Upload
pedro-santos
View
8
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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