considerações Para a Escolha do Método de Tratamento 46

5.2 Proposta de Tratamento 52

5.3 Cálculo do Dimensionamento do Aquífero a Ser Criado 54

5.4 Função Econômica, Social e Ambiental do Reuso 56

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 58

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 59


x


ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Sistemas de gradeamento. 19

Figura 2: Esquema de um separador trifásico vertical. 21

Figura 3: Representativo de um Separador Água-Óleo 22

Figura 4: Esquemático de flotador a ar dissolvido 24

Figura 5: Esquemático de hidrociclone 26

Figura 6: Representativo de reação de precipitação. 27

Figura 7: Equipamento para filtração. 29

Figura 8: Comparativo entre osmose e osmose reversa. 33

Figura 9: Esquemático do processo de criação de aquífero. 40

Figura 10: ETE do Polo Industrial de Guamaré. 43

Figura 11: Fluxograma dos possíveis processos de tratamento. 51

Figura 12: Fluxograma da planta final de tratamento. 54

Figura 13: Ilustração do aquífero a ser criado. 56


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Algumas doenças causadas por compostos orgânicos. 17

Tabela 2:Algumas doenças causadas por compostos inorgânicos 17

Tabela 3: Comparativo entre os principais tipos de filtração por membranas. 34

Tabela 4: Caracterização de água produzida. 44

Tabela 5: Comparativo entre a água produzida e a exigida para o destino. 45


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LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SIGLAS

A/O – Água/Óleo

ANA – Agência Nacional de Águas

ANP – Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis;

API – American Petroleum Institute

BRS – Bactérias Redutoras de Sulfato

BTEX – Grupo de compostos formado pelos hidrocarbonetos Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno

e Xileno

CNRH – Conselho Nacional de recursos Hídricos

CO – Monóxido de Carbono

CO2 - Dióxido de Carbono

CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente

COPASA – Companhia de Saneamento de Minas Gerais

CPI – Corrugated Plate Interceptor

CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais

DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio

DQO – demanda Química de Oxigênio

EC-ARG – Estação central de Alto do Rodrigues

EC-CAM – Estação Central de canto do Amaro

EC-ET - Estação Central de Estreito

EC-FP – Estação Central de Fazenda Pocinho

ETE – Estação de Tratamento de Efluentes

ETO – Estação de Tratamento de Óleo

GMR - Guamaré

H2S – Ácido Sulfídrico;

HPA – Compostos Policíclicos Aromáticos;

IDEMA – Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio Ambiente

NFD - Grupo de compostos formado pelos naftalenos, fenantrenos e dibenzotiofenos


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Offshore – Produção de Petróleo no Mar

Onshore – Produção de Petróleo em Terra

OR – Osmose Reversa

pH - potencial Hidrogeniônico

Pp – Potencial poluidor

PPI – Parallel Plate interceptor

RAO – Razão Água-Óleo

RGO – Razão Gás-Óleo

RN – Rio Grande do Norte

SAO- Separador Água-Óleo

SDT – Sólidos Dissolvidos Totais

SST - Sólidos em Suspensão Totais

TDS – Total de Sólidos Dissolvidos (Total Dissolved Solids)

TOC – Carbono Orgânico Total

TOG – Teor de Óleos e Graxas

UFRGS – Universidade Federal do Rio Grande do Sul

UNESCO - Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura

UPGN – Unidade de Processamento de Gás Natural

UTPF – Unidade de Tratamento e Processamento de Fluidos


xiv


LISTA DE UNIDADES E/OU SÍMBOLOS

°C – Graus Celsius;

Km - Quilômetros

mm – Milímetro;

m – Metro;

m² - Metro quadrado;

m³ - Metro cúbico;

mD – Mili-Darcy

mg/L- Miligrama por litro;

nm – Nano metro

ppm – Partes Por Milhão

μm – Micro metro;

unT – Unidade de Turbidez;


1


1 INTRODUÇÃO

A problemática ambiental tem ganhado grande destaque em todos os setores da

sociedade, e isso se deve à crescente preocupação como meio ambiente. Por este motivo muitas

pesquisas estão sendo desenvolvidas como objetivo de reduzir ou extinguir os impactos

ambientais causados pelos diversos tipos de resíduos industriais, que, em geral, são descartados

no solo, na água e/ou no ar. A água é uma substancia vital presente na natureza, sendo um

recurso natural renovável de extrema importância para o desenvolvimento dos ecossistemas e

para toda a população terrestre (TELLES & COSTA, 2010).

No contexto ambiental, a indústria de petróleo e gás é tida como grande fonte de

poluição por gerar diversos efluentes desde a etapa de perfuração de um poço até as refinarias.

Muitos desses efluentes podem ser tóxicos e devem passar por tratamento especial para que

sejam descartados.

A indústria petrolífera apresenta diversos segmentos que podem causar impactos ao

meio ambiente através da poluição direta ou indireta. No segmento de explotação de petróleo e

gás (plataformas onshore e offshore), a água produzida é o poluente que mais se sobressai,

devido ao seu grande volume e à sua composição tóxica (CUNHA et al., 2007).

A água associada ao petróleo contém diversos elementos nocivos, entre eles resíduos de

produtos químicos advindos das operações realizadas no poço, óleo disperso e dissolvido,

metais pesados, sólidos e outros. Dado o elevado volume produzido e a complexidade de sua

composição, o direcionamento desse efluente tem se tornado um problema cada vez mais

preocupante para o setor. Principalmente, no Brasil, após o advento da Lei 6938/1998 que

dispõem sobre crimes ambientais e responsabiliza o gerador do resíduo por sua deposição final.

Tal lei ainda caracteriza as atividades de perfuração de poços e produção de petróleo e gás, que

se enquadram na categoria “Extração e Tratamento de Minerais”, como tendo Potencial

poluidor (Pp) alto.

O descarte desse tipo de efluente exige tratamento específico para cumprir as normas

ambientais. Esse tratamento demanda altos custos devido à quantidade de água a ser


2


especificada, podendo solicitar ainda mais verbas a depender da substância tóxica a ser

removida.

A crescente preocupação com a quantidade e qualidade dos recursos hídricos, aliada à

perspectiva de crescimento da explotação de petróleo no Brasil e o enorme volume de água

produzida nesse setor, têm sido os principais motivos para a busca de práticas ambientais que

visem a adequação dessa indústria à regulação ambiental vigente.

Nesse cenário, o reuso é uma realidade, pois reduz os custos, o que o torna

economicamente vantajoso, e ainda diminui o volume de efluente descartado. Além do ponto

de vista ambiental e econômico, essa atitude tem reflexo direto e potencial na imagem da

empresa, corroborando o aumento da conscientização do setor com a relação à preservação

ambiental e responsabilidade social, assim como sobre o aumento da competitividade

empresarial.

Diante do exposto, este trabalho se propõe a desenvolver uma nova combinação de

processos para o tratamento de água a fim de proporcionar um efluente apto à injeção em

mananciais para o posterior consumo humano.

A nova combinação proposta se baseia na utilização de separação água-óleo, flotação,

filtração por argila organofílica seguida de filtro cartucho, microfiltração e osmose reversa.

Com a finalidade de avaliar a água de produção após o tratamento proposto, serão

estudados e analisados os limites de contaminantes permitidos pela legislação vigente que

apresenta as instruções ambientais para adequação ao consumo humano.

Para a realização do trabalho foi utilizado como base o Campo de Fazenda Pocinho

localizada na Bacia Potiguar, à cerca de 15Km da cidade de Pendências, no estado do Rio

Grande do Norte.


3


2 OBJETIVOS

2.1 Objetivos Gerais

Desenvolver um projeto de tratamento de água produzida para adequação à injeção em

uma formação rochosa acumuladora para o posterior consumo humano.

2.2 Objetivos Específicos

Definir os critérios para a adequação da água produzida à criação de mananciais;

Analisar os dados de caracterização da água produzida;

Definir os processos ideais para a remoção dos contaminantes

Enquadrar a água produzida na legislação em vigor referente às águas destinadas ao

consumo humano.


4


3 ASPECTOS TEÓRICOS

3.1 Panorama Sobre a Água no Brasil e no Mundo

A água, historicamente, adquiriu valores econômicos, sociais e culturais, tornando-se

essencial ao desenvolvimento de diversas atividades humanas. Mas, apesar de ser um recurso

renovável, ela não se mantém inesgotável e de boa qualidade durante todo o tempo. Seu

consumo é significativamente influenciado por alguns fatores como o aumento da população

mundial, a contaminação dos mananciais, as alterações climáticas, a sua crescente demanda e

desperdício. Assim, há um desequilíbrio entre a quantidade de água potável disponível no

planeta e o seu consumo. Por conseguinte, há uma crise dos recursos hídricos, que vem

preocupando autoridades e cientistas no mundo inteiro (UNESCO, 2015).

Há cerca de 1.386 milhões de quilômetros cúbicos de água existentes no planeta, porém

97,5% desse valor é de água salgada (mares e oceanos) e apenas 2,5% é de água doce, dos quais

apenas 0,3% estão disponíveis em rios ou lagos (REBOUÇAS, 1999 apud COSTA, 2010b).

O mundo está para enfrentar uma crise de abastecimento, pois apenas uma pequena

quantidade de água está disponível para o consumo humano. Atualmente, vinte nove países já

sofrem com a falta de água, e esse quadro só tende a piorar. Uma projeção indica que, em 2025,

dois de cada três habitantes serão afetados de alguma forma pela escassez de água (SCARE,

2003).

Segundo a Agência Nacional de Águas – ANA – (2016), o Brasil possui grande oferta

de água, cerca de 12% da água doce disponível no globo. Passam pelo território brasileiro em

média cerca de 260.000 m3/s de água, dos quais 205.000 m3/s estão localizados na bacia do

Amazonas, restando para o restante do território 55.000 m3/s de vazão média.

Apesar da amplitude dessa oferta hídrica, o país possui uma expressiva divergência entre

suas regiões hidrográficas no que diz respeito à demanda e oferta de água. De acordo com a

ANA (2016), há 91.300 m3/s de água superficial disponível no Brasil. Desses recursos, 81%

está disposto na região Norte, onde apenas 5% da população brasileira reside, já nas bacias


5


junto ao Oceano Atlântico, onde se encontra 45,5% da população, estão à disposição apenas

2,7%.

Dessa forma, as bacias mais populosas que estão localizadas em área de baixa

disponibilidade de água e que apresentam altos índices de demanda hídrica enfrentam a

escassez e a dificuldade para a obtenção de recursos hídricos. Os fenômenos climáticos e o

regime pluviométrico influenciam fortemente o abastecimento dessas regiões.

De acordo com a ANA (2016), em 2015, 1.192 municípios (21% do total de municípios

do País) publicaram 1.870 decretos devido à ocorrência de estiagem ou seca. A maior

concentração de registros partiu do Rio Grande do Norte, 92%, seguido da Paraíba, 88%, e

Ceará com 83% dos municípios com algum tipo de decreto de seca. Os reduzidos valores de

disponibilidade hídrica na região Nordeste se devem aos baixos índices de precipitação e a

irregularidade de seu regime.

O consumo total de água estimado para o Brasil foi de 2.275,07 m³/s, quando

considerada a vazão retirada dos mananciais. O setor de irrigação foi responsável pela maior

parcela de retirada (55% do total), seguido das vazões de retirada para fins de abastecimento

humano urbano, industrial, animal e abastecimento humano rural. A vazão efetivamente

consumida foi de 1.209,64 m³/s (ANA, 2016).

O esgotamento dos recursos hídricos pode colocar em risco a saúde humana, além de

ameaçar o desenvolvimento socioeconômico e a paz da sociedade. O Relatório da UNESCO

(2015) prevê um aumento de 55% da demanda hídrica mundial, para o ano de 2050. O aumento

da demanda de água segue, certamente, o crescimento populacional que gera uma maior

necessidade de recursos hídricos para expansão da agricultura, da criação de animais, da

indústria, além dos fins sanitários em áreas urbanas. Ainda segundo a UNESCO, até 2050, a

agricultura precisará produzir globalmente 60% a mais de alimentos, e 100% a mais nos países

em desenvolvimento.

A insuficiência e a degradação dos recursos hídricos exigem uma mudança de atitude

das autoridades e da sociedade em relação ao uso da água, principalmente em áreas mais

intensamente ocupadas, nas quais o consumo é exagerado. Hoje, tem-se uma maior

preocupação com o desenvolvimento de tecnologias e processos industriais que utilizem a água

de maneira mais eficiente evitando o desperdício. Uma das formas utilizadas pelas empresas


6


para um uso mais consciente dos recursos hídricos tem sido o tratamento de seus efluentes

visando sua reutilização, o que tem se tornado uma importante prática, não só como forma de

viabilizar a solução dos problemas de escassez desse recurso, mas também como uma

ferramenta para o controle da poluição e, consequentemente, preservação do meio ambiente

(COSTA, 2010a).

3.2 Aquíferos

Segundo a Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM), vinculada ao

Ministério de Minas e Energia, aquífero é a nomenclatura dada à formação geológica que

contém água e possui permeabilidade suficiente para permitir que volumes consideráveis dessa

água se movam no seu interior sob a ação de um diferencial hidrostático.

Os aquíferos possuem dois tipos de classificação: quanto a formação rochosa

acumuladora, ou em função da pressão das águas nas superfícies limítrofes (superior chamada

topo e inferior chamada base), assim como da capacidade de transmissão de água das

respectivas camadas limítrofes.

Aquífero livre

Segundo a Associação Brasileira de Águas Subterrâneas – ABAS – (2017), também

chamado de aquífero freático, é parcialmente saturado de água. A base é uma camada

semipermeável ou impermeável, e o topo é limitado pela própria superfície da água. Por ser de

fácil acesso, é o tipo de aquífero mais explorado pelo homem, porém é o tipo de aquífero que

apresenta maiores problemas de contaminação.

Aquífero confinado

Também conhecido como aquífero sob pressão, é completamente saturado de água.

Ambos, o teto e a base, são extratos semipermeáveis ou impermeáveis. A água desse tipo de

aquífero está sob pressão superior à atmosférica, por este motivo, a maioria dos poços


7


perfurados tende a ser surgente. A fonte natural de recarga é a precipitação através de infiltração

em regiões chamadas de áreas de recarga (CPRM, 2017).

Aquífero poroso

Ocorrem em rochas sedimentares consolidadas, sedimentos inconsolidados e solos

arenosos, onde a circulação da água se faz nos poros formados entre os grãos de areia, silte e

argila de granulação variada. São mais comuns e armazenam grandes quantidades de água

abrangendo grandes áreas. (CPRM, 2017)

Uma de suas peculiaridades é a porosidade quase sempre homogênea, o que permite que

a água escoe para qualquer direção em função dos diferenciais de pressão hidrostática

existentes.

Aquífero fraturado

Ocorrem em rochas ígneas, cristalinas ou metamórficas que tendem a apresentar fraturas

que são ocupadas pela água. De acordo com a CPRM (2017), a capacidade de acumulação desse

tipo de aquífero está relacionada à quantidade de fraturas abertas e em comunicação. Poços

perfurados nessas rochas fornecem baixa vazão de água. A produção dependerá tão somente de

o poço interceptar uma fratura capaz de conduzir água.

Aquífero cárstico

Ocorrem em rochas carbonáticas, como o calcário, que apresentam bastante

sensibilidade ao desgaste por ação da água devido à dissolução do carbonato pela água. Por

esse motivo, as fraturas desse tipo de aquífero se alargam devido ao fluxo de água, criando

aberturas muito grandes. (ABAS, 2017)


8


3.3 Petróleo: Definição, Origem e Formação

O petróleo é um líquido oleoso, menos denso que a água e altamente inflamável. Trata-

se de uma mistura de hidrocarbonetos de ocorrência natural. Sua composição e cor variam de

acordo com sua gênese (THOMAS, 2001).

Segundo a teoria orgânica, esse combustível fóssil tem origem a partir da decomposição

de grandes quantidades de matéria orgânica (restos vegetais, algas, alguns tipos de plâncton e

restos de animais marinhos), que depositada, juntamente com sedimentos, em depressões de

lagos e mares antigos, sofre transformações físico-químicas por milhares de anos

(CARVALHO, 2015).

O acúmulo das camadas de sedimentos acarreta o aumento da pressão, da temperatura

e a compactação da matéria orgânica. A união desses fatores aliados à qualidade da matéria

depositada, favorecem o crescimento e desenvolvimento de bactérias que culminam na

formação de hidrocarbonetos e água.

A depender das condições de formação, essa mistura pode ser encontrada nos estados

sólido, liquido e gasoso, assim como podem apresentar uma única fase ou mais de uma. À fase

no estado gasoso, dá-se o nome de gás natural e, em geral, apresenta hidrocarbonetos mais

leves. Já à mistura na fase líquida, dá-se o nome de óleo cru, este apresenta em sua composição,

além de hidrocarbonetos líquidos, gases dissolvidos e impurezas (ROSA, 2006).

Em geral, após formado o petróleo migra da rocha na qual foi gerado (rocha geradora),

sob ação de pressões, até uma rochosa permeável adjacente, que, se cercada por uma rocha

impermeável (rocha capeadora), aprisiona-o em seu interior. É a partir dessa formação que o

óleo é extraído (SILVA, 2003).

É comum que, a depender da pressão e da localização da jazida, as partes mais altas do

interior do reservatório sejam ocupadas pelo gás natural, enquanto a água ocupa a parte mais

inferior, devido à diferença de densidade e à imiscibilidade entre as fases.


9


3.4 Água Produzida do Petróleo

3.4.1 Origem

A água produzida de petróleo é o efluente de maior volume e complexidade na indústria

petrolífera. Trata-se da água carreada durante a produção de petróleo e é separada deste nos

processos de separação existentes nas estações coletoras e de tratamento (AMINI, 2012)

Durante o processo de gênese do petróleo quantidade considerável de água é expulsa

dos sedimentos. Devido à diferença de densidade, a água da formação pode ficar abaixo da zona

de óleo e, mesmo depois da segregação e migração do óleo, ainda pode haver contato com

aquíferos (THOMAS, 2001).

Durante a extração de petróleo a água em contato com o óleo pode ser carreada de várias

formas. Quando no estado líquido, pode ser produzida como água livre, dissolvida ou

emulsionada como gotículas dentro do óleo, ou na forma de vapor.

Um comportamento esperado é que essa produção de água ocorra, inicialmente, em

pequenas quantidades. Posteriormente, com o tempo de produção, devido à redução de pressão

nas extremidades do reservatório, essa quantidade aumente (THOMAS, 2001).

Segundo Silva (2000):

“A água produzida pode se aproximar de 100% à medida que o poço chega

ao fim de sua vida produtiva. Quando a produção de petróleo é acompanhada de

elevados teores de água, diz-se que o campo é maduro, sendo este teor avaliado pelo

ensaio de BS&W (Basic Water and Sediment) que determina também o teor de

sedimentos”

O aumento da produção de água com o tempo se deve à alteração no nível do contato

água/óleo por causa do rearranjo dos fluidos dentro do reservatório com a diminuição de

pressão.

Em alguns casos, poços podem ter suas zonas de produção perfuradas próximas ao

contato água/óleo do reservatório, estes produzem quantidades de água superiores aos poços

que têm zona produtora localizada exclusivamente na zona de óleo (BARROS JR, 2001).


10


O mecanismo natural de produção do reservatório também influencia na quantidade de

água que chega à superfície. O mecanismo de Influxo de água tende a fornecer maiores vazões

de água durante a extração de petróleo, principalmente quando o campo se torna maduro ou

quando a região produtora fica muito próxima ao contato óleo/água (FALLER, 2006).

Uma das causas da alta produção de água pode ser uma falha no revestimento do poço

aliada a uma cimentação mal feita em um ponto acima da zona produtora de óleo, permitindo

que a água de uma zona superior entre no poço e contamine a produção (BARROS JR, 2001).

Outra razão que contribui para o aumento de volume desse efluente é o método de

recuperação secundária utilizado, por exemplo a Injeção de água e a Injeção de vapor nos quais

água na forma líquida ou de vapor é injetada no reservatório com o objetivo de manter ou

aumentar a produção de óleo, o que contribui para a quantidade de efluente a ser carreado

(FALLER, 2006)

3.4.2 Volumes gerados de água produzida no Brasil

Conforme Thomas (2001), para cada m3/dia de petróleo produzido, em média, são

gerados três a quatro m3/dia de água. Em alguns casos específicos, esse número pode chegar a

sete ou mais.

De acordo com dados da ANP (2017), em fevereiro de 2017, no Brasil, a produção

onshore de petróleo foi de cerca de 134,5 mil barris por dia, enquanto a produção de água foi

de 1,8 milhões de barris por dia. Já a produção offshore foi de cerca de 2,5 milhões de barris

por dia de petróleo e 2,1 barris por dia de água.

Somando as produções onshore e offshore, para uma produção de aproximadamente

2,67 milhões de barris de petróleo por dia foram registrados cerca de 3,99 milhões de barris de

água. São quase 1,5 barril de água para cada 1 de petróleo. A produção de água representou

praticamente 60% da produção total de líquido nesse período.

Na produção onshore, a Bacia Potiguar lidera o ranking de produção total desse efluente

com mais de 1 milhão de barris por dia, o que se deve ao maior número de poços, 5.037

produtores no Rio Grande do Norte e 806 no Ceará. O segundo maior produtor é o Recôncavo

Baiano que produz 492 mil barris de água por dia em 1.963 poços, dos quais se destacam os


11


três poços que mais produzem água, todos os três apresentam tempo de produção superior a

660 anos. O ranking segue com Sergipe (284.000 bbl/dia), Espírito Santo (362.000 bbl/dia),

Amazonas (21.523 bbl/dia) e Alagoas (6.147 bbl/dia)

Já na produção offshore, os maiores volumes são extraídos na bacia de Campos que

produz cerca de 1,98 milhões de barris por dia de 866 poços dos quais se destacam os três poços

que mais produzem água. Seguida pela bacia Potiguar que produz 27.641,5 bbl/dia,

apresentando uma Razão Água-Óleo (RAO) de 4,9. Embora não seja o maior produtor, o

Recôncavo Baiano apresenta RAO de 3,8.

3.4.3 Composição química

Além do volume, a composição química da água produzida pode variar

consideravelmente a depender de alguns fatores como a formação geológica e a localização

geográfica do reservatório, assim como a composição do óleo.

Alguns parâmetros merecem maior atenção, é o caso do Teor de Carbônico Orgânico

Total (TOC), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Sólidos em Suspensão Totais (SST) e

Teor de Óleos e Graxas (TOG). Os motivos pelos quais tais parâmetros são importantes serão

mencionados no tópico 3.4.4.

Os principais constituintes envolvem sais da formação, gases dissolvidos, sólidos em

suspensão, compostos orgânicos provenientes do contato com o óleo, compostos químicos

residuais das operações no poço, microrganismos, além da possível presença de metais pesados

e componentes com algum tipo de radiação.

Os principais elementos presentes na água produzida são descritos a seguir.

Óleo

O óleo presente na água produzida é formado por uma mistura de diversos compostos

como benzeno, tolueno, etilbenzeno e xileno (BTEX), naftalenos, fenantrenos e

dibenzotiofenos (NFD), hidrocarbonetos poliaromáticos (HPA) e fenóis.

O óleo pode estar presente na água sob as seguintes formas (BADER, 2007):


12


Óleo livre: óleo disperso sob a forma de gotas de grandes diâmetros, formado

por hidrocarbonetos praticamente insolúveis. Pode ser facilmente removido da

água, através de separadores gravitacionais poiso diâmetro das gotas facilita a

coalescência.

Óleo emulsionado: óleo disperso presente sob a forma de pequenas gotículas.

Também formada por hidrocarbonetos praticamente insolúveis, essa forma de

óleo é mais difícil de ser separada da água.

Óleo solúvel: composto por hidrocarbonetos menos insolúveis na água, como

BTEX e fenóis.

Minerais dissolvidos da formação

Abrange os compostos a seguir (STEWART & ARNOLD, 2011):

Sólidos dissolvidos totais (SDT): trata-se de constituintes inorgânicos

compostos por cátions (Na+, K+, Mg2+, Ba2+, Ca2+, Sr2+, Fe2+) e ânions (Cl-, SO42-

, CO32-, HCO3

-).

Metais pesados: traços de metais como cádmio, cromo, cobre, chumbo,

mercúrio, níquel, prata e zinco.

Materiais radioativos naturalmente ocorrente: a principal fonte desse tipo de

atividade radioativa nas incrustações são íons rádio.

Compostos químicos residuais de operações

São sobras dos compostos usados para tratar ou para prevenir problemas operacionais

durante a produção de petróleo, como inibidores de incrustação e de corrosão,

desemulsificantes, dispersantes e biocidas (BADER, 2007).

Sólidos da produção

A erosão das rochas e as interações da água com a formação provocam a presença de

sólidos (areia, sílte, argila, carbonatos), produtos de corrosão e incrustação, bactérias, ceras e

asfaltenos.


13


Gases dissolvidos

Comumente são encontrados o gás natural (metano, etano, propano e butano), dióxido

de carbono (CO2), Sulfeto de hidrogênio (H2S). O Oxigênio (O2) não é encontrado naturalmente

na AP, mas sim incorporado quando esta é trazida à superfície (STEWART & ARNOLD,

2011).

Microrganismos

Poucos são os microrganismos que sobrevivem à toxicidade do efluente, porém algumas

bactérias anaeróbicas e redutoras de sulfato podem se fazerem presentes (MOTTA et al, 2013).

Compostos Orgânicos Dissolvidos e Dispersos

Os compostos orgânicos presentes na água produzida são divididos em quatro grupos:

alifáticos (incluindo os naftênicos), aromáticos, polares e ácidos graxos. Os compostos

alifáticos (em maior quantidade), juntamente com os aromáticos, constituem os chamados

“hidrocarbonetos da água produzida” (OLIVEIRA & OLIVEIRA, 2000).

Segundo Gabardo (2007), existe uma grande variedade de dados na literatura a respeito

de características físico-químicas de compostos aromáticos, o que traz a necessidade de divisão

em subgrupos.

De acordo com a OGP (2002), os aromáticos são separados em três grupos:

BTEX – benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos. Estes são os compostos mais

abundantes na água produzida.

NFD – naftalenos, fenantrenos e dibenzotiofenos.

HPA – compostos policíclicos aromáticos representados pelo 16HPA

prioritários (exceto naftalenos, fenantrenos).

As classes BTEX e NFD, por serem mais solúveis em água, apresentam-se em maiores

concentrações na água de produção. Os aromáticos são essencialmente solúveis e não podem

ser removidos por tratamentos convencionais de separação por gravidade (OGP, 2002).


14


3.4.4 Danos causados pela água produzida

As emulsões de petróleo do tipo água em óleo (A/O), em que a água é a fase dispersa e

o óleo a fase contínua, são geradas pelo contato da água com o óleo e possuem viscosidade

superior à do petróleo desidratado, o que pode afetar as operações de elevação e escoamento

em função do aumento das perdas de carga, que podem levar à perda de produção e à perda de

eficiência do sistema de bombeio e transferência.

Por outro lado, se essas emulsões forem desestabilizadas durante a elevação,

pode ocorrer um aumento da taxa de corrosão dos dutos e das linhas de produção,

podendo desencadear o aparecimento de depósitos inorgânicos (incrustação),

principalmente no interior da coluna de produção, em função do aparecimento de água

livre que contém sais em sua composição (SILVA et al, p.6, 2007).

Os sais presentes na composição da água produzida, tais como cloretos, sulfatos e

carbonatos de sódio, cálcio, bário e magnésio, dentre outras espécies químicas, podem provocar

a corrosão e a formação de depósitos inorgânicos nas instalações de produção, transporte e

refino.

De acordo com Silva (2000), determinados constituintes podem causar danos às

instalações do poço e prejudicar o processo de produção. A presença exagerada de sólidos em

suspensão, por exemplo, pode causar problemas, tais como depósito de lama, danificar pontos

de pesca e ainda, contaminar mananciais.

Segundo Silva et al (2007), outro problema resultante do surgimento de água livre

durante a elevação é a formação de hidrato, que pode obstruir total ou parcialmente as linhas

de produção e gerar perda de produção. O hidrato é uma estrutura cristalina formada a partir da

água e das frações leves do petróleo (metano, etano e propano), a baixas temperaturas e em

elevadas pressões. A presença de hidrato é crítica durante uma parada de produção, pois a água

livre e o gás, mantidos pressurizados no interior das linhas de produção, serão resfriados pelas

correntes marítimas profundas.

Já o CO2 pode estar presente naturalmente e pode ser corrosivo ou se precipitar como

carbonato de cálcio (CaCO3). Além do que a remoção de CO2 gera um aumento no pH, podendo


15


dar origem a precipitados. O H2S, por sua vez, também pode estar presente naturalmente ou ser

produzido por bactérias redutoras de sulfato (BRS). Pode causar incrustação por sulfeto de ferro

e ser tóxico, se inalado. O O2 pode causar problemas como tornar a água corrosiva e produzir

sólidos insolúveis, devido às reações de oxidação (STEWART & ARNOLD, 2011).

Precipitados, em geral, podem gerar incrustações que representam um grande problema

para a produção de petróleo. Esse tipo de formação pode ocasionar redução do fluxo de fluidos

obstruindo os poros ou até mesmo a própria tubulação do poço reduzindo o diâmetro dos dutos,

além de casar danos à formação e às bombas elétricas submersíveis.

Ainda podemos encontrar na água de produção o gás natural que é constituído por

hidrocarbonetos leves como o metano, etano, propano e butano. Quando o efluente é conduzido

à superfície, esses gases podem, além da corrosão, produzir sólidos insolúveis devido às reações

de oxidação (STEWART & ARNOLD, 2011).

3.4.5 Questões ambientais

A Água Produzida é potencialmente nociva para o meio ambiente pois é composta por

diversos elementos tóxicos. A combinação de alguns desses elementos, a quantidade e as

características do local onde o efluente é descartado devem ser levados em conta para avaliar um

possível problema ambiental. O impacto provocado pelo descarte da água produzida é, comumente,

avaliado pela toxicidade de seus constituintes, assim como suas concentrações, quantidade de

compostos orgânicos e inorgânicos e o tipo de comunidade biótica a qual foi exposta. Os

contaminantes podem causar diferentes efeitos ao meio ambiente, por causa da permanência, a

depender da concentração e da toxicidade. Acredita-se que os efeitos mais perigosos para o meio

ambiente sejam aqueles relacionados aos compostos que conservam-se solúveis após o descarte

(OLIVEIRA & OLIVEIRA, 2000).

Segundo Motta et al (2013) as principais causas potenciais de poluição do meio

ambiente atribuídas à água produzida são as seguintes:

Alta Salinidade

A salinidade pode causar impactos negativos aos mananciais de água doce, como

aquíferos, lagos e rios destinados ao consumo humano.


16


Em caso de uso na agricultura para irrigação, o sódio torna-se potencialmente nocivo

uma vez que torna o solo improdutivo, já que, em altas concentrações, pode ser prejudicial aos

sistemas vegetais, pois podem acumular-se no solo, inibindo a germinação e o crescimento das

plantas (MANCUSO & SANTOS, 2003).

Sólidos Suspensos

A presença de grandes quantidades de sólidos pode intervir na autopurificação de rios,

gerando depósitos de lama, danificando pontos de pesca e alterando o visual de mananciais

adicionando coloração à água, além de estar intrinsecamente ligado à toxicidade desse efluente

em função das concentrações de elementos nocivos (SOARES, 2013).

Radioatividade

Elementos radioativos tendem a bioacumular, como isótopos do elemento químico

Rádio (RA-226 e RA-228) e isótipo de Einstenio (Es-90) (SOARES, 2013).

Metais Pesados

Esse tipo de elemento pode ser tóxico aos seres humanos. Dentre os problemas

ocasionados, o principal é a capacidade de bioacumulação na cadeia alimentar (BARROS JR,

2001).

Orgânicos Dissolvidos e dispersos

Responsáveis por efeitos tóxicos agudos, tornam-se um problema para o tratamento e

disposição de efluentes por ser de difícil remoção.

Segundo Mariano (2005), alguns desses compostos podem promover intoxicações

agudas em organismos aquáticos, como a narcose – uma intoxicação causada pelo acúmulo de

substâncias químicas, o benzeno por exemplo, nas membranas celulares interferindo em seu

funcionamento. Os efeitos são reversíveis, entretanto a narcose prolongada pode levar esse tipo

de organismo à morte. Além disso, pesquisas demonstraram que, para os humanos, “comer

alimentos ou beber líquidos que contenham altos níveis de benzeno pode causar vômitos,

irritação do estômago, tonturas, sonolência, convulsões, ritmo cardíaco rápido, coma e morte”


17


(GUIMARÃES et al, 2011). A exposição ao benzeno ainda pode prejudicar a formação e de

fetos, além de ser associada ao desenvolvimento de leucemia aguda por causar danos às células

sanguíneas, especialmente à medula óssea afetando a produção normal do sangue.

A Tabela 1 a seguir apresenta algumas doenças causadas por compostos orgânicos.

Tabela 1: Algumas doenças causadas por compostos orgânicos.

Composto Químico Órgão Afetado/Doença Causada

Benzeno Risco de câncer

Etilbenzeno Fígado, rins, sistema nervoso, risco de câncer

Estireno Fígado, sistema nervoso

Tolueno Fígado, rins, sistema nervoso

Xileno Fígado, rins, sistema nervoso

Diclorometano Risco de câncer

Vinil cloretos Risco de câncer

Fonte: Adaptado de MANCUSO & SANTOS (2003).

Compostos químicos residuais de operações

Além de poder ser tóxico a muitos organismos, produtos biodegradáveis também podem

ser altamente perigosos em concentrações elevadas (SOARES, 2013).

Compostos inorgânicos

Elementos como chumbo, bário, mercúrio, manganês, cobre, zinco e cádmio podem ser

tóxicos aos seres humanos.

A Tabela 2 a seguir apresenta algumas doenças causadas por elementos inorgânicos.

Tabela 2:Algumas doenças causadas por compostos inorgânicos

Composto Químico Órgão Afetado/Doença Causada

Cádmio Fígado, Rins, Ossos, Circulação

Chumbo Rins, Sistema nervoso (risco de câncer)

Cobre Distúrbios gastrointestinais


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Cromo total Fígado, Rins, Circulação

Mercúrio Rins, Sistema nervoso central

Nitrato Metalglobinemia

Fonte: Adaptado de MANCUSO & SANTOS (2003).

3.5 Tratamento da Água Produzida

Os tratamentos aplicados à água produzida são de extrema importância para a redução

das concentrações de diversos compostos químicos tóxicos e nocivos ao meio ambiente.

Atualmente, as tecnologias de tratamento disponíveis melhoraram significativamente. Parte

dessa melhora se deve às regulamentações ambientais, assim como a iniciativa da própria

indústria (GABARDO, 2007).

Em condições normais, óleo e água são praticamente imiscíveis o que torna mais fácil

o processo de separação. Entretanto, devido às condições de formação e migração do petróleo

e do longo tempo de confinamento, parcelas de hidrocarbonetos podem se solubilizar na água.

Por causa da agitação causada nas operações de produção, formam-se emulsões (gotículas

dispersas de um líquido dentro de outro), um sistema estável e com propriedades físico-

químicas distintas das duas fases originais (FRANCO et al,1988, apud BARROS JR, 2001).

O objetivo de tratar esse efluente é atingir os parâmetros necessários para descarte,

reinjeção para recuperação secundária ou em alguma outra estrutura geológica para disposição

(OGP, 2012b).

Apesar dos diversos métodos empregados para remoção do óleo, ainda permanecem

micro gotas finamente dispersas.

Após a separação das fases óleo/ água, o óleo é encaminhado às refinarias enquanto a

água contendo óleo emulsionado, óleo suspenso, óleo solúvel e sólidos em suspensão é tratada

e descartada.


19


3.5.1 Tratamento Preliminar

O tratamento preliminar objetiva a remoção de sólidos grosseiros em suspensão e o

acondicionamento da água produzida para os processos seguintes. Essa etapa evita problemas

futuros com a planta de tratamento.

Segundo Carvalho (2015), os mecanismos mais utilizados são os seguintes:

Gradeamento

Peneiras

Desarenadores

Equalização

Gradeamento

Remove sólidos suspensos e corpos flutuantes com diâmetro superior a 10 mm. Os

dispositivos de remoção são constituídos de barras paralelas de ferro ou aço posicionadas

transversalmente no canal de chegada do efluente. Nas estações de grande porte, as barras

necessitam de um dispositivo mecanizado de remoção do material retido (CARVALHO, 2015).

A Figura 1 a seguir apresenta alguns esquemático dos sistemas de gradeamento.

Figura 1: Sistemas de gradeamento.

Fonte: CARVALHO (2015)

Peneiras

Trata-se de um processo mecânico que separa as partículas por tamanho. Peneiras

revestidas com uma tela fina retém sólidos grosseiros e suspensos mais finos, com diâmetros

superiores a 1 mm. Dois dos inconvenientes desse sistema são o entupimento e a necessidade

de limpeza frequente (MARTINS, 2015).


20


Desarenadores

Remove areia e materiais abrasivos. Seu princípio de funcionamento consiste na ação

da força da gravidade sobre as partículas.

Equalização

Consiste em tanque de aeração e agitação que evita odores e depósitos de sólidos.

Melhora a performance de uma planta e aumenta a sua capacidade útil. Homogeneíza o efluente

com características físico-químicas (CARVALHO, 2015).

3.5.2 Separação trifásica

Após a produção, os fluidos são encaminhados para separadores que podem ser bifásicos

ou trifásicos. O separador bifásico faz a separação gás/líquido, enquanto que o trifásico, faz,

também, a separação óleo/água. Além da função, os separadores são distinguidos entre

horizontais e verticais, sendo o último mais eficiente, mas, por outro lado, a geometria dificulta

a remoção de sólidos.

Um separador típico possui diversos dispositivos em seu interior a fim de aumentar a

eficiência de separação, como, por exemplo, defletores de entrada, válvulas de segurança,

extrator de névoa. De acordo com Silva et al (2007), comumente esse tipo de equipamento

possui quatro seções:

Seção de separação primária: separa a maior parte do líquido através da mudança

de velocidade e direção do fluxo;

Seção de acúmulo de líquido: retém o líquido no fundo do vaso permitindo a

separação do gás remanescente;

Seção secundária: as gotículas maiores de líquido são separadas por decantação;

Seção de aglutinação: as gotículas arrastadas pelo fluxo são removidas através

de meios porosos que facilitam a coalescência e decantação.

A Figura 2 a seguir apresenta o esquemático de um separador trifásico vertical.


21


Figura 2: Esquema de um separador trifásico vertical.

Fonte: THOMAS (2001)

3.5.3 Tratamento primário

O óleo livre presente na água produzida, por apresentar gotas de diâmetros maiores, é

facilmente removido através da separação gravitacional convencional. Pode se tratar de uma

etapa lenta por basear-se na atuação da gravidade através da diferença de densidade entre os

fluidos.

Em geral, é o primeiro estágio do tratamento em campos terrestres. As seguintes técnicas

são empregadas nesta fase:

Sedimentação

Coagulação / floculação

Flotação

Precipitação química

Ao final da aplicação de uma combinação dos processos citados, a água ainda possui

elevada concentração de elementos que precisam ser removidos por tratamentos avançados.


22


3.5.3.1 Sedimentação

A sedimentação permite remover o material particulado que se contra sedimentado com

eficiência entre 70 e 80%. A remoção da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) fica na

faixa de 30 a 40% (SILVA et al, 2007)

O processo é governado pela concentração de partículas e ação da gravidade. O principal

tipo de equipamento utilizado são os Separadores gravitacionais.

3.5.3.1.1 Separadores gravitacionais

Esse tipo de equipamentos são tanques de decantação com tamanhos maiores que

utilizam a gravidade como forma de separação, através da diferença de densidades entre os

líquidos. Parte do óleo se acumula na superfície da lâmina líquida por possuir densidade

específica menor do que a da água. Os sólidos, mais pesados, sedimentam no fundo do

separador. O uso de tensoativos desemulsificantes auxiliam na quebra de emulsões e promovem

uma maior redução do teor de óleos e graxas (TOG)

De acordo com Silva et.al (2007), as instalações são subdivididas em separadores API

(American Petroleum Institute), PPI (Parallel Plate Interceptor) e CPI (Corrugated Plate

Interceptor).

A Figura 3 mostra um representativo de um Separador Água-Óleo.

Figura 3: Representativo de um Separador Água-Óleo

Fonte: Naturaltec


23


Separadores API

Trata-se de grandes tanques de decantação pelo qual o efluente escoa. O óleo livre e os

sólidos decantáveis separam-se e são removidos da fase aquosa. Para ascenderem e serem

coletadas, as gotículas de óleo devem percorrer grandes distancias o que requer grandes áreas

de instalação.

Separadores PPI e CPI

Baseiam-se nos mesmos princípios dos separadores API, exceto que utilizam placas

paralelas para facilitar a coalescência das gotículas, minimizando a distância de ascensão entre

elas. Nos separadores CPI faz-se uso de placas corrugadas, e no PPI, placas lisas.

3.5.3.2 Coagulação / Floculação

O processo de coagulação / floculação visa remover o material coloidal e partículas finas

que sedimentam lentamente.

Os coloides são materiais com propriedades elétricas que geram uma força de repulsão

impedindo a aglomeração e sedimentação, o que dificulta a remoção por processos físicos

tradicionais.

A coagulação desestabiliza os coloides por meio de calor, agitação, adição de agentes

coagulantes químicos, processos de passagem de corrente elétrica, entre outros. A adição de

coagulantes é muito utilizada por ser prática e fornecer um efluente com boa qualidade, porém

os produtos utilizados são caros e geram um maior volume de lodo (CACHEIRA, 2012).

A floculação atua na agregação das partículas neutralizadas na coagulação, formando

flocos com a ajuda de um floculante, em geral um polímero, que se liga às partículas. Os flocos

aumentam de peso e tamanho viabilizando a decantação por ação da gravidade e a remoção por

decantação ou filtração.


24


3.5.3.3 Flotação

A flotação visa a remoção de partículas em suspensão ou flutuantes nos casos em que a

densidade da fase dispersa é menor do que a da fase contínua. Esse tipo de sistema recupera o

resíduo de óleo através de separação gravitacional. Por esse motivo, é pouco eficiente na

remoção de sais e metais. Seu princípio de funcionamento consiste na formação de bolhas de

ar em torno das partículas de óleo tornando-as mais leves e viabilizando a flutuação. Segundo

Cammarota (2011), esse processo pode ser classificado em:

Flotação por ar induzido: opera a partir da formação de um sistema partícula-

bolha através da injeção de ar através de injetores ou difusores. As bolhas de

pequeno diâmetro fixam-se às partículas carreando-as para o topo do

equipamento devido ao aumento das forças de empuxo.

Flotação por ar dissolvido – consiste na saturação de ar solúvel no líquido

pressurizado, através do aumento de pressão. O ar previamente dissolvido no

efluente sob pressão. No flotador, sujeito à uma pressão mais baixa, o ar tende a

se desprender do líquido. O excesso de ar é liberado em microbolhas que

envolvem as gotículas de óleo favorecendo a ascensão.

O processo de flotação geralmente é precedido de uma etapa de coagulação/floculação

para melhoria da eficiência.

A Figura 4 apresenta o esquemático de um equipamento de flotação por ar dissolvido.

Figura 4: Esquemático de flotador a ar dissolvido

Fonte: Naturaltec (http://www.naturaltec.com.br/)

http://www.naturaltec.com.br/


25


3.5.3.3.1 Hidrociclone

Também conhecido como flotador centrífugo, os hidrociclones geram acelerações

centenas de vezes maiores do que a da gravidade. Esse tipo de equipamento é utilizado para

acelerar o processo de separação gravitacional. Segundo Thomas (p.264, 2001):

“A água oleosa é introduzida sob pressão tangencialmente no trecho de maior

diâmetro do hidrociclone, sendo direcionada internamente em fluxo espiral em

direção ao trecho de menor diâmetro. Este fluxo é acelerado pelo contínuo decréscimo

de diâmetro, criando uma força centrífuga que força os componentes mais pesados

(água e sólidos) contra as paredes. Devido ao formato cônico do hidrociclone e ao

diferencial de pressão existente entre as paredes e o centro, ocorre na parte central do

equipamento, um fluxo axial reverso. Esta fase líquida central contendo óleo em maior

proporção é denominada rejeito.”

Os hidrociclones possuem grande capacidade de tratamento por área instalada, não

requerem o uso de polieletrólitos e requerem baixa manutenção mecânica além de baixo

consumo de energia. Em compensação, em uma passagem, dificilmente esse equipamento

consegue reduzir o TOG a menos de 20mg/L, podem sofrer abrasão comprometendo a estrutura

interna dos liners, que possuem pequeno diâmetro e, por isso, são susceptíveis à incrustação

(SILVA et al., 2007).

A Figura 5 abaixo apresenta um esquemático de um hidrociclone.


26


Figura 5: Esquemático de hidrociclone

Fonte: CAMMAROTA (2011)

3.5.3.4 Precipitação química

A precipitação química se aplica à remoção de material inorgânico dissolvido, em

particular os metais pesados. Em geral, metais são solubilizados em condições ácidas e

precipitam em condições alcalinas. A precipitação ocorre com a formação de hidróxidos

metálicos. Após o ajuste de pH, os íons metálicos dissolvidos são convertidos a um sólido

insolúvel através de uma reação química (CAMMAROTA, 2011).

Para converter os metais dissolvidos na forma de partículas sólidas, um reagente de

precipitação é adicionado à mistura. Para remover as partículas sólidas criadas quimicamente

na mistura pode ser usado um dos tipos de processos de filtração.

A precipitação química tem limitações, principalmente pelo fato dos efluentes tratados

por este método não poderem ser recirculados devido ao teor de sais dissolvidos. A geração de

grandes volumes de lodo e a demanda de produtos químicos são as principais preocupações

ambientais.

A Figura 6 mostra um representativo do que ocorre em uma reação química de

precipitação.


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Figura 6: Representativo de reação de precipitação.

Fonte: Wikiwand

3.5.4 Tratamento secundário

Essa fase do tratamento consiste em uma série de processos que objetivam melhorar a

qualidade do efluente proveniente dos tratamentos primários.

Para isso, a redução da estabilidade das emulsões é fundamental de forma a separar as

duas fases líquidas (óleo e água). O óleo emulsionado dificilmente é separado através da força

gravitacional por isso exige a utilização de mecanismos mais sofisticados tais como:

Adsorção

Filtração

Separação por membranas

Troca iônica

Oxidação química

3.5.4.1 Adsorção

O processo de adsorção consiste na transferência de massa de um ou mais constituintes

(adsorbatos) de uma fase fluida (adsortivo) para uma superfície de uma fase sólida (adsorvente)

(SANTIAGO, 2009).


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O fenômeno da adsorção acontece porque os átomos superficiais têm uma posição

incomum em relação aos átomos do interior do sólido. Dentre esse fenômeno pode-se distinguir

duas classes de interações entre as moléculas envolvidas no processo, entre o material adsorvido

e a superfície adsorvente, em química (quimiossorção) ou física (fisiossorção).

A adsorção física ocorre devido a uma diferença de energia e/ou forças de atração, de

forma que a natureza química do adsorbato é inalterada. Trata-se de um tipo de adsorção

reversível, pouco específica e geralmente é um processo rápido.

A adsorção química abrange interações químicas entre o fluido adsorvido e o sólido

adsorvente. Durante o processo há o compartilhamento de elétrons entre os compostos

adsorvidos e a superfície adsorvente, alterando a distribuição das cargas eletrônicas da molécula

adsorvida. Tal fenômeno ocorre lentamente e é irreversível. Trata-se de um tipo de adsorção

muito específica, pois ocorre apenas entre determinados adsorventes e compostos a serem

adsorvidos, além de ser acompanhada de uma forte variação da energia de ativação

(CARVALHO, 2015).

Adsorventes de baixo custo têm sido desenvolvidos. A busca pela produção de

adsorventes alternativos ao carvão ativado tem se intensificado. Particularmente, as argilas têm

chamado a atenção como materiais para remoção de óleos emulsificados em água.

Filtro de argila organofílica

A argila organofílica recebe um tratamento especial pois sua superfície original é

hidrofílica o que a torna ineficaz de remoção de compostos orgânicos. A introdução de

surfactante catiônico na estrutura argilosa a torna organofílica com capacidade surpreendente

de adsorção (PARK et al, 2011).

As argilas organofílicas possuem propriedades como elevada capacidade de troca de

cátions resultantes de substituições isomórficas, características estruturais de facilidade de

intercalação de compostos orgânicos e inorgânicos.

Oliveira (2012) caracterizou e comparou o uso de carvão ativado e argilas organofílicas

como adsorventes no processo de separação água/óleo. Os testes de capacidade de adsorção

comprovaram as melhores eficiências das argilas em relação ao carvão ativado, independente

do solvente utilizado.


29


Além das características já citadas os filtros de argila organofílica podem retirar a

amônia, metais pesados como cobre e mercúrio, odores, cloro, gostos desagradáveis, carga

orgânica como DBO e DQO, dureza entre outros compostos.

A Figura 7 mostra um representativo de um equipamento utilizado para filtração.

Figura 7: Equipamento para filtração.

Fonte: STF Filter

3.5.4.2 Sistemas de filtração

O processo de filtração consiste na passagem da água por um meio poroso com o

objetivo de remover as partículas suspensas. Durante a infiltração da água, ocorre a purificação

por mecanismos físicos, resultante do peneiramento, e químicos, que se processam pela

adsorção de determinados compostos. Diversos materiais granulosos podem ser utilizados

como meio poroso, embora os mais comuns sejam a areia e o carvão ativado (TONETTI et al,

2004).


30


Carvão ativado

Muitas vezes, após o tratamento com coagulação, sedimentação e filtração, ainda há

compostos orgânicos não-biodegradáveis. Esse tipo de composto é detectado pelo teste de

Demanda Química de Oxigênio (DQO) e pode ser removido por adsorção em carvão ativado.

Esse tipo de tecnologia também permite a remoção de cor, óleos e odor além de substâncias

orgânicas dissolvidas (CAMMAROTA, 2011).

O carvão ativado é um tipo de carbono que recebe tratamento específico para aumentar

suas propriedades de adsorção. Trata-se de um material poroso natural com grande área

superficial interna. Devido a essa configuração, o carvão ativado é capaz de adsorver grandes

quantidades de gases e solutos.

Características da fase líquida, como pH, viscosidade, temperatura e tempo de contato,

além de características do adsorvente e adsorbato, podem afetar a capacidade de adsorção do

carvão. Além do que, os tipos de interações com os adsorbatos são determinados pela presença

de grupos químicos que influenciam fortemente a capacidade de adsorção.

Além do reduzido custo com energia e a alta eficiência de remoção em baixa

concentração inicial, o carvão ativado apresenta a possibilidade de ser recuperado puro e

reutilizado. Segundo Cammarota (2011), depois de saturado, o carvão pode ser reativado por

meio de aquecimento desentupindo os poros. O material adsorvido é queimado e o carvão

recupera a sua eficiência.

Em geral, em 10 a 14 regenerações há uma perda de 7 a 10% em volume e uma perda

da capacidade de adsorção, a isso acrescenta-se o problema relacionado à disposição final do

carvão exaurido e não reciclável (CAMMAROTA, 2011).

Filtro de areia

Trata-se de tanques ou equipamentos que contém uma camada de material granuloso

(areia) com o objetivo de reter partículas orgânicas e inorgânicas (CARVALHO, 2016).

Os filtros podem ser constituídos de um ou mais materiais com granulometrias

diferentes. Uma das classificações possíveis leva em conta a taxa ou velocidade de filtração. Os

filtros lentos removem as impurezas que se acumulam na camada superior do leito através de

limpeza manual. Já os filtros rápidos são limpos em operações de contracorrente, além de


31


exigirem pré-tratamento (coagulação, floculação e /ou decantação) como garantia de eficácia

do método (VENANCIO, 2013).

De acordo com Machado et al. (2004), os filtros de areia possuem vantagens como:

operam em maiores taxas, reduzem consideravelmente a quantidade de sólidos (1 a 10mg/L-1),

operam à pressão atmosférica, suportam alta concentração de sólidos (20 a 150 mg/L-1).

3.5.4.3 Separação por membranas

As membranas atuam como barreiras físicas separando as substâncias a partir de forças

motrizes como gradiente químico, diferencial de concentração ou pressão. A parcela de

substância que atravessa a membrana recebe o nome de permeado e o material retido, de

concentrado.

Em geral, os processos de separação por membranas são classificados em termos do

tamanho dos poros ou do peso molecular de corte, podendo ser divididos em quatro classes

principais: microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração e osmose reversa (NÓBREGA, 2016).

Microfiltração

É indicado para retenção de bactérias, protozoários, alguns vírus, materiais em

suspensão e emulsão. Essa tecnologia apode ser utilizada em conjunto com outras, como, por

exemplo, a nanofiltração e a osmose reversa, nesse caso ela funciona como proteção para o

processo, já que remove as partículas maiores e, principalmente, os sólidos em suspensão que

danificam alguns equipamentos (TARGUETA; SANTANA, 2016).

Os processos de separação por membranas apresentam vantagens por proporcionar

plantas compactas e de simples implantação e operação, demandam um baixo consumo de

energia, são facilmente integrados a outros processos de tratamento além de fornecerem um

efluente de ótima qualidade. Porém, existem alguns fatores que limitam esses processos, pois,

por exemplo, exige que os fluidos apresentem baixo percentual de sólidos. Além do que,

algumas membranas estão sujeitas ao ataque químico e pode ocorrer a formação de uma camada

de soluto que pode oferecer resistência ao fluxo permeado (NUVOLARI; COSTA, 2010).


32


Ultrafiltração

Também conhecida como filtração molecular, e utilizada para separar substâncias de

acordo com peso e tamanho molecular (NÓBREGA, 2016). As membranas da ultrafiltração

apresentam poros menores se comparadas com as da microfiltração. Em parte, por esse motivo

faz-se necessário a utilização de pressões de operações maiores.

Nanofiltração

É capaz de separar soluções heterogêneas e solutos que se encontram dissolvidos. A

membrana atua como barreira seletiva permitindo a passagem apenas de determinado

componente, consequentemente, impedindo a passagem de outros. Esse processo retém sais

bivalentes com 0,001µm. Essa tecnologia é capaz de remover íons monovalentes e compostos

orgânicos de baixo peso molecular, podendo ser utilizada em processos de remoção de cor da

água ou desmineralização, sendo sua principal aplicação na dessulfatação da água do mar para

reinjeção (NUVOLARI, COSTA, 2010).

Osmose reversa (OR)

Através da passagem do fluido pela membrana, sob alta pressão, podem ser retidos sais

dissolvidos (cálcio, magnésio, cloretos, fluoretos, sulfatos, entre outros), dureza, bactérias,

protozoários, vírus, coloides, sílica, contaminantes orgânicos e outros componentes

indesejáveis. Por possuir poros muito pequenos, a pressão aplicada, necessária para a

movimentação do fluido, é maior do que nos demais tipos de membranas.

Nesse tipo de método o fluxo permeado é no sentido inverso ao do fluxo osmótico

normal. Consiste na movimentação do solvente do lado mais concentrado para o de menor

concentração, através de uma membrana semipermeável que permite a passagem do solvente

retendo o soluto (TARGUETA; SANTANA, 2016).

A Figura 8 a seguir apresenta um comparativo entre a osmose e a osmose reversa.


33


Figura 8: Comparativo entre osmose e osmose reversa.

As membranas de OR possuem alta capacidade de remoção de sílica e material coloidal

de alto e baixo peso molecular, o que possibilita a sua utilização nos tratamentos de

dessalinização.

De acordo com Nuvolari & Costa (2010), é importante que o efluente passe por um pré-

tratamento (filtração, carvão-ativado e reação com agentes químicos redutores), para evitar

problemas com incrustações e degradação da membrana, que são materiais muito sensíveis.

O processo de OR apresenta diversas vantagens, entre elas as que mais se destacam são

o baixo consumo de produtos químicos, menor área de implantação, possui sistema

automatizado e operação contínua. Desvantagens como o elevado consumo de energia elétrica

e a necessidade de pré-tratamento de efluentes, além de limitações de projeto relacionadas à

temperatura, turbidez, pH e cloro livre representam os principais problemas com o método.

Na Tabela 3, pode-se observar um comparativo entre as principais técnicas de filtração

por membranas.


34


Tabela 3: Comparativo entre os principais tipos de filtração por membranas.

Tipo de processo Característica do

permeado

Tipos de elementos

removidos

Dimensões dos

poros

Microfiltração Água + sólidos

dissolvidos

SST, turbidez,

protozoários e

algumas bactérias

0,1 a 1,0 µm

Ultrafiltração Água + moléculas

pequenas

Macromoléculas,

coloides e algumas

bactérias

0,001 a 0,1 µm

Nanofiltração Água + moléculas

pequenas, íons

Muitas moléculas

pequenas, cor,

dureza, sulfatos,

nitrato, sódio e

outros íons

5 a 10 Å

Osmose reversa Água + moléculas

pequenas, íons

Macromoléculas,

coloides e bactérias

Membrana densa

Fonte: Adaptado de NUVOLARI & COSTA (2010).

3.5.4.4 Troca iônica

Segundo Nuvolari & Costa (2010), a troca iônica é uma tecnologia baseada na troca de

íons contaminantes do líquido a ser tradado por íons presente sem uma resina. Esse método

pode remover compostos fenólicos, ácidos orgânicos, sílica e carbono.

A escolha da resina deve ser feita de acordo com sua seletividade, afinidade pela troca

de íons, número máximo de sítios ativos por grama e o sistema no qual será em pregada.

As vantagens desse tipo de processo estão relacionadas à qualidade do efluente

fornecido remoção seletiva de espécies indesejáveis, aplicação para volumes de grandes e

pequenos volumes de efluentes, além de o sistema pode ser automático ou manual. Já as

desvantagens se referem à periculosidade de alguns produtos químicos envolvidos no processo

de regeneração, são necessárias paradas para regeneração, há a possibilidade de degradação das

resinas além da geração de efluentes com alta concentração de contaminantes (NUVOLARI,

COSTA, 2010).


35


3.5.4.5 Oxidação química

Nos processos de oxidação química, as reações alteram a estrutura e as propriedades

químicas das substâncias orgânicas. As partículas são quebradas em fragmentos menores.

A vantagem dessa tecnologia está no fato de se tratar de processos destrutivos, quando

comparados aos processos físicos. Porém, em alguns casos, o processo pode ser lento e possuir

baixa seletividade.

3.6 Legislação e Qualidade da Água Para Consumo Humano

No Brasil, o uso da água para consumo humano é regulamentado por normas específicas

que determinam a quantidade aceitável de determinados contaminantes.

O Ministério da Saúde publicou a Portaria Nº2.914, em 12 de dezembro de 2011, que

dispõe sobre os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo

humano e seu padrão de potabilidade. São definidas as competências e responsabilidades da

União, do Estado, dos Municípios, do responsável pelo sistema de abastecimento de água para

consumo humano e dos laboratórios de controle e vigilância.

Ainda de acordo com essa portaria, toda agua para consumo humano, fornecida

coletivamente, deverá passar por processo de desinfecção ou cloração. Alguns dos níveis de

substâncias permitidos citados na Portaria:

Dureza: 500 mg/L

Sódio: 200 mg/L

Cloro residual livre: 5 mg/L

A Portaria nº 635, de 30 de janeiro de 1976, também do Ministério da Saúde, aprova as

normas e padrões sobre a fluoretação da água, obedecendo a imposição da Lei 6050/74 que

dispõe sobre a fluoretação da água em sistemas de abastecimento quando existir estação de

tratamento.

O Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) através da resolução Nº 357, de

17 de março de 2005, estabelece a classificação dos corpos de água e as diretrizes ambientais


36


para seu enquadramento e institui as condições e padrões de lançamento de efluentes. A norma

visa controlar o lançamento no meio ambiente de poluentes, proibindo o descarte em níveis

nocivos ou perigosos para os seres humanos e outras formas de vida. Além de criar instrumentos

para avaliar a evolução da qualidade das águas, em relação às classes estabelecidas no

enquadramento.

As águas doces, salobras ou salinas podem ser classificadas em treze classes, de acordo

com seu nível de qualidade, avaliado por condições e padrões específicos. Neste trabalho a

classe de águas que receberá atenção é a Classe 1 das águas doces, descritas na Seção I da

norma supracitada. Segundo a própria norma esse tipo de água poderá ser destinado para:

a) O abastecimento para consumo humano, após tratamento simplificado;

b) A proteção das comunidades aquáticas;

c) A recreação de contato primário, tais como natação, esqui aquático e mergulho,

conforme Resolução CONAMA nº 274, de 2000;

d) A irrigação de hortaliças que são consumidas cruas e de frutas que se desenvolvam

rentes ao solo e que sejam ingeridas cruas sem remoção de película; e

e) A proteção das comunidades aquáticas em terras Indígenas.

Ainda segundo a legislação, as águas doces de classe 1 deverão apresentar as seguintes

características e padrões:

Não verificação de efeito tóxico crônico a organismos, de acordo com os

critérios estabelecidos pelo órgão ambiental competente, ou, na sua ausência,

por instituições nacionais ou internacionais renomadas, comprovado pela

realização de ensaio eco toxicológico padronizado ou outro método

cientificamente reconhecido;

Materiais flutuantes, inclusive espumas não naturais: virtualmente ausentes;

Óleo e graxas: virtualmente ausentes;

Substâncias que comuniquem gosto ou odor: virtualmente ausentes;

Corantes provenientes de fontes antrópicas: virtualmente ausentes;

Resíduos sólidos objetáveis: virtualmente ausentes;

DBO 5 dias a 20ºC até mg/L O2;

Turbidez até 40 unidades nefelométrica de turbidez


37


3.7 Destino da Água Após Adequação ao Consumo Humano

Tendo em vista os volumes diários, após tratada, a água pode ser encaminhada para

consumo imediato, ser armazenada para consumo posterior ou injetada em um manancial pré-

existente.

A ideia principal deste projeto é que a água seja inserida em uma rocha porosa e

permeável de maneira a criar uma nova fonte de água para ser utilizada posteriormente a longo

ou curto prazo.

3.7.1 Consumo imediato

Após o tratamento que será proposto, a água produzida estará especificada para

consumo humano de acordo com as imposições da Resolução 357 do CONAMA, enquadrada

na Classe 1 das Águas Doces.

Sendo assim, estará apta para consumo imediato. A água poderá ser encaminhada para

o sistema de abastecimento da população através de tubulações. Para isso, será necessário o uso

de bombas e a inclusão de uma etapa de tratamento simplificado que inclua a clarificação por

meio de filtração e desinfecção e correção de pH quando necessário.

Faz-se necessário a adição de cloro, que elimina germes nocivos à saúde, e garante a

qualidade da água nas redes de distribuição e nos reservatórios.

Segundo a Companhia de Saneamento de Minas Gerais (COPASA MG), para proteger

as canalizações das redes e das casas contra corrosão ou incrustação, a água precisa receber

uma dosagem de cal, que corrige o pH, e ser fluoretada, em atendimento à Portaria nº 635 do

Ministério da Saúde. Além de uma dosagem de composto de flúor (ácido fluossilícico, fluoreto

de cálcio, fluossilicato de sódio ou fluoreto de sódio) conforme descrito em lei.

3.7.2 Armazenamento em tanques

Para que seja armazenada em tanques para consumo posterior, a água tratada deverá

cumprir, da mesma forma, as exigências da Resolução 357 do CONAMA. Os tanques utilizados


38


para o armazenamento devem ser produzidos em material inerte que não reaja nem libere

resíduos nem substâncias tóxicas, além de evitar a contaminação pelo meio externo, garantindo

a vedação. Assim como deverá receber as doses de cal e flúor conforme o descrito na Portaria

635 e exigido na Lei 6050/74.

3.7.3 Recarga de mananciais

Um dos encaminhamentos possíveis para a água já tratada seria a recarga artificial de

mananciais pré-existentes. Nesse caso, além da Resolução CONAMA 357, devem ser

observadas também as imposições da Resolução CONAMA 396, de 2008, que dispõe sobre a

classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento das águas subterrâneas, e da

Resolução nº 153 do Conselho Nacional de Recursos Hídricos (CNRH) de dezembro de 2013,

que estabelece critérios e diretrizes para a implantação de recarga artificial de aquíferos no

território brasileiro.

Segundo a CNRH nº 153, compreende-se como recarga artificial de aquíferos a “[...]

Introdução não natural de água em um aquífero, por intervenção antrópica planejada, por meio

da construção de estruturas projetadas para este fim”.

De acordo com a CONAMA 396, a recarga artificial em aquíferos, conjunto de aquíferos

ou porções desses, não poderá causar alteração da qualidade das águas subterrâneas que

provoque restrição aos usos principais.

Tal atividade deverá ter o controle dos órgãos competentes com o objetivo de alcançar

ou manter os padrões de qualidade para os usos preponderantes e prevenir riscos ambientais.

Para isso, deverá ser implantado um programa específico de monitoramento da qualidade da

água subterrânea. A frequência inicial desse monitoramento deverá ser no mínimo semestral e

definida em função das características hidrogeológicas e hidrogeoquímicas dos aquíferos, das

fontes de poluição e dos usos pretendidos, podendo ser reavaliada após um período

representativo (CONAMA 396, 2008).


39


3.7.4 Criação de aquífero

Nesse caso, a água seja injetada em uma formação rochosa a fim de criar um novo

manancial destinado a uso das gerações futuras.

A criação do aquífero artificial inicia-se com a seleção da rocha armazenadora a partir

de dados geológicos, principalmente de permeabilidade e porosidade. A necessidade de uma

camada seladora que impeça a fuga por caminhos preferenciais da água injetada é um fato que

não poderá ser ignorado. A rocha deverá ser não-acumuladora de hidrocarbonetos e deve reagir

minimamente com a água.

Dessa forma, o ideal seria a criação de um aquífero poroso e confinado, tendo em vista

que esse tipo de formação geológica é mais facilmente encontrado. É recomendado evitar

reservatórios cársticos, pois, devido à alta capacidade de dissolução dessa rocha na água, os

níveis de dureza, por exemplo, poderiam ser alterados.

O volume de água a ser armazenado no reservatório criado dependerá diretamente do

volume poroso disponível.

Depois de passar pelos processos de tratamento que removeriam as impurezas, a água

seria encaminhada para poços injetores. A frente de água na rocha avançaria até que alcançasse

os poços produtores.

O período que levaria da entrada da água na rocha até a chegada da frente de avanço nos

poços produtores depende diretamente da distância entre esses dois pontos, de características

intrínsecas da formação geológica, assim como da vazão de injeção.

A Figura 9 apresenta um esquemático do processo de injeção e produção.


40


Figura 9: Esquemático do processo de criação de aquífero.

A passagem da água pelas camadas rochosas, durante os processos de injeção, avanço e

produção, pode funcionar como um sistema de filtração, promovendo um tratamento in situ e

permitindo, em função do tipo de efluente considerado, de condições hidrogeológicas e dos

usos previstos, eliminar a necessidade de sistemas de tratamento avançados (BARBOSA;

MATTOS, 2008).

O tratamento de desinfecção seria realizado após o período de armazenamento na rocha.


41


4 MATERIAIS E MÉTODOS

Para que seja elaborado o projeto do um sistema de tratamento para adequação ao consumo

humano da água produzida, utilizou-se como base a caracterização da indústria (empresa) geradora,

assim como a caracterização e volume da água produzida, além da frequência com que ela é

recebida. Com tais informações, avaliou-se as tecnologias disponíveis mais viáveis em termos

econômicos e operacionais. Assim, foram analisados diversos processos de tratamento disponíveis

na indústria, até que escolheu-se o que melhor adequou-se para a especificação da água com a

finalidade de reutilizá-la para consumo humano.

4.1 Fazenda Pocinhos

4.1.1 Caracterização das instalações

O campo de Fazenda Pocinho está localizado na porção central/nordeste da Bacia

Potiguar, à cerca de 15Km da cidade de Pendências, no estado do Rio Grande do Norte.

De acordo com a ANP (2016), o campo conta com 557 poços perfurados, dos quais 414

são produtores e encontram-se equipados com bombeio mecânico ou de cavidade progressiva.

Também dispõe de uma estação Central e oito estações coletoras que contam com manifolds e

de tanques de teste. Devido as suas características o campo não possui sistema de

processamento de óleo e gás natural, sendo este último queimado após a separação.

Os principais reservatórios do campo são arenitos grosseiros fluviais cretáceos da

formação Açu, com porosidade variando entre 18,8% e 23,4%, permeabilidade entre 20mD e

2500 mD, saturados com óleo de 18º e 25º API. Os mecanismos primários de produção são

influxo de água de aquíferos de fundo e laterais e a expansão de fluidos, principalmente óleo e

capa de gás natural.

Como método de recuperação avançada é realizado, desde 1999, a injeção cíclica de

vapor. Até dezembro de 2015 haviam sido injetadas 1,12 milhões de toneladas de vapor


42


Depois de separado o óleo é bombeado, através de dois oleodutos, para a Unidade de

Tratamento e Processamento de Fluidos (UTPF), localizada no Polo de Guamaré

A Estação Central é voltada exclusivamente para transferência e possui tanques de

armazenamento, bombas de transferência, assim como um sistema de medição da produção por

apropriação

4.1.2 Volume de Efluentes

Segundo a ANP (2017), o campo produziu, em fevereiro deste ano (2017), cerca de

2.800 bbl/dia de óleo e 84.000 bbl/dia de água. Já, em janeiro de 2010, produziu

aproximadamente 43.000 bbl/dia de água, quase metade da produção atual, enquanto a

produção de óleo era de mais de 29.000 bbl/dia.

A redução da produção de óleo provavelmente se deve ao amadurecimento do campo.

Enquanto que o aumento da produção de água pode ter mais de um agravante, pois, além da

proximidade com aquífero, a injeção de vapor no reservatório também fornece água para a

produção.

4.1.3 Sistema atual de tratamento para descarte

Pequenas estações coletoras realizam a coleta dos fluidos (basicamente óleo e água) e

os bombeiam para cinco Estações Centrais (EC): EC-CAM (Canto do Amaro), EC-ET (Estreito

A e B), EC-ARG (Alto do Rodrigues), EC-FP (Fazenda Pocinhos). Essas estações centrais, por

sua vez, bombeiam o petróleo bruto, produzido em terra, até a Unidade de Processamento de

Gás Natural (UPGN-GMR) onde é misturado com o óleo produzido nos poços offshore. A água

separada do óleo é encaminhada para a Estação de Tratamento de Efluentes (ETE-GMR).

Logo que recebida, a água produzida é disposta em diques na Estação de Tratamento de

Óleo (ETO), onde a fração de água livre se separa do óleo por ação da gravidade. Na ETE, a

água passa por um separador água-óleo (SAO), em seguida por um tanque de mistura para

adentrar no flotador e posteriormente ser encaminhada para o descarte no ambiente via


43


emissário submarino. O Óleo recuperado no processo é disposto em tanques de armazenamento

para retornar à ETO.

De acordo com as informações do acervo pessoal do Instituto de Desenvolvimento

Sustentável e Meio Ambiente do Rio Grande do Norte (IDEMA-RN), foram descartados via

emissário submarino 82.869 m3/dia de efluente tratado no período de 1 de novembro de 2014 a

31 de janeiro de 2015. A Figura 10 apresenta a planta baixa da ETE.

Figura 10: ETE do Polo Industrial de Guamaré.

Fonte: Acervo pessoal do IDEMA (2015), apud MARTINS (2015).

Os padrões para lançamento de efluentes são determinados, atualmente, pela Resolução

do CONAMA nº 430, de maio de 2011. A água lançada via emissário submarino pelo Polo de

Guamaré deve seguir esses padrões e é fiscalizado pelo IDEMA.


44


4.1 Caracterização de Água Produzida: Estudo de Caso

A Tabela 4 foi construída utilizando os dados existentes nos trabalhos de Fernandes

Júnior (2006), Lima (1996) e Carvalho (2011), bem como da ANP (2016), visando possibilitar

insumos para a definição do sistema de tratamento mais adequado para a caracterização de uma

água produzida contaminada similar àquela produzida pelos campos, devido a não

disponibilização de dados reais pela indústria

Tabela 4: Caracterização de água produzida.

Parâmetros Resultados

Cloretos (mg/L) 296,20

Salinidade (NaCl – mg/L) 488,10

pH 7,95

Sólidos totais dissolvidos (mg/L) 1.460,00

Dureza total (CaCO3 mg/L) 375,21

Sulfato (mg/L) 2,610

Óleo e graxas (mg/L) 2000

Ferro (mg/L) 0,40

H2S (mg/L) 21,94

Fonte: FERNANDES JÚNIOR (2006), LIMA (1996), CARVALHO (2011) e ANP (2016),

4.2 Água Produzida x Água Para Consumo Humano

A água produzida no campo de Fazenda Pocinho apresenta composição diferente da que

é exigida pelos órgãos ambientais para as águas destinadas ao consumo humano. A fim de

adequar a água produzida de petróleo aos parâmetros obrigatórios exigidos, é necessário que

seja feita, antes da determinação do sistema de tratamento, uma comparação entre tais

composições.


45


A Tabela 5 apresenta o comparativo entre a composição da água produzida simulada e

a exigida pela Resolução CONAMA 357 e pela Portaria 2.914 do Ministério da Saúde.

Tabela 5: Comparativo entre a água produzida e a exigida para o destino.

Parâmetros Resultados VMP*

Cloretos (mg/L) 296,20 250

Salinidade (NaCl – mg/L) 488,10 5%

pH 7,95 6 – 9

Sólidos totais dissolvidos (mg/L) 1.460,00 500

Dureza total (CaCO3 mg/L) 375,21 100

Sulfato (mg/L) 2,610 250

Óleo e graxas (mg/L) 2000 Ausentes

Ferro (mg/L) 0,40 0,3

H2S (mg/L) 21,94 0,002

*VMP= valor máximo permitido pela resolução CONAMA nº 357 e Portaria 2.914 do Ministério da Saúde.

Fonte: FERNANDES JÚNIOR (2006), LIMA (1996), CARVALHO (2011) e ANP (2016).

Analisando os comparativos apresentados, observou-se que diversos parâmetros

apresentaram-se em desacordo com a especificação para o destino, com exceção do pH.

O sistema de tratamento será definido de acordo com os parâmetros a serem corrigidos

levando em consideração as limitações operacionais de cada método.


46


5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Considerações Para a Escolha do Método de Tratamento

A escolha do método de tratamento é feita em função da composição da água produzida.

Os tratamentos especificados devem remover os componentes indesejados a fim de enquadrar

a composição no que é exigido por lei.

Alguns outros pontos devem ser observados antes da decisão final de instalação da

planta determinada para evitar falhas no tratamento e, consequentemente, prejuízos. Entre esses

parâmetros encontram-se:

Composição do efluente

Área de instalação dos equipamentos

Consumo energético

Viabilidade econômica do projeto

Vazão de água a ser tratada

Capacidade de processamento da planta

Capacidade de consumo/retenção do destino

Levando-se em consideração a Tabela 4 apresentada no item anterior (5.1), o sistema de

tratamento deve remover alguns componentes para adequação. Descreve-se, a seguir, os

componentes que precisam ser especificados e os tratamentos adequados.

Metais (ferro)

A remoção de metais, principalmente ferro que encontra-se dissolvido na água, é,

geralmente, feita em duas etapas: a oxidação e a eliminação do precipitado formado.

O tratamento exige a oxidação do ferro, uma vez que diminui a concentração solúvel do

metal viabilizando a remoção em processos de separação sólido/líquido. A oxidação pode ser


47


executada recorrendo a vários químicos como cloro ou ozono, mas também poderá ser feita

com ar comprimido. Essas substâncias tornam os metais insolúveis na água facilitando a sua

remoção nas etapas posteriores do tratamento.

O dióxido de cloro tem sido utilizado desde há muito tempo na desinfecção de água

potável. É utilizado no pré-tratamento pois remove eficazmente os compostos de ferro, funciona

como agente floculante e remove também odor e sabor indesejáveis. Na fase pós-tratamento,

promove a desinfecção no interior do sistema de distribuição. Por tais motivos, aparenta ser a

melhor escolha para aplicação na etapa de oxidação de metais.

Sólidos

A remoção das partículas maiores de sólidos e de óleo inicia-se em um tanque

gravitacional ou Separador água-óleo, a partir da ação da gravidade viabilizando a

sedimentação ou decantação.

Mesmo após o processo gravitacional, provavelmente, ainda existirá um percentual de

partículas sólidas que serão removidas em um tanque de mistura rápida com a adição de

coagulante, como hidróxido de alumínio ou cloreto férrico, utilizados comumente no tratamento

de água de captação superficial. Recomenda-se, anteriormente, a adição de uma substância

reguladora de pH, como cal ou barrilha (carbonato de sódio), por exemplo, para otimização do

processo.

A injeção de floculante facilitará a união dos flocos que sedimentarão separando-se da

água e depositando-se no fundo do tanque.

O uso de flotadores, assim como de hidrociclone, nesse ponto, pode ser bem aceito e

fornecer um efluente com níveis de sólidos e óleo consideravelmente reduzidos.

Nesse ponto a água ainda contém impurezas que não foram sedimentadas no processo

de decantação. Por esse motivo, faz-se necessário o uso de filtros finos, como o filtro cartucho,

que reterão as partículas dispersas ainda restante.


48


O processo de filtração tem sido largamente aplicado para remoção de sólidos mais

finos. Os filtros de areia com baixa granulometria retêm parte considerável de sólidos dispersos.

A inclusão de um filtro cartucho, conhecido como filtro fino, remove partículas micrométricas

residuais. Os filtros de argila, além de removem boa parte dos sólidos, também adsorvem parte

considerável do material orgânico e de outras substâncias.

Esse tipo de remoção se faz necessária principalmente quando um dos processos

posteriores apresenta problemas devido à presença de sólidos no efluente, como as membranas

que são tamponadas.

Dureza

A remoção de dureza, ou abrandamento, pode ser feita por precipitação química, troca

catiônica ou nanofiltração, sendo as duas últimas tecnologias mais caras e exigem pré-

tratamento intensivo.

O processo a base de cal (CaO) e carbonato de sódio, pode remover níveis consideráveis

de dureza, a pesar de não removê-la completamente. É possível a utilização de hidróxido de

cálcio, porém o custo é mais alto. A cal eleva o pH do efluente fornecendo a alcalinidade

necessária ao processo, e o carbonato de cálcio, além de auxiliar a alcalinidade, fornece os íons

carbonatos necessários.

Considerando que a dureza, nesse ponto em que o magnésio foi significativamente

removido, deva-se principalmente ao cálcio, o processo de abrandamento pode ser feito sem

excesso de cal e carbonato. Esse processo deve ser feito anteriormente aos processos de

coagulação, floculação, sedimentação e filtração.

O abrandamento por troca iônica consiste em fazer a água atravessar uma resina

catiônica que captura os íons Ca2+ e Mg2+, substituindo-os por íons que formarão compostos

solúveis e não prejudiciais ao homem. As resinas possuem limites para a troca iônica, e ficam

saturadas de Ca2+ e Mg2+. Para garantir a eficiência do processo, deve ser feita a regeneração

da resina com a adição de solução de Cloreto de Sódio (NaCl).


49


Cloretos

Os tratamentos convencionais não eliminam o íon cloreto por se tratar de íons em

solução. A tecnologia de tratamento da água para a remoção de cloretos mais utilizada é a troca

iônica ou a tecnologias de membranas, por exemplo a osmose reversa, muito utilizada quando

é feito o aproveitamento de água do mar para produção de água de consumo humano.

Infelizmente, tratam-se de processos complexos e caros.

O cloreto de sódio pode ser reduzido, até valores muito baixos, depois de uma segunda

etapa de OR utilizando membranas específicas, que também pode reduzir a valores próximos

de zero as concentrações residuais de cálcio e magnésio.

Salinidade

Quantidades excessivas de magnésio, cálcio e sódio influenciam negativamente na saúde

humana, pois desencadeiam problemas no desenvolvimento de crianças, além de riscos gerais à

saúde também de adultos. A OR é capaz de reter elevadas quantidades de sais e deixar a água

praticamente isenta de moléculas inorgânicas de baixa massa molar como sódio, cálcio e

magnésio. Porém, ao contrário das outras atividades de reuso, para o consumo humano a

ausência de algumas dessas substâncias pode causar problemas de saúde. Dessa forma, após a

OR, pode existir a necessidade de regular as concentrações de alguns nutrientes, como cálcio e

magnésio, para fins de consumo humano. (SOARES, 2013).

A OR também reduz em até 99% a condutividade e dureza, além de eliminar 100% das

bactérias e impurezas presentes na água, garantindo uma água desmineralizada, límpida, pura

e confiável.

Porém, o processo de OR exige um pré-tratamento para funcionar eficientemente, como

a microfiltração por exemplo. O objetivo do uso de filtração antes da OR é evitar o entupimento

das membranas da OR, reduzindo o teor de sólidos e de óleos. Os filtros eliminarão os sólidos

que ainda se encontram em suspensão, moléculas orgânicas, cromatos, sulfetos e cloro.

O processo de injeção dos minerais necessários, que foram removidos quase que

completamente pela OR, pode ser substituído pelo próprio contato com a rocha no caso de

recarga de mananciais ou criação de aquífero.


50


Sulfato e Sulfeto

Um método de precipitação química que tem apresentado resultados positivos é o da

precipitação do sulfato em solução na forma do mineral Estringita.

Por tratar-se de íon solúvel em água, o sulfato só pode ser completamente removido por

processos especiais, como por exemplo a troca-iônica ou a osmose reversa.

A técnica de dessulfurização da água do mar largamente aplicada atualmente é a

nanofiltração que tem apresentado resultados excelentes.

TOG

A remoção de óleos e graxas inicia-se na separação gravitacional que remove

significativamente a porção de óleo livre.

A parcela de óleo emulsionado pode ser removida através de um tratamento químico,

mediante a adição de eletrólitos capazes de deslocar os surfactantes da interface água-óleo sob

condições específicas de pH. Nesse caso, faz-se necessário o uso conseguinte de um sistema e

flotação ou hidrociclones por exemplo. Apesar da boa eficiência, esse processo apresenta

algumas desvantagens como a utilização de produtos químicos, que podem ser caros, e a

geração de lodo, que deve ser tratado e descartado de forma adequada (STEWART; ARNOLD,

2011).

A utilização do filtro de carvão ativado tem apresentado, historicamente, níveis de

redução de TOG consideráveis. O carvão ativado apresenta grande afinidade por substâncias

de caráter orgânico, em virtude de tratar-se de uma substância não polar. O leito é capaz de

absorver compostos orgânicos dissolvidos, alguns metais pesados e BTEX (benzeno, tolueno,

etilbenzeno e xileno) solúveis.

Um tipo de filtro de adsorção utilizado para remoção de óleos e graxas é o filtro de argila

que tem apresentado capacidade de remoção excelente, em muitos casos, superior à do carvão

ativado.

O processo de separação por membranas também tem apresentado resultados excelentes

quanto a remoção de compostos orgânicos de baixo peso molecular, principalmente a OR e a

ultrafiltração.


51


A Figura 11 apresenta um fluxograma contendo os possíveis processos de tratamento.

Após o uso do Separador água-óleo, que reduziria a aproximadamente 200 mg/L o teor

de óleo livre na água, além de remover alguns sólidos suspensos, pode-se optar pela utilização

de flotador a ar dissolvido, ou hidrociclone que poderiam remover óleo emulsionado e

partículas sólidas dispersas.

Posteriormente, é possível utilizar filtro de areia ou filtro de argila, ambos seguidos por

filtro cartucho, ou apenas o filtro de carvão ativado. A utilização do filtro cartucho se justifica

pela remoção de partículas sólidas mais finas residuais do processo de filtração anterior. A

finalidade dessa etapa é remover óleo solúvel além de sólidos finamente dissolvidos como

metais precipitados.

A opção por Microfiltração ou Ultrafiltração é justificada pela adequação do efluente ao

processo posterior que exige pré-tratamento. Esse processo tem o objetivo de remover óleo

Água proveniente

dos campos

Separador

agua/óleo

Flotador a ar

dissolvido

Separador

agua/óleo

Hidrociclone

Filtro de

argila

Separador

agua/óleo Carvão

ativado

Microfiltração

Ultrafiltração

Osmose Reversa

Troca Iônica

Adição de

minerais

Criação de aquífero

Figura 11: Fluxograma dos possíveis processos de tratamento.

Filtro

cartucho

Filtro de

areia

Separador

agua/óleo


52


solúvel residual, alguns compostos de cloro, parte da salinidade, e eliminar as partículas sólidas

residuais.

O uso de Microfiltração ou Osmose Reversa eliminaria completamente a presença de

compostos orgânicos e inorgânicos, cloretos, sulfatos, sulfetos, dureza, salinidade e minerais.

5.2 Proposta de Tratamento

Inicialmente, com objetivo de reduzir o teor de óleo livre e sólidos no efluente,

recomenda-se o uso de separadores água-óleo.

Para a remoção das demais partículas maiores de sólidos, aconselha-se a adição de

coagulante e floculante em tanques de mistura seguido de um sistema de filtração para remoção

dos flocos.

A fim de remover metais, em especial o ferro, é recomendado a inserção de dióxido de

cloro a fim de desencadear a oxidação e precipitação dessas substâncias. Para remover os

precipitados formados com a adição do oxidante, faz-se necessário a posterior utilização de um

sistema de separação sólido/líquido. A passagem por um flotador a ar dissolvido é preferencial

por possuir maior eficiência.

A separação do óleo por flotação consiste na melhor alternativa frente ao uso de

hidrociclones, esteja o óleo livre ou emulsionado, pois é de baixo custo, fácil operação e alta

eficiência, garantindo o cumprimento das exigências legais, assim como trabalham a altas

vazões. Além disso os hidrociclones não operam satisfatoriamente quando as fases apresentam

diferença de densidade baixa.

O uso do filtro de areia foi eliminado por apresentar eficiência de remoção baixa em

comparação com os outros dois métodos. A utilização de filtros de argila, anteriormente ao uso

de filtro cartucho, é mais recomendada pois, além de remover sólidos finamente dispersos, essa

etapa elimina parcela substancial de componentes orgânicos. Sem contar que tal processo

remove também o cloro que é incompatível com a maioria das membranas. E ainda apresenta

capacidade de adsorção maior do que os filtros de carvão ativado. OS filtros cartuchos


53


trabalham a baixas vazões, por esse motivo pode ser necessário a aplicação de mais de um

equipamento em paralelo na planta.

Nesse ponto, inicia-se uma espécie de pré-tratamento para a OR que possui limitações

quanto a presença de sólidos e de TOG. Recomenda-se o uso de membranas de Microfiltração

para remoção das substâncias que possam tamponar os poros da OR. A ultrafiltração se

mostraria um custo adicional desnecessário. A microfiltração por si só já é suficiente para evitar

a formação de incrustações nas membranas do processo de Osmose Reversa

Por fim, é apropriado a passagem pelo filtro de OR para finalizar a especificação da

água, já que o processo elimina quase toda a matéria orgânica e inorgânica do efluente, além de

sulfato, sulfeto, cloretos, salinidade, dureza e minerais. Essa última etapa do tratamento também

remove alguns nutrientes minerais essenciais para a saúde humana, fazendo-se necessário a

adição posterior dessas substâncias. Para o caso em que o destino da água é a criação de aquífero

ou o reabastecimento de mananciais, a passagem pela rocha pode suprir essa necessidade.

Para o consumo será necessário a desinfecção com cloro que pode ser atribuída ao

responsável pela entrega ao consumidor.

Após as considerações, a planta final contaria com: o processo gravitacional para

redução da quantidade de óleo livre e partículas maiores de sólidos, o Separador água-óleo; o

processo de Flotação no qual seriam reduzidos os precipitados e mais partículas de sólidos; o

Filtro de argila organofílica seguido de filtro cartucho para redução de sólidos e de TOG; a

Microfiltração como pré-tratamento para a Osmose Reversa.

A Figura 12 demonstra o esquemático da Planta de tratamento final.


54


5.3 Cálculo do Dimensionamento do Aquífero a Ser Criado

O volume de rocha necessário para armazenar a quantidade de água produzida a ser

tratada pode ser calculado com base em características da própria rocha. Para isso, será

explicitada, a seguir, uma das características importantes para esse cálculo, a porosidade.

Outras características, como, por exemplo, permeabilidade e compressibilidade, também são

importantes para a escolha da rocha armazenadora, porém não são necessárias para o cálculo

básico que será feito.

Porosidade efetiva

A porosidade efetiva é uma das características mais importantes pois definirá a

capacidade de armazenamento da rocha, ou seja, o volume de vazios útil disponível. Segundo

Rosa (2006). É definida como a relação entre o volume poroso interconectado da rocha e o

volume total da mesma, ou seja:

Água proveniente

dos campos

Separador

agua/óleo Flotação Filtro de

argila

Microfiltração Osmose

Reversa

Rocha

Figura 12: Fluxograma da planta final de tratamento.

Filtro

cartucho


55


∅𝑒 = 𝑉𝑝𝑖 𝑉𝑡⁄ Equação (1).

Onde ∅𝑒 é a porosidade efetiva, 𝑉𝑝𝑖 é o volume poroso interconectado e 𝑉𝑡 é o volume

total da rocha.

Dessa forma, o volume total de rocha pode ser calculado por:

𝑉𝑡 = 𝑉𝑝𝑖 ∅𝑒⁄ Equação (2).

Os arenitos, o tipo de rocha mais frequentemente encontrada como reservatório,

apresentam valores de porosidade entre 20% e 30%. (ROSA, 2006)

De posse das equações listadas pode-se efetuar o cálculo do volume prévio de rocha

necessário. Admitindo-se um volume diário de 84.000 bbl/dia de água produzida, o equivalente

a aproximadamente 13.354,93 m3/dia, contabilizando quase 4.900.000 m3 de água por ano (365

dias), e que o volume poroso efetivo deve ser maior ou igual a esse volume para armazená-lo,

além de considerar a rocha como sendo um arenito com 30% de porosidade efetiva, temos os

seguintes dados:

∅𝑒 = 0,3

𝑉𝑝𝑖 = 4.900.000

Assim, substituindo os valores citados anteriormente na Equação 2, temos:

𝑉𝑡 = 4.900.000 𝑚3 0,3⁄

𝑉𝑡 = 16.333.333,33 𝑚3

Ou seja, o volume total necessário de rocha arenítica, com porosidade de 30%, para

armazenar todo o volume de água produzida tratada por um ano, com folga, seria de

aproximadamente 16,4 MMm3.

Considerando o aquífero como um prisma quadricular com altura de 150 m, que é a

média de altura dos aquíferos naturais. e utilizando a fórmula seguinte para cálculo de volume

de um objeto com esse formato, chegou-se a um dimensionamento de 150 m de altura, 131 m

de comprimento e 131 m de largura. A Figura 13 apresenta uma ilustração do formato do

aquífero a ser criado.


56


Figura 13: Ilustração do aquífero a ser criado.

5.4 Função Econômica, Social e Ambiental do Reuso

Frente ao cenário atual de escassez dos recursos hídricos, principalmente na região

nordeste do Brasil que apresenta um histórico de períodos de seca graves e intensos, a busca

por novas fontes de água adequada para o consumo humano tem sido constante.

Em contrapartida, grandes quantidades de água produzida associada ao petróleo são

descartadas no ambiente após tratamento básico. O volume crescente da produção de água em

campo, principalmente em campos maduros, demanda altos custos e expansão das Estações de

Tratamento.

Enquanto isso as previsões, para as gerações futuras quanto a quantidade de água doce

disponível no globo, são pessimistas e exigem um posicionamento mais firme e ativo a respeito

da preservação desse recurso.

Nesse cenário, a adequação da água produzida para o consumo humano surge como uma

alternativa à escassez e ao racionamento. Além de reduzir os custos da empresa responsável

pela extração de petróleo, o reuso é uma opção ambientalmente sustentável.

O armazenamento da água tratada em formações rochosas, de forma a criar aquíferos,

pode ser uma excelente maneira de garantir o abastecimento hídrico das gerações futuras. Sem


57


contar que a comercialização, por parte da empresa responsável, dessa água pode representar

uma nova forma de obter lucro.

Além dos benefícios econômicos e sociais, é possível citar os ganhos ambientais com a

diminuição do descarte na natureza que, apesar de ser responsável e fiscalizado, ainda lança no

meio ambiente substâncias razoavelmente nocivas, assim como a redução da captação de água

para abastecimento.

Dessa forma, a aplicação do projeto discutido nesse trabalho abre portas para a

preservação ambiental, reforçando o perfil responsável da empresa, assim como resguarda as

gerações futuras da escassez. Além de representar uma nova fonte de recursos hídricos para a

população, representa uma nova fonte de obtenção de lucros.


58


6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

A água produzida no campo de Fazenda Pocinho apresenta composição diferente da que

é exigida pelos órgãos ambientais para as águas destinadas ao consumo humano. A fim de

adequá-la aos parâmetros obrigatórios exigidos, é necessário que seja feita, antes da

determinação do sistema de tratamento, uma comparação entre tais composições.

A partir de tal comparação, observou-se que diversos componentes encontravam-se em

desacordo, com quantidades significativamente acima do permitido pela Resolução 357,

fazendo-se necessário a implementação de um sistema de tratamento.

Após estudo e comparação entre os métodos de tratamento, chegou-se à conclusão de

que o melhor sistema, ou planta de tratamento, incluiria: separação água-óleo, flotação, filtração

por carvão ativado, microfiltração e osmose reversa.

A escolha do sistema deu-se a partir da capacidade de cada um deles de remover

diferentes compostos a fim de enquadrá-los na legislação.

A comercialização da água tratada no sistema proposto, além de reduzir os custos com

o descarte via emissário submarino, poderia gerar benefícios econômicos, sociais e ambientais.

Para trabalhos futuros, recomenda-se a busca por processos que demandem menos

custos, mas que possuam a eficiência desejada. A análise econômica do projeto em questão se

faz necessária para comprovação da viabilidade do sistema. Indica-se também o estudo e

projeção da formação geológica destinada a receber a água tratada, assim como a possibilidade

de a passagem por tal formação suprir a necessidade de um dos tratamentos previstos, além da

reposição de minerais.


59


REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AMINI, S.; MOWLA, D.; GOLKAR, M.; ESMAEILZADEH, F. (2012) Mathematical

modelling of a hydrocyclone for the down-hole oil-water separation (DOWS). Chemical

Engineering Research and Design, v. 90, p. 2186-2195.

ANA. Informe: Conjuntura dos Recursos Hídricos no Brasil. Superintendência de

Planejamento de Recursos Hídricos (SPR). Brasília - DF, 2016.

ANP. Fazenda Pocinho, 2016. Disponível em: <www.anp.gov.br/wwwanp/?dw=80880>

Acesso em: 04 de maior de 2017.

ANP. Produção por campo, 2015. Disponível em <http://www.anp.gov.br/wwwanp/dados-

estatisticos> Acesso em: 04 de maio de 2017.

ANP. Produção por poço, 2017. Disponível em <http://www.anp.gov.br/wwwanp/dados-

estatisticos> Acesso em: 05 de maio de 2017.

Associação Brasileira de Águas Subterrâneas (ABAS). Aquíferos. Disponível em <

http://www.abas.org/educacao.php >. Acesso dia 03 de junho de 2017.

BADER, M. S. H. Seawater versus produces water in oil – fields water injection operations.

Desalination. N. 208, p. 159 -168, 2007.

BARBOSA, C. M. de S.; MATTOS, A. Conceitos e diretrizes para recarga artificial de

aquíferos. 2008. Disponível em <

https://aguassubterraneas.abas.org/asubterraneas/article/viewFile/23657/15733 > Acesso

dia 30 de maio de 2017.

BARROS JUNIOR, L. M. Biosorção de metais pesados presentes em águas de produção da

indústria de petróleo. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) Programa de Pós-

Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2001.

BRASIL. Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA). Resolução nº 396 de 3 de

abril de 2008. Dispõe sobre a classificação e diretrizes ambientais para o enquadramento

das águas subterrâneas e dá outras providências. Diário Oficial da União, Brasília, DF, 7 de

abril de 2008.

http://www.anp.gov.br/wwwanp/?dw=80880

http://www.anp.gov.br/wwwanp/dados-estatisticos




http://www.abas.org/educacao.php

https://aguassubterraneas.abas.org/asubterraneas/article/viewFile/23657/15733


60


BRASIL. Conselho Nacional de Recursos Hídrico (CNRH), Resolução nº 153 de 17 DE

dezembro de 2013. Estabelece critérios e diretrizes para implantação de Recarga Artificial

de Aquíferos no território Brasileiro. Ministério do Meio Ambiente, Diário Oficial da

União, Brasília, 2013.

BRASIL. Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Resolução nº 357 de 17 de

março de 2005. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para

o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de

efluentes, e dá outras providências. Ministério do Meio Ambiente, Diário Oficial da União,

Brasília, 2005.

BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 2.914 de 12 de dezembro de 2011. Dispõe sobre

os procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e

seu padrão de potabilidade. Diário Oficial da União, Brasília, 2011.

BRASIL. Portaria nº 635/Bsb de 26 de dezembro de 1975. Aprova normas e padrões sobre

a fluoretação da água, tendo em vista a Lei n.º 6050/74. Ministério do Estado da Saúde,

Brasília, 1975.

BRASIL. Presidência da República, Lei nº 6050 de 24 de maio de 1974. Dispõe sobre a

fluoretação da água em sistemas de abastecimento quando existir estação de tratamento.

Congresso Nacional, Brasília, 1974.

CACHEIRA, C. S; SANTOS, J. P. S; FARIA, J. P. N; VARANDAS, M. M; SILVA, M. F.

de C. R. P; COSTA, M. A. P. Processo de coagulação – floculação. 2012, 20 f. Projeto

FEUP. Mestrado Integrado em de Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia

Universidade do Porto, 2012.

CAMMAROTA, M. C. Notas de Aula: Tratamento de Efluentes Líquidos. 2015. 74 f. Notas

de Aula – Engenharia do Meio Ambiente, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de

Janeiro, 2011.

CARVALHO, D. D., 2016, Apostila. Disponível em:

<http://www.eq.ufrj.br/graduacao/aulas/eew200_denizedias/apostilasgaee.pdf>. Acesso

em 08 de junho de 2017.

CARVALHO, Patrícia Cristina Puglia de. Caracterização de água produzida na indústria de

petróleo para fins de descarte e otimização do processo de separação óleo/água. Dissertação


61


(Mestrado em Engenharia Química), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química,

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2011.

CARVALHO, Patrícia Cristina Puglia de.Tratamento combinado da água produzida de

petróleo: filtração, adsorção e foto - feton. Tese (Pós-graduação em Engenharia Química),

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande

do Norte, 2016.

COPASA. Tratamento de água. Disponível em:

<http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua>

Acesso em 07 de junho de 2017.

COSTA, Regina Helena Pacca. Água: matéria-prima primordial à vida. In: TELLES, Dirceu

D’Alkmin; COSTA, Regina Helena Pacca (coord). Reúso da água: conceitos, teoria e

práticas. São Paulo: Blucher, 2010b. Cap. 1.

COSTA, Regina Helena Pacca. Reúso. In: TELLES, Dirceu D’Alkmin; COSTA, Regina

Helena Pacca (coord). Reúso da água: conceitos, teoria e práticas. São Paulo: Blucher,

2010a. Cap. 7.

CPRM. Aquíferos. Disponível em <http://www.cprm.gov.br/publique/Redes-

Institucionais/Rede-de-Bibliotecas---Rede-Ametista/Canal-Escola/Aquiferos-1377.html>

Acesso dia 14 de maio de 2017.

CUNHA, G. M. A; EVANGELISTA NETO, A.A; MEDEIROS, G. G. D; SILVA, D. N;

MOTA, A. L. N; CHIAVONE FILHO, O. Uso do processo foto – feton no tratamento de

águas produzidas em campos de petróleo: Um estudo de caso. CONGRESSO

BRASILEIRO DE P&D EM PETRÓLEO E GÁS. 4, Campinas – São Paulo. Trabalhos

Técnicos, São Paulo, 2007.

FALLER, M. C. K. aspectos da utilização da substância húmica no tratamento de água de

produção. 2006. 85.f Dissertação (Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais) –

Departamento de Ciências dos Materiais e Metalurgia, Programa de Pós-Graduação em

Engenharia Metalúrgica, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro.

FERNANDES JUNIOR, W. E. Projeto e Operação em Escala Semi-industrial de um

Equipamento para Tratamento de Águas Produzidas na Indústria do Petróleo Utilizando

Nova Tecnologia: Misturador-Decantador à Inversão de Fases. Tese (Doutorado em

Engenharia Química), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade

Federal do Rio Grande do Norte, 2006.

http://www.copasa.com.br/wps/portal/internet/agua-de-qualidade/tratamento-da-agua

http://www.cprm.gov.br/publique/Redes-Institucionais/Rede-de-Bibliotecas---Rede-Ametista/Canal-Escola/Aquiferos-1377.html

http://www.cprm.gov.br/publique/Redes-Institucionais/Rede-de-Bibliotecas---Rede-Ametista/Canal-Escola/Aquiferos-1377.html


62


GABARDO, I.T. Caracterização química e toxicológica da água produzida descartada em

plataformas de óleo e gás na costa brasileira e seu comportamento dispersivo no mar. Tese

(Doutorado em Química) – Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do

Rio Grande do Norte, Natal, 2007.

GUIMARÂES, J. et al. Benzeno, In: NAGEA. Banner. Especialização em Análise

Ambiental. Universidade Federal de Juiz de Fora. Juiz de Fora, 2011

LIMA, A.F. Caracterização e Estudo da Bioconversão da Matéria Orgânica Dissolvida em

Efluentes da Petrobrás no Rio Grande do Norte. Dissertação (Mestrado em Engenharia

Química), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal do

Rio Grande do Norte, 1996.

MANCUSO, S. C. P. & SANTOS, F. H. Reúso de Água: ed 1, São Paulo, Manole/ USP,

2003.

MARIANO, Jaqueline Barbosa. Impactos ambientais do refino de petróleo. I ed. – Rio de

Janeiro: Interciência, 2005.

MARTINS, L. C. S. Projeto de um sistema de tratamento da água produzida de reservatórios

de petróleo para sua adequação ao consumo humano. 2015. 74 f. Trabalho de Conclusão de

Curso (Monografia) – Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do

Norte, Natal, 2015.

MOTTA, Albérico Ricardo Passos da; BORGES, Cristiano Piacsek; KIPERSTOK, Asher;

ESQUERRE, Karla Patrícia; ARAÚJO, Pedro Maia; BRANCO, Lucas da Paz Nogueira.

Tratamento de Água Produzida de Petróleo para Remoção de Óleo por Processos de

Separação por Membranas: Revisão. Eng. Sanit. Ambient., Brasil, v.18, n.1, jan/mar, 2013,

p15-26.

Naturaltec. Flotador. Disponível em: <http://www.naturaltec.com.br/Tratamento-Agua-

Flotador.html> Acesso em 12 de junho de 2017.

NÓBREGA, Romerito Morais da. Eficiência de membranas filtrantes de nanofiltração e

osmose inversa no pós-tratamento de esgoto doméstico. 2016, 48 f. Trabalho de Conclusão

de Curso (Monografia) - Engenharia Civil. Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

Natal, 2016.

http://www.naturaltec.com.br/Tratamento-Agua-Flotador.html

http://www.naturaltec.com.br/Tratamento-Agua-Flotador.html


63


NUVOLARI, Ariovaldo; COSTA, Regina Helena Pacca. Tratamento de efluentes. In:

TELLES, Dirceu D’Alkmin; COSTA, Regina Helena Pacca (coord). Reúso da água:

conceitos, teoria e práticas. São Paulo: Blucher, 2010. Cap. 6.

OGP, 2002. The International Association of Oil & Gas producers. Aromatics in produced

water: occurrence, fate and effects, ans treatment. Report I. 20/324. January 2002, 24 o.

OGP, 2012-b. Environmental performance indicators. International Association of Oil and

Gas Producers, Report n. 2011e, 62p.

OLIVEIRA, R. C. G., OLIVEIRA, M. C. K. Remoção de Contaminantes Tóxicos dos

Efluentes Líquidos Oriundos da Produção de Petróleo no Mar. Boletim Técnico: Petrobras,

Rio de Janeiro, 2000.

PARK, Y.; AYOKO, G. A.; KRISTOF, J. A thermoanalytical assessment of an organoclay.

J Therm Anal Calorim. v. 104, p.1-6, 2011.

ROSA, A. J; CARVALHO, R.S; XAVIER, J. A. D. Engenharia de reservatórios de

petróleo. Rio de Janeiro. Ed. Interciêcia: PETROBRAS, 2006.

SANTIAGO, R. C. Rejeito de xisto como adsorvente para remoção de fenol em águas

produzidas na indústria de petróleo. 2009, 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de

Petróleo). Programa De Pós-Graduação Em Ciência e Engenharia de Petróleo, Universidade

Federal do Rio Grande do Norte. 2009

SCARE, R. F. Escassez de Água e Mudança Institucional: Análise da Regulação dos

Recursos Hídricos no Brasil. Universidade de São Paulo (USP), São Paulo, 2003.

SILVA, A. L. F.; FILHO, J. E. S.; RAMALHO, J. . V. da S.; MELO, M. V.; LEITE, M. de

M.; BRASIL, N. I.; PEREIRA JUNIOR, O. de A.; OLIVEIRA R. C. G.; ALVES, R. P.;

COSTA, R. F. D.; KUNERT, R.; GOMES, W.Universidade Petrobras: Processamento

Primário de Petróleo. Escola de Ciências e Tecnologias E&P. p. 5, 2007.

SILVA, C. R. R. Água Produzida na Extração de Petróleo. 2000. 27 f. Monografia (Curso

de Especialização em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais na Indústria) –

Departamento de Hidráulica e Saneamento, Escola Politécnica, Universidade Federal da

Bahia, 2000.

SOARES, L.L. Projeto conceitual de um sistema de tratamento e reaproveitamento da água

produzida de petróleo disposta em um aterro industrial real. 2013. 55 f. Trabalho de


64


Conclusão de Curso (Monografia) – Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio

Grande do Norte, Natal, 2013.

STEWART, M. & ARNOLD, K. (2011) Produced Water Treatment Field Manual. Part 1 -

Produced Water Treating Systems, p. 1-134.

STF Filter. Sand Filters Disponível em < http://www.stf-filtros.com/en/sand-filters >

Acessso em 19 de junho de 2017.

TARGUETA, J. P.; SANTANA, N. da S. O desafio contemporâneo da gestão de água na

indústria: um estudo de caso sobre o tratamento de água de produção na indústria

petrolífera. 2016. 86 f. Trabalho de conclusão de curso (Monografia) – Engenharia Química,

Universidade Federal Fluminense, Niterói, 2016.

TELLES, D. D; COSTA, R. P. Reúso Da água: conceitos, teorias e práticas, 2º ed. Editora

Blucher. São Paulo, 2010.

THOMAS, J.E. et al. Fundamentos da Engenharia de Petroleo. 2 ed. Rio de Janeiro:

Interciência, 2001.

TONETTI, A. L.; FILHO, B. C.; STEFANUTTI, R.; FIGUEIREDO, R. F. O emprego do

filtro de areia no pós-tratamento de efluente de filtro anaeróbio. Sanare. Revista Técnica da

Sanepar, Curitiba, v.21, n.21, p. 42-52, jan./jun. 2004.

UNESCO 2015. Relatório Mundial das Nações Unidas sobre o Desenvolvimento dos

Recursos Hídricos – Água para um Mundo Sustentável – Sumário Executivo. Disponível

em: <http://www.unesco.org/new/fileadmin/MULTIMEDIA/HQ/SC/images/ WWDR2015

ExecutiveSummary_POR_web.pdf>. Acesso em: 12 abr. 2016.

VENANCIO, S. Noções sobre tratamento de água. Cap VIII. Disponível em: <

http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Tratam07_lent.htm > Acesso em 25 de maio de

2017.

WIKIWAND. Disponível em < www.wikiwand.com/ > Acesso dia 19 de junho de 2017.

tratamento da Água produzida do petrÓleo para … · figura 2: esquema de um separador trifásico...

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