ÁGUA PRODUZIDA – CONCEITOS,

IMPACTOS E SOLUÇÕES

Profª Msc. Marcela Hardman

Maio/2011

Desastres ambientais relacionadas ao petróleo

Produção do petróleo

• Condições de reservatório X Condições de superfície

• Além de ser produzido o óleo, é produzido também gás e água

• Geração de emulsões

– Dois líquidos imiscíveis, dispersos um no outro em forma de gotas;

– Necessita agitação, dois líquidos imiscíveis e agente emulsificante para ser estável.

Origem da água produzida

• AP - efluente gerado a partir da água associada ao petróleo quando da separação nas estações coletoras;

• Podem ser originadas do próprio reservatório ou de métodos de recuperação secundária do petróleo;

• Recuperação secundária: injeção de água ou vapor

Sua composição é variável e depende de aspectos geológicos e da forma de recuperação adotada.

Processamento primário de petróleo

ObjetivosPromover a separação G/O/ATratar ou condicionar os HCs para direcionamento para a

refinaria ou UPGNTratar a água produzida para descarte ou reinjeção

Plantas de processamento primárioSimples e ComplexasOn-shore e Off-shore

Vasos SeparadoresHorizontais ou VerticaisBifásicos ou Trifásicos

Vaso Separador típico

Água produzida

A água de formação, tendo estado em contato com a formação geológica por milhões de anos, traz em si uma enorme variedade de sais inorgânicos dissolvidos e componentes orgânicos.

A geologia das diferentes estruturas impõe uma composição individual para cada água. A química da água também varia durante a vida de um campo, dessa forma a composição da água produzida pode variar de um poço para outro.

Características da água produzida

• Mistura complexa de compostos orgânicos e inorgânicos. Gases dissolvidos, produtos químicos, minerais dissolvidos, óleo, sólidos etc.

• Possui um alto potencial tóxico

• Sua constituição: hidrocarbonetos na faixa de C6

a C14 e encontram-se também presentes na água de produção compostos polares como o fenol, e ácidos, como o ácido acético.

Água produzida em sergipe

Fonte: Adaptado de Gomes, 2009

Impactos da Água no processamento

Não apresenta valor econômico

Sua composição apresenta sais como: cloretos, sulfatos, carbonatos de sódio etc. Além de outras espécies químicas – Podem provocar a corrosão e a formação de depósitos inorgânicos;

Emulsões A/O apresentam viscosidade maior que o óleo desidratado – perda de carga e de eficiência.

Impactos Ambientais da APPrejuízo a areação e iluminação natural de cursos

d’água;Diminuição do OD;Salinização;Prejuízo à fauna e a flora;Contaminação de rios e mares;Contaminação de solos;Contaminação de aqüíferos.

Hoje em dia existe uma maior preocupação no tocante ao descarte ou reinjeção de efluentes oleosos. Antigamente essas práticas eram realizadas indiscriminadamente, sem a menor intenção de proteger o meio ambiente.

Técnicas de monitoramento

• pH – método eletrométrico (Seção 4500 – H+B);

• Concentração de sulfeto - método iodométrico (Seção 4500 - S S2- D);

• Teor de óleos e graxas (TOG) – método da extração com solvente tetracloroetileno e análise espectrofotométrica por infravermelho (Seção 5520);

• Teor de sólidos suspensos totais (SST) – determinado pelo método gravimétrico (Seção 2540);

• Turbidez – medida pelo método nefelométrico (Seção 2130 B).

Fonte: Clesceri et al., 1998

Problemas relativos ao TOG

• Parte do óleo que está solubilizado é extremamente difícil de ser removido, ocasionando a contaminação dos cursos d’água;

• O óleo livre fica na parte superior na água, impedindo a passagem de luz solar, prejudicando a fotossíntese da flora aquática;

• A facilidade de aderência do óleo é um problema para a fauna.

Problema do sulfeto da AP

• O sulfeto é tóxico para a vida aquática, mesmo em baixas concentrações, além de representar um grande risco para a vida humana, podendo causar até a morte.

• Suas propriedades corrosivas - quando em contato com metais, e seu forte odor o tornam um componente indesejável

Problemas relativos ao Sulfeto

• Problemática da presença de sulfeto(*)

– Tóxico mesmo em baixas concentrações;

– Prejudicial às bactérias utilizadas no tratamento biológico;

– Sulfeto de hidrogênio: corrosão de metais;

– Redução do oxigênio dissolvido em águas;

– Pode levar o homem à morte ou causar danos irreparáveis.

(*) Tópico discutido com a UN-SEAL/PETROBRAS.

Problemas relativos aos SST

• Aumento da turbidez de rios;

• Prejuízo à fauna;

• Obstrução em tubulações;

• Precipitação de lama;

• Prejuízo à formação no caso de reinjeção;

Problemas relativos a salinidade

• Alteração da salinidade das áreas contaminadas

• Prejuízo à fauna e flora

• Inviabilização do plantio em áreas contaminadas

Legislação • As concentrações máximas de óleo, sólidos e outros

componentes permitidos nos efluentes dependem da legislação de cada país. – Resolução CONAMA nº357/05 - classificação dos corpos de

água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes;

– Resolução CONAMA nº 393/07, Conselho Nacional do Meio Ambiente, determina, dentre outras coisas, no Art. 5º que “O descarte de água produzida deverá obedecer à concentração média aritmética simples mensal de óleos e graxas de até 29 mg/L, com valor máximo diário de 42 mg/ L.

Soluções para a água produzida• “Na maioria das indústrias de petróleo do

mundo, a água produzida tratada em terra vem sendo utilizada para injeção em poços, visando recuperação secundária ou descarte. Já a água tratada em instalações offshore vem sendo descartada em ambiente marinho.” (FONSECA, 1999)

Opções de descarte

• Descarte ou injeção em sub-superfície (após remoção de sólidos, componentes solúveis e adição de produtos químicos);

• Aplicações industriais (matéria-prima ou geração de vapor);

• Descarte no mar (obedecendo aos limites estabelecidos pela Resolução CONAMA n°397/08).

TIPOS DE TRATAMENTO PARA A ÁGUA PRODUZIDA

Introdução

• Algumas técnicas que são possíveis de aplicar no caso da poluição do ambiente aquático por óleo são: coleta mecânica, combustão, absorção, processos envolvendo membranas etc., mas muitos são os problemas relacionados a esses métodos: a baixa eficiência, poluição secundária, altos custos etc. Todos esses problemas têm incrementado a busca por novos métodos mais eficientes para o tratamento da água produzida.

• Com base nos principais poluentes encontrados na água produzida, é possível observar na Tabela abaixo.

Processos Sólidos Dissolvidos Sólidos Suspensos Compostos

Orgânicos

Osmose Reversa X

Troca Iônica X

Eletrodiálise Reversa X

Evaporação X

Macrofiltração X

Microfiltração X

Ultrafiltração X

Nanofiltração X

Clarificação X

Ozonização X

Adsorção - carvão ativado X

Destilação X

Lodo Ativado X

Fonte: Mustafá (1998).

Separação Gravitacional– A separação gravitacional é a forma mais simples de

separação de uma água de produção. O separador é constituído simplesmente de vaso com capacidade suficiente para permitir um tempo de retenção adequado para que o óleo e a água se separem, por diferença de densidade. Alguns desses vasos são equipados com fontes de calor, uma fonte de campo eletromagnético, ou outras técnicas para melhorar a eficiência para a separação óleo-água.

•

– Essa técnica não é suficiente para deixar a AP em condições de descarte ou reinjeção. Por isso é necessário ser seguida de um novo tratamento.

Filtração• A filtração é um processo unitário que consiste

basicamente em fazer passar um fluido, por um dispositivo, formado por uma ou mais camadas de materiais diversos, conhecidos conjuntamente como o “meio filtrante”. Essa operação visa obter como produto, o fluido introduzido em estado de maior “pureza”, ou seja mais livre de eventuais impurezas;

• Normalmente utilizado como complemento do tratamento da água produzida devido à presença de SST e a necessidade de garantir um tamanho de partícula aceitável para a reinjeção.

Filtração com Membranas– Os processos de separação por membranas têm sido

bastante utilizados em diferentes setores de atividade. Os tratamentos de efluentes oleosos com a utilização de membranas também vêm crescendo ao longo do tempo pela facilidade de se lidar com esse tipo de processo. O problema do tratamento com membranas é o fato de ser muito caro e a pouca durabilidade das membranas numa filtração de um efluente oleoso, o que torna o tratamento inviável.

Principio da filtração por membranas

O líquido que passa pela membrana semi-permeável

recebe o nome de corrente permeável e o líquido

contendo as substâncias retidas recebe o nome de

concentrado (figura 14)

Tratamento Biológico– Combinado com microfiltração.

– Gera lodo bastante tóxico

– Bastante eficiente para remoção de determinados poluentes na água produzida, por exemplo, o DQO e o COT

– O tratamento biológico apesar de eficiente para remoção destes poluentes refratário, se depara com duas problemáticas: a aclimatação de microorganismos em meios de cultura com alta salinidade e o tempo de tratamento.

Floculação• Os polímeros floculantes usados no tratamento de

efluentes são macromoléculas possuindo diversos grupos carregados, classificados como catiônicos, aniônicos e não iônicos.

• Segundo Rosa (2003), entre as vantagens de se usar os polímeros floculantes em vez de eletrólitos inorgânicos, destacam-se:– Os polímeros produzem flocos maiores e mais resistentes;– Um volume menor de lodo é produzido;– São geralmente efetivos sob uma ampla faixa de valores

de pH;– O lodo produzido com polímeros possui menos água e

são mais facilmente desaguados do que lodos produzidos com eletrólitos coagulantes.

Floculação

Esquema de agregação coloidal por floculação

Flotação

• Segundo Ramos (2009), a flotação envolve basicamente:– Geração de bolhas na água oleosa;

– Contato entre as bolhas de gás e as gotas de óleo suspensas na água;

– União das gotas de óleo às bolhas de gás;

– Elevação da combinação ar/óleo até a superfície de onde o óleo é removido.

Flotação por ar dissolvido (FAD)– Processo onde todo ou parte do efluente a ser

tratado é previamente saturado com ar em um tanque sob pressão.

Hidrociclones

Os hidrociclones induzem um movimento de rotação centrifuga para a água produzida para ampliar o efeito da gravidade em várias ordens de magnitude para separar o óleo da água. O efluente oleoso entra tangencialmente através do aqueduto dentro de uma câmara cilíndrica. O movimento de rotação da água é acelerado através da redução do diâmetro do cilindro e das seções afiladas do hidrociclone. (AGNES & PARKER, 2001)

– Muito utilizados em tratamento de AP off-shore por ocupar pouco espaço.

Assim como outros tratamentos, os hidrociclones também não são suficientes para deixar a água produzida no TOG adequado, por isso se faz necessário a adição de aditivos químicos no processo.

Oxidação química– Vários oxidantes são freqüentemente usados em

tratamento de águas (como agentes de desinfecção e remoção de odor) e efluentes. Os mais comuns incluem: peróxido de hidrogênio, ozônio, cloro, dióxido de cloro e permanganato de potássio.

– Associados à agentes floculantes, tornam o processo mais completo pela capacidade de remoção dos sólidos gerados por separação gravitacional.

– Um exemplo, já muito discutido em sala de aula, de tratamento da AP é a oxidação do sulfeto a enxofre.

Potencial oxidativo de alguns agentes oxidantes

Agente oxidante Potencial de oxidação, V

Flúor 3,06 Radical hidroxil 2,80 Oxigênio atômico 2,42 Ozônio 2,08 Peróxido de hidrogênio 1,78 Hipoclorito 1,49 Cloro 1,36 Dióxido de Cloro 1,27 Oxigênio molecular 1,23

Carmópolis - AP“Segundo Petrobras UN-SEAL (2005), o campo

apresenta uma produção média diária de 27.000 m3/d de água. A água produzida em Carmópolis, que antes era despejada no rio Riachão, proporcionando grandes preocupações ambientais, agora tem parte de seu destino na re-injeção e outra parte segue por dutos para a Companhia Vale do Rio Doce – CVRD, que reusa a água em seus processos industriais.” (CAMPOS et. Al., 2005)

Tratamento da água produzida de Bonsucesso– Os processos se iniciam passando pela caixa API e pela estação coletora. Na entrada

da estação são adicionados os agente químicos utilizados no processo de tratamento, que no caso é o Peróxido de Hidrogênio (o tratamento da água produzida de Carmópolis é feito pela oxidação com peróxido de hidrogênio).

– Durante o tratamento da água ocorrem simultaneamente a oxidação dos contaminantes, a floculação e a sedimentação dos sólidos. Em seguida - filtração a água e correção do oxigênio dissolvido, pois no processo oxidativo do peróxido de hidrogênio, é liberada na água uma grande quantidade de oxigênio. Após esse procedimento a água está apta à reinjeção.

Esquema do Tratamento em Bonsucesso

Questões

• 12 - De que é composta a água produzida?

• 13 - Cite os impactos da água no processamento.

• 14 - Cite 3 técnicas de monitoramento de água produzida e diga porque esse monitoramento é importante.

• 15 – Explique o processo de flotação. Qual o seu objetivo principal no tratamento da AP?

FIM