Tratamento de água produzida contaminada com óleo diesel utilizando adsorventes funcionalizados

Abstract

A remoção de óleo de água produzida é um dos grandes desafios atuais na exploração de petróleo, especialmente em plataformas offshore. O elevado custo de operação aliado ao grande volume de água utilizado requer, neste setor, que sejam utilizados processos com elevada eficiência na separação óleo/água. O exíguo espaço dos navios e plataformas de perfuração e exploração de petróleo é importante na definição da técnica a ser utilizada. Neste contexto, a adsorção tem se adequado a essas características. Neste trabalho, foi investigada a eficiência de remoção de óleo diesel da água de emulsões sintéticas óleo/água pelos adsorventes crisotila, carvão ativado e fibra de carbono com e sem modificações superficiais. Os experimentos foram realizados visando a caracterização dos adsorventes através da espectroscopia no infravermelho (IV), área superficial (método BET) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). As soluções óleo-água foram analisadas quanto à formação das emulsões e determinação do tamanho de gotas de óleo (análise do tamanho de partículas) e estabilidade da emulsão. Foram determinados os parâmetros cinéticos pelos modelos conhecidos de pseudo-primeira-ordem, pseudo-segunda-ordem e termodinâmicos (isotermas de Langmuir, Freundlich e Temkin) no processo de adsorção em batelada. Na determinação dos parâmetros cinéticos, foi verificada a influência da temperatura, concentração inicial de óleo, assim como modificações superficiais nos adsorventes. Outros parâmetros investigados foram o pH e a salinidade. Em posse desses dados, utilizou-se o modelo de força motriz linear para simular o processo de transferência de massa em batelada. Os resultados mostraram que os adsorventes crisotila (C), carvão ativado (CA) e fibra de carbono (FC) removeram óleo rapidamente e com eficiências de 12%, 90% e 90%, respectivamente. Já os adsorventes modificados crisotila calcinada (CC), carvão ativado calcinado (CAC) e fibra de carbono oxidada FCO tiveram seus percentuais de remoção modificados para 18%, 93% e 84%, respectivamente. Além disso, experimentos de coluna em leito fixo confirmaram a aplicabilidade do carvão ativado no tratamento de águas oleosas, com a determinação da sua curva de ruptura. O óleo diesel foi removido nos primeiros minutos, indicando que o processo de adsorção, principalmente com carvão ativado e fibra de carbono, é bastante promissor para ser aplicado no tratamento de água produzida contaminada com emulsões de óleo.<br>

Abstract : The oil removal from produced water is one of the main challenges in oil exploration, especially in offshore platforms. The limited space for boats and drilling rigs and oil exploration, the high cost of operation, combined with a large volume of water used, requires the use of high efficiency processes for oil / water separation in this sector. In this context, the adsorption has these suitable characteristics. In this work, we investigated the diesel oil removal efficiency of water synthetic oil / water emulsions by adsorbing chrysotile, activated carbon and carbon fiber with and without surface modifications. The experiments were conducted to the characterization of adsorbents by infrared spectroscopy IV, surface area (BET method), Scanning Electron Microscopy SEM. The oil-water solutions were analyzed for the formation of emulsions and determination of oil droplet size (analysis of the particle size) and emulsion stability. The determination of kinetic parameters was obtained using the known models of pseudo-first-order, pseudo-second-order and thermodynamic parameters (Langmuir, Freundlich and Temkin isotherms) in the adsorption process in batch. In the determination of kinetic parameters, the influence of temperature, initial concentration of oil, as well as surface modifications to adsorbents was evaluated. Given these data, we used the linear driving force model to simulate the mass transfer in batch. Other parameters investigated were the pH and the salinity. The results showed that the chrysotile (C), activated carbon (AC) and carbon fiber (CF) adsorbents removed oil quickly with efficiency 12%, 90% and 90%, respectively. On the other hand, the calcined modified adsorbents: chrysotile (CC), activated charcoal calcined (CAC) and oxidized carbon fiber have modified their removal FCO percentage to 18%, 93% and 84%, respectively. Additionally, fixed bed column experiments confirmed the applicability of activated carbon in treating oily water, with the determination of its breakthrough curve. The diesel oil has been removed in the first minutes, indicating that the adsorption process, especially with activated carbon and carbon fiber, is quite promising for application in the treatment of produced water contaminated with oil emulsions.