projeto de um sistema de tratamento da água produzida de ...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA CT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PETRLEO DPET

CURSO DE ENGENHARIA DE PETRLEO CEP

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

PROJETO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO DA GUA

PRODUZIDA DE RESERVATRIOS DE PETRLEO PARA SUA

ADEQUAO AO CONSUMO HUMANO

Larissa Cristina da Silva Martins

Orientador: Prof. Dr. Wilaci Eutrpio Fernandes Jnior

Dezembro de 2015

http://www.sigaa.ufrn.br/sigaa/public/departamento/portal.jsf?lc=pt_BR&id=5075

LARISSA CRISTINA DA SILVA MARTINS

PROJETO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO DA GUA

PRODUZIDA DE RESERVATRIOS DE PETRLEO PARA SUA

ADEQUAO AO CONSUMO HUMANO

Trabalho de Concluso de Curso apresentado como parte

dos requisitos para obteno do Grau em Engenharia de

Petrleo pela Universidade Federal do Rio Grande do

Norte.

Aprovado em ____de__________de 2015.

____________________________________

Prof. Dr. Wilaci Eutrpio Fernandes Jnior

Orientador UFRN

____________________________________

Prof. Dra. Carla Wilza Souza de Paula Maitelli

Membro Examinador UFRN

____________________________________

Prof. Dr. Lindemberg de Jesus Nogueira Duarte

Membro Examinador UFRN

DEDICATRIA

Dedico este trabalho a Deus, aos meus pais, Cludia e

Edilson, a minha irm, Lorena, ao meu namorado Chou

En-Lai e ao meu orientador, Wilaci Eutrpio.

AGRADECIMENTOS

A Deus, primeiramente, pelo dom da vida, por se fazer presente em todas as etapas

dela, me dar fora e determinao nos momentos de maior dificuldade, alm das vrias

graas concedidas no decorrer da caminhada.

A toda minha famlia, em especial meu pai, minha me e irm, por me

transmitirem apoio, incentivo, coragem e amor, e, principalmente, por serem meu

exemplo de vida.

Ao meu namorado Chou En-Lai Allan Dias Monteiro, pelo carinho, compreenso

e ajuda, em todas as oportunidades desse trajeto, sempre me incentivando e apoiando,

alm ser meu exemplo profissional.

Ao meu orientador, Prof. Dr. Wilaci Eutrpio Fernandes Jnior, por aceitar

conduzir meus passos nessa trajetria, por seus ensinamentos, pela confiana depositada

em mim, seus conselhos e sua pacincia.

Prof. Dra. Carla Wilza Souza de Paula Maitelli, por sempre estar disposta a

ajudar, aconselhar e apoiar, pelo incentivo e auxlio na tomada de decises ao longo do

tempo, que culminaram no meu amadurecimento profissional.

Ao Prof. Dr. Lindemberg de Jesus Nogueira Duarte, pela dedicao a mim

concedida, pela confiana depositada e disponibilidade.

Aos meus queridos amigos, em especial Ana Rafaelly, Clara Tavares, Davi Braga,

Leonardo Atade e Rafael Randel, pela pacincia, principalmente, pelo companheirismo,

parceria e pelos momentos de dificuldade superados juntos, para que pudssemos sempre

entregar os nossos melhores resultados.

Ao corpo docente do Departamento de Engenharia de Petrleo, pela dedicao e

pelos valiosos ensinamentos e conhecimento compartilhados com excelncia.

Aos meus amigos de graduao que de forma direta ou indireta contriburam para

meu crescimento profissional e dividiram comigo todos os momentos dessa rdua

caminhada.

Ao Instituto de Desenvolvimento Sustentvel e Meio Ambiente IDEMA, em

especial aos que compem o Ncleo de Anlise e Licenciamento de Atividades

Petrolferas NUPETR, pela colaborao e ateno para a realizao da pesquisa do

presente trabalho.

RESUMO

Este trabalho descreve e apresenta um projeto conceitual de um sistema de tratamento

para a gua produzida do petrleo. A gua associada produo de petrleo, tambm

conhecida como gua produzida, o maior efluente gerado pelas empresas responsveis

pela explorao e produo de petrleo. A adequao da gua produzida para o consumo

humano surgiu como uma alternativa para diminuir a quantidade de gua descartada

diariamente pelas empresas, que necessitam acondicionar e tratar de forma correta, para

no provocar impactos ao meio ambiente. Esta gua que disposta na Estao de

Tratamento das empresas, possui em sua composio elevados teores de sais, leo

dissolvidos, metais pesados e substncia txicas, que impedem o seu reuso de forma

direta. Para que a gua produzida seja reutilizada, deve-se haver o tratamento, visando

adequao ao destino final em que ser utilizada e a especificao exigida pela legislao

ambiental em vigor. Dessa forma, o presente trabalho tem a finalidade de desenvolver um

projeto de um sistema de tratamento para reaproveitamento da gua produzida que

recebida no polo industrial de uma empresa, visando utiliz-la para abastecimento de

cidades vizinhas de instalao da companhia, para consumo da populao nas atividades

domsticas. A metodologia utilizada no projeto do sistema de tratamento contemplou

equipamentos capazes de remover os elementos indesejveis da gua produzida,

tornando-a adequada para o reuso pela populao, e utilizou dados reais da gua disposta

na Estao de Tratamento da empresa e das cidades que a recebero depois de tratada,

bem como a especificao mais adequada para utilizao da gua tratada no consumo

humano, de acordo com as normas ambientais vigentes. Alm disso, de posse desses

resultados, pode-se desenvolver estudos voltados para reduzir quantitativamente os

efeitos nocivos ocasionados pela presena de alguns elementos na gua produzida e

projetar outros equipamentos para o tratamento, objetivando aumentar a eficincia do

sistema como um todo.

Palavras-chave: gua Produzida, Tratamento, Reuso, Legislao Ambiental, Consumo

Humano.

ABSTRACT

This work describes and presents a conceptual project of a treatment system for the oil

produced water. The water associated with oil production, also known as produced water,

it is the largest effluent generated by the companies responsible for oil exploration and

production. The adequacy of water produced for human consumption has emerged as an

alternative to reduce the amount of water discharged daily by companies that need to

condition and treat correctly, to not cause environmental impacts. This water is disposed

at the treatment plant of companies, has in its composition high salt content, dissolved

oil, heavy metals and toxic substances, which prevent their reuse directly. So the water

produced is reused, it should be the treatment, aiming at adapting to the final destination

where it will be used and the specification required by environmental legislation. Thus,

this study aims to develop a design of a treatment system for reuse of produced water that

is received in the industrial center of a company in order to use it to supply neighboring

towns to the company's installation, for consumption of the population in household

activities. The methodology used in the treatment system project included equipment

capable of removing the undesirable elements of produced water, making it suitable for

reuse by the population, and used current data of disposed water in the company's

treatment plant and the cities that receive after treatment, as well as the most suitable

specification for use of treated water for human consumption, in accordance with current

environmental standards. In addition, possession of these results, we can develop studies

aimed to quantitatively reduce the harmful effects caused by the presence of certain

elements in the water produced composition and other processing equipment, in order to

increase the whole system efficiency.

Keywords: Produced Water, Treatment, Reuse, Environmental Law, Human

Consumption.

Sumrio

Sumrio ............................................................................................................................. 7

1. Introduo................................................................................................................ 14

2. Objetivos ................................................................................................................. 17

2.1 Objetivos Gerais............................................................................................... 17

2.2 Objetivos Especficos....................................................................................... 17

3. Aspectos Tericos ................................................................................................... 19

3.1 gua Produzida ........................................................................................................ 19

3.1.1 Origem ................................................................................................................... 19

3.1.2 Composio ........................................................................................................... 20

3.1.3 Problemtica e Impactos Ambientais da gua Produzida..................................... 21

3.2 Tratamento da gua Produzida ................................................................................ 24

3.2.1 Pr-tratamento ....................................................................................................... 25

3.2.2 Etapa de Separao do leo Livre ........................................................................ 26

3.2.3 Tecnologias comumente utilizadas para tratamento do leo emulsionado na gua

........................................................................................................................................ 27

3.3 Utilizao da gua produzida tratada para consumo humano .................................. 36

3.4 Legislao ambiental e qualidade da gua para consumo humano .......................... 38

3.5 Avaliao de toxicidade da gua produzida e seus constituintes ............................. 40

4. Materiais e Mtodos ................................................................................................ 42

4.1 Caracterizao da empresa ............................................................................... 42

4.1.1 Sistema atual de descarte ou reuso ........................................................................ 45

4.2 Caracterizao da gua produzida disposta ..................................................... 49

4.3 Especificao para o destino ............................................................................ 51

4.3.1 Consumo humano .................................................................................................. 51

4.3.2 Utilizao econmica, social e ambiental.............................................................. 52

4.4 Processos de tratamento x Tratamento adequado ............................................ 52

5. Resultados e Discusses .......................................................................................... 55

5.1 gua produzida x gua tratada para o reuso ................................................... 55

5.2 Contribuio para a escolha do mtodo ........................................................... 57

5.3 Projeto do Sistema de Tratamento ................................................................... 60

5.4 Destino da gua tratada e suas especificaes ................................................. 64

5.5 Benefcios para a empresa ............................................................................... 65

6. Concluso ................................................................................................................ 68

Referncias Bibliogrficas .............................................................................................. 70

Lista de Figuras

Figura 1: Comportamento dos fluidos nas condies de reservatrio e superfcie. ....... 20

Figura 2: Sistemas de gradeamento. ............................................................................... 25

Figura 3: Separador Trifsico do tipo horizontal............................................................ 26

Figura 4: Flotador a ar induzido na forma vertical. ........................................................ 28

Figura 5: Flotador a ar dissolvido na forma vertical. ..................................................... 28

Figura 6: Mecanismos de Tratamento de Emulso leo/gua. ..................................... 29

Figura 7: Princpio de Funcionamento de um Hidrociclone........................................... 30

Figura 8: Localizao geogrfica do polo industrial de Guamar. ................................. 42

Figura 9: Polo industrial de Guamar, Rio Grande do Norte. ........................................ 43

Figura 10: Planta isomtrica da ETE do polo industrial de Guamar. ........................... 44

Figura 11: Instalaes do polo industrial de Guamar. .................................................. 45

Figura 12: Dique de recebimento do efluente no polo industrial de Guamar ............... 46

Figura 13: Planta da estao de tratamento de efluentes de Guamar aps a

implementao do projeto .............................................................................................. 59

Figura 14: Sistema de tratamento de gua produzida para reuso em consumo humano 60

Figura 15: SAO da estao de tratamento de leo de Guamar - Viso 1..................... 61

Figura 16: SAO da estao de tratamento de leo de Guamar - Viso 2..................... 61

Figura 17: Flotador da Estao de Tratamento de Efluentes do polo industrial de

Guamar.......................................................................................................................... 61

Figura 18: Injeo de desemulsificante na AP antes da passagem pelo flotador........... 61

Figura 19: Bacia de Lodo da Estao de Tratamento de Efluentes do polo industrial de

Guamar Viso 1 ......................................................................................................... 62

Figura 20: Bacia de Lodo da Estao de Tratamento de Efluentes do polo industrial de

Guamar Viso 2..........................................................................................................62

Figura 21: Processo de Osmose e Osmose Inversa ....................................................... 63

Figura 22: Sistema de Tratamento da AP por filtros - Viso 1...................................... 66

Figura 23: Sistema de Tratamento da AP por filtros - Viso 2...................................... 66

Figura 24: Ponto de descarte da AP no emissrio submarino da Praia do Mioto........... 66

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Lista de Tabelas

Tabela 1: Diferentes Processos de Separao por Membranas. ..................................... 33

Tabela 2: Principais processos de tratamento da gua produzida. ................................. 36

Tabela 3: Valores mximos permitidos de parmetros presentes na AP para consumo

humano (Classe 1). ......................................................................................................... 47

Tabela 4: Valores mximos dos compostos orgnicos presentes na AP para fins de

consumo humano (Classe 1). .......................................................................................... 48

Tabela 5: Ensaio referente ao agregado orgnico presente na gua de produo .......... 49

Tabela 6: Ensaio referente aos parmetros presentes na gua de produo ................... 49

Tabela 7: Ensaio referente aos compostos inorgnicos presentes na gua de produo 50

Tabela 8: Ensaio referente aos compostos orgnicos presentes na gua de produo ... 50

Tabela 9: Ensaio referente aos parmetros ecotoxicolgicos presentes na gua de

produo ......................................................................................................................... 51

Tabela 10: Ensaio referente aos parmetros - comparao ............................................ 55

Tabela 11: Ensaio referente aos compostos inorgnicos comparao ......................... 56

Tabela 12: Ensaio referente aos compostos orgnicos - comparao ............................ 57

Tabela 13: Elementos que no esto de acordo com as concentraes exigidos pelo

CONAMA. ..................................................................................................................... 57

Lista de Unidades, Smbolos e Abreviaturas

Lista de Abreviaturas

ANP Agncia Nacional de Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis;

AP gua Produzida

BRS Bactrias Redutoras de Sulfato

BTEX Grupo de compostos formado pelos hidrocarbonetos Benzeno, Tolueno,

Etilbenzeno e Xileno

CAERN Companhia de guas e Esgotos

CBM Metano Gerado nas Camadas do Carvo Ativado (Coal Bed Methane)

CO Monxido de Carbono

CO2 - Dixido de Carbono

CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente

CWA Lei da gua Limpa (Clean Water Act)

DBO Demanda Bioqumica de Oxignio

EPA agncia de proteo Ambiental (Environmental Protection Agency)

ETAP Estao de Tratamento de gua Produzida

ETE Estao de Tratamento de Efluentes

ETO Etao de Tratamento de leo

H2S cido Sulfdrico;

HPA Compostos Policclicos Aromticos;

IDEMA Instituto de Desenvolvimento Sustentvel e Meio Ambiente

MCL Nveis Mximos de Contaminantes (Maximum Contaminants Levels)

MN Micro Filtrao

MRON Materiais Radioativos de Ocorrncia Natural

NF Nano Filtrao

Offshore Produo de Petrleo no Mar

OI Osmose Inversa

Onshore Produo de Petrleo em Terra

OR Osmose Reversa

PSM Processo de Separao por Membranas

RN Rio Grande do Norte

SAO- Separador gua-leo

TDS Total de Slidos Dissolvidos (Total Dissolved Solids)

THP Total de Hidrocarbonetos de Petrleo

TOG Teor de leos e Graxas

UF Ultra Filtrao

UTPF Unidade de Tratamento e Processamento de Fluidos

UIC - Controle da Injeo Underground (Underground Injection Control);

V.M.P Valores Mximos Permitidos

Lista de Unidades e Smbolos

atm Atmosfera (unidade de presso);

C Graus Celsius;

mm Milmetro;

m Metro;

m - Metro quadrado;

m - Metro cbico;

mg/L- Miligrama por litro;

m Micro metro;

uT Unidade de Turbidez;

uH Unidade de Hazen de cor;

P Diferencial de Presso

__________________________________________

Captulo 1

Introduo

Trabalho de Concluso de Curso Engenharia de Petrleo 2015.2 UFRN/CT/CEPET

Larissa Cristina da Silva Martins 14

1. Introduo

A indstria petrolfera no cenrio mundial atual de grande importncia para que

se possa atender de forma eficaz a demanda de energia, o que ocasiona uma busca

constante pela obteno de petrleo e de gs natural e sua otimizao.

A explorao de petrleo gera como principal efluente a gua produzida, tema

bastante preocupante no cenrio atual. A gua associada ao petrleo pode conter diversos

resduos, desencadeando complicaes ao meio ambiente. Em geral, a gua produzida

possui volumes de produo muito maiores que o prprio petrleo, o que juntamente com

a complexidade de sua composio necessita de ateno, fazendo com que a gua

produzida requeira cuidados especficos, relacionados com aspectos tcnicos,

operacionais e ambientais.

Para que se tenha uma maximizao do custo-benefcio para a empresa

responsvel pela produo aps o tratamento adequado, as corporaes procuram

encontrar a melhor forma para deposio e tratamento da gua produzida, j que, com o

aparecimento da lei de crimes ambientais (Lei 6938/1998), a empresa que produz o

resduo responsvel pela sua deposio e deve realizar o procedimento de forma correta,

para que no ocorram impactos ao meio ambiente, o que torna possvel sua posterior

reutilizao.

Atualmente, parte da gua produzida do polo industrial da PETROBRAS de

Guamar vem sendo descartada via emissrio submarino, enquanto outra utilizada para

recuperao de petrleo.

A reutilizao de gua produzida de petrleo para diversas finalidades hoje uma

alternativa vivel para reduo de gastos excessivos, em relao ao cenrio mundial atual

de escassez desse recurso no-renovvel; alm de ajudar a resolver um problema que as

indstrias petrolferas enfrentam todos os dias e ainda tm dificuldade para solucionar. A

insuficincia de gua um problema que ser enfrentado pelo mundo nas prximas

dcadas e no Brasil, a crise hdrica j se iniciou; situao que no pretende melhorar nos

prximos meses. Como possibilidade para o reaproveitamento da gua produzida tem-se

o consumo humano, j que, somada a necessidade de novas fontes de gua devido crise

hdrica, precisa-se de um meio para resolver o problema da produo de grandes volumes

de gua produzida associada ao petrleo.

Nesse contexto, o trabalho realizado pretende realizar um estudo terico para

desenvolver um projeto conceitual de tratamento e reuso da gua produzida descartada

pela empresa PETRLEO BRASILEIRO S/A - PETROBRAS, situada na cidade de

Guamar/RN, de forma que o efluente, aps o tratamento apropriado, seja utilizado para

consumo humano.



Assim, com a finalidade de analisar a gua de produo aps o tratamento

especfico para consumo humano, sero estudados e avaliados os limites de

contaminantes permitidos pela legislao em vigor, que apresenta as instrues

ambientais para a adequao da gua produzida para o consumo humano, bem como o

mtodo que melhor se enquadre para tratamento.

__________________________________________

Captulo 2

Objetivos



2. Objetivos

2.1 Objetivos Gerais

Elaborar um projeto conceitual de um sistema de tratamento para adequao da

gua produzida de reservatrios de petrleo descartadas pelo polo industrial da empresa

PETRLEO BRASILEIRO S/A - PETROBRAS em Guamar/RN e seu reuso, advinda

da confluncia de vrios campos de petrleo terrestres, com a finalidade de sua posterior

utilizao para consumo humano, sendo distribuda nas cidades de Guamar, Diogo

Lopes e Galinhos.

2.2 Objetivos Especficos

Identificar os requisitos necessrios (caractersticas fsico-qumicas) da gua

produzida desse polo para que seja utilizada como fonte de gua potvel, estando

adequada as leis ambientais vigentes.

Definir e avaliar se o sistema de tratamento da gua produzida escolhido, ir obter

a eficincia necessria e viabilidade para implantao do projeto em questo.

__________________________________________

Captulo 3

Aspectos Tericos



3. Aspectos Tericos

3.1 gua Produzida

3.1.1 Origem

A produo de gua uma realidade inerente a produo de petrleo. A gerao

desse efluente depende de diversos fatores, dos quais so includos a proximidade de

mananciais e o tipo de formao, o que significa que mesmo sendo produzida na grande

maioria dos poos de petrleo, pode acontecer a no associao e posterior produo

dessa gua ao leo.

A origem dessa gua produzida de grande relevncia, tendo em vista que a

composio desse efluente influenciada diretamente por esse fator, alm do

procedimento de extrao e da qualidade do leo.

A partir da matria orgnica depositada com sedimentos, tm-se origem o

petrleo. Para que haja a acumulao de uma reserva de petrleo, faz-se necessrio que

aps seu processo de gerao em um ambiente com temperatura adequada, ocorra a

migrao para rochas permeveis adjacentes, e que estas possuam em suas estruturas

armadilhas geolgicas, que interrompem o seu movimento. Aps a concentrao do

petrleo, apesar de sua segregao da gua, ainda pode haver contato com aquferos.

Dessa forma, percebe-se que h diversas formas de produo de gua, que incluem: gua

presente nos reservatrios (depende da saturao mnima para que ela se torne mvel),

contato com aquferos (podem estar adjacentes s formaes portadoras de

hidrocarbonetos) e gua injetada em projetos que visam aumentar a recuperao de leo

(THOMAS, 2004).

comum que os reservatrios produzam leo, gs natural e gua. Quando esses

fluidos chegam a superfcie, h separao, o que leva o leo e o gs as refinarias.

A figura 1 mostra os fluidos quando esto contidos no reservatrio e quando eles

so levados para a superfcie.



Figura 1: Comportamento dos fluidos nas condies de reservatrio e superfcie.

Fonte: Thomas (2011)

A principal razo para que se faa necessrio o estudo para descarte ou reuso da

gua produzida sua produo em grande escala, j que a maioria dos poos de petrleo

produz esse efluente. Inicialmente a produo ocorre em pequenas quantidades;

entretanto, quando a presso diminui nas extremidades do reservatrio devido a produo

contnua, ocorre um rearranjo dos fluidos dentro dele, o que provoca uma alterao no

nvel do contato leo/gua. Como resultado disso, a gua chega ao poo e ocorre sua

produo, necessitando de separao do leo que ser utilizado e de seu posterior

tratamento.

3.1.2 Composio

A gua associada ao petrleo caracterizada por conter quantidades variadas de

teor de sais, compostos orgnicos que incluem hidrocarbonetos dissolvidos, cidos,

fenis, produtos qumicos decorrentes dos processos de produo e/ou tratamento

(desemulsificantes, antiespumantes), slidos em suspenso (areia, lodo, argilas, outros

silicatos, gipsita), metais pesados e gases (CO, CO2 e H2S). Alm disso, pode haver

presena de fluidos descartveis provenientes de outros processos, como metais pesados,

componentes com algum tipo de radiao e altas concentraes de cloretos.



Segundo FERNANDES JR (2006), a gua produzida pode ser encontrada em duas

configuraes:

1) Livre constitui uma fase diferente da fase leo, no estando profundamente associado

a este. Ocorre quando o dimetro da gota favorece a coalescncia. uma mistura instvel

que pode ser separada por decantao;

2) Emulsionada mistura ntima, relativamente instvel entre leo e gua decorrente do

cisalhamento do leo em bomba, vlvulas e equipamentos, formando gotculas muito

pequenas.

A gua de produo tem uma composio diversificada, o que inclui a presena

de sais solveis. gua com altos nveis destes sais podem causar diversos inconvenientes;

que podem ser relacionados com atividades industriais: corroso, incrustao e

entupimento dos equipamentos (NUNES, 2013). importante salientar que os sais

presentes na gua de produo alteram a solubilidade de hidrocarbonetos na mesma: a

solubilidade diminui com o aumento da salinidade e aumenta com a temperatura (Arajo

apud Lima, 1996). A eroso das rochas e as interaes da gua injetada com a formao

provocam a presena de slidos na gua produzida.

As composies qumica, biolgica e fsica da gua produzida esto intimamente

relacionadas com as caractersticas do petrleo em que ela est associada, alm da

formao geolgica e da localizao geogrfica do reservatrio (STEWART &

ARNOLD, 2011), j que esta gua esteve em contato com o campo gerador de leo

durante milhes de anos, para que houvesse o processo que origina o petrleo (Cenpes,

2005).

3.1.3 Problemtica e Impactos Ambientais da gua Produzida

Sendo a gua produzida um subproduto gerado da produo de petrleo e gs, h

necessidade de tratamento para atender as especificidades ambientais, operacionais ou da

atividade produtiva, visto que como efluente, a composio da gua associada ao petrleo

tem elevado potencial poluidor ao meio ambiente. O impacto ambiental causado

avaliado pelos componentes e suas respectivas quantidades presentes na caracterizao e

pela localizao onde o efluente ser descartado.

Segundo MOTTA et al (2013), os elementos a seguir, quando presentes na

composio da gua Produzida (AP), podem causar impactos de grande relevncia aos

rios, lagos e mares, o que pode provocar contaminao de aquferos e do solo, resultando

em problemas fauna e a flora do local:

Minerais dissolvidos da formao:



Metais Pesados: podem estar presentes metais como o cdmio, cromo, cobre, chumbo,

mercrio, nquel, prata e zinco (UTVIK, 2003). O principal problema da presena de

metais pesados na gua produzida est relacionado a sua toxicidade ao ser humano, j que

eles possuem capacidade de bioacumulao na cadeia alimentar.

Slidos Suspensos: constitudos por compostos como slidos da formao (areia, silte,

argila e carbonatos), produtos de corroso e incrustao, bactrias, ceras e asfaltenos. Sua

presena pode interferir na auto purificao de rios, ocasionar depsitos de lama, danificar

pontos de pesca e causar impactos visuais aos mananciais. Tambm esto ligados a

toxicidade da gua, devido a presena de componentes nocivos.

Materiais Radioativos: a principal fonte de radioatividade so as incrustaes da

produo, possuindo como principal on rdio. No h indcios de riscos elevados de

manuseio de gua produzida com elementos radioativos. Entretanto, assim como os

metais pesados, h bioacumulao desses materiais em peixes e crustceos.

leo:

composto por uma mistura de vrios produtos, que inclui benzeno, tolueno,

etilbenzeno e xileno (BTEX), hidrocarbonetos poliaromticos (HPA). Os

hidrocarbonetos so altamente insolveis em gua, o que resulta em uma maior parte de

leo na forma dispersa na gua. O leo pode estar presente na gua com as seguintes

formas:

leo livre: leo na forma dispersa em grandes gotas na gua, o que facilita sua remoo

atravs de separadores gravitacionais, j que formado praticamente s por

hidrocarbonetos insolveis. Os problemas acarretados por esse tipo de formao na gua

esto relacionados a m visibilidade de guas superficiais, alterao no sabor da gua e

toxidade aos peixes, diminuindo sua proliferao.

leo emulsionado: leo na forma dispersa em pequenas gotas na gua, alm de tambm

ser praticamente formado por hidrocarbonetos insolveis. Entretanto, devido ao dimetro

de sua gota, mais difcil de ser retirado da gua e pode ter efeitos txicos agudos.

leo insolvel: sua composio inclui os hidrocarbonetos menos solveis em gua, como

BTEX e fenis.

Compostos qumicos residuais da produo:



So formados por compostos utilizados na produo com a finalidade de prevenir

ou tratar problemas de operao, como os inibidores de corroso, de incrustao, biocidas,

desemulsificantes. (MOTTA et al., 2013)

Slidos da Produo:

So originados por slidos da formao (argila, areia, silte) e produtos de

incrustao, corroso, bactrias, ceras e asfaltenos.

Gases dissolvidos:

Os principais gases presentes na gua produzida so o gs natural, CO2 e H2S. Os

problemas causados pela presena desses gases na AP incluem corroso e incrustao.

Entretanto, a remoo de alguns deles, como CO2 e H2S pode ocasionar o aumento do

pH, resultando em formao de precipitado. O O2 um gs que no est presente

naturalmente, mas incorporado a gua produzida quando levada a superfcie, o que pode

causar oxidao (STEWART & ARNOLD, 2011).

Micro-organismos:

Poucos micro-organismos conseguem sobreviver na AP, devido a presena de

compostos altamente txicos. Ainda assim, pode haver ocorrncia de BRS e bactrias

anaerbias.

Salinidade:

A alta salinidade da gua tem maior impacto quando se trata da irrigao, j que

pode provocar improdutividade do solo para agricultura. Alm disso, h influncia em

problemas com guas usadas para consumo humano (alm da agricultura), como

mananciais de gua doce, aquferos, lagos e rios.

Em instalaes onshore ou offshore, a gua produzida deve ser tratada de acordo

com a legislao ambiental em vigor. Entretanto, s esse seguimento de tratamento no

garante que os principais parmetros da AP para adequao ao consumo humano sero

resolvidos. Assim, a gua produzida se torna imprpria para o consumo humano devido

a problemas causados pela sua composio, que incluem: toxicidade, alterao no sabor

da gua e bioacumulao na cadeia alimentar, todos efeitos nocivos ao ser humano.



Quando um campo produtor autorizado a funcionar pelo rgo responsvel para

exercer essa atividade, tambm includa a reduo de resduos da gua produzida. A

composio da gua produzida geralmente conhecida, o que facilita a utilizao de um

tratamento fsico-qumico. No entanto, deve-se analisar anteriormente os elementos

txicos para no incrementar a sua quantidade na composio da AP pela utilizao de

produtos qumicos. Alm disso, h anlise do sistema de produo com a finalidade de se

escolher o melhor produto para o processo em questo. Tem-se um leque de produtos que

so usados na maioria dos casos, para suas finalidades especficas:

Quebradores de emulso, usados para a recuperao de leo;

Inibidores de corroso (que podem ser txicos);

Inibidores de parafina (quando se sabe de sua formao);

Preventivos de crostas (para evitar formao de carbonatos e sulfatos);

Depressores de hidratos (geralmente etanol ou glicol).

Ainda hoje, a gua produzida do petrleo jogada em diversas reas, que incluem

as reas de preservao ambiental e permanente, ocasionando a contaminao de

aquferos, lenis freticos, solo para agricultura, alm da toxicidade ao ser humano.

Sendo tratada de forma adequada, alm de reduzir a contaminao do meio ambiente, a

AP pode abastecer cidades com baixo ndice pluviomtrico, alm daquelas com poucos

mananciais e com poos constitudos por gua salobra.

3.2 Tratamento da gua Produzida

Para que se escolha o mtodo de tratamento da gua produzida, deve-se analisar

os compostos que se deseja remover. Os compostos a serem removidos, por sua vez,

dependem do fim em que ser utilizada essa gua.

Assim, o tratamento da gua produzida pode ser realizado visando as seguintes

finalidades: remoo de leo livre ou disperso, bactrias, metais pesados, sais, gases

dissolvidos, slidos resultantes da produo, materiais radioativos, agentes de

incrustao, dureza, entre outros. Para que haja adequao da gua produzida com

presena dos elementos supracitados para o consumo humano como forma de reuso, deve

haver a utilizao de diversos processos fsicos, qumicos e biolgicos.

O processo de tratamento da gua produzida do petrleo que chega a estao de

tratamento de leo com slidos, leo livre, leo emulsionado, gases, metais pesados,

bactrias e sais, geralmente inclui duas fases:



1. Separao de gases, slidos e leo livre (disperses grosseiras, dimetro da gota

maior que 150 m).

2. Separao de leo emulsionado (dimetro da gota entre 50 e 150 m).

Em geral, aps essas fases, a gua adequada de acordo com o seu destino final.

Segundo CARVALHO (2015), pode haver uma etapa de pr-tratamento antes de

ocorrer as etapas utilizadas em geral para tratamento de efluentes lquidos.

3.2.1 Pr-tratamento

A etapa de pr-tratamento levada em considerao no processo para evitar que

haja problemas com os equipamentos da planta de tratamento. Por esse motivo, h pouco

efeito na diminuio de DBO5 (5-25%), j que nessa etapa do processo objetiva-se a

retirada apenas de slidos em suspenso e acondicionamento da AP para posterior

tratamento. Podem ser utilizados os seguintes mecanismos:

Gradeamento Remove slidos em suspenso e corpos flutuantes que podem

danificar bombas, vlvulas e registros. O espao das barras de 50 a 150 m. A

figura 2 (CARVALHO, 2015) representa diferentes tipos de sistemas de

gradeamento.

Peneiras - Separao por tamanho de partculas; processo mecnico.

Desarenadores ou caixas de areia Retirada de areia e outros materiais abrasivos

do fluxo principal. A utilizao desse mecanismo protege as bombas contra

abraso e entupimento ou obstculos em dutos e vlvulas. Existem dois tipos: de

fluxo horizontal e aerados.

Equalizao: Se caracteriza como uma tcnica para melhoria da eficincia de

processos posteriores. Consiste num tanque com aerao e agitao, o que evita

Figura 2: Sistemas de gradeamento.

Fonte: CARVALHO (2015)



odores (aerobiose) e deposio de slidos. Pode se localizar anteriormente ao

despejo da carga no corpo receptor, anteriormente ao sistema de coleta ou

anteriormente ao tratamento qumico ou biolgico.

3.2.2 Etapa de Separao do leo Livre

A etapa de separao de leo livre geralmente utiliza o Separador gua-leo

como equipamento para tal fim.

A principal funo do Separador gua-leo separar o leo livre da gua

residuria, slidos suspensos e gases dissolvidos, alm do leo que foi emulsificado de

forma mecnica (SOARES, 2013). Esse equipamento utiliza a gravidade como forma de

separao, atravs da diferena de densidades entre os lquidos. O leo e o gs ficam na

superfcie por possuir densidade especfica menor que a da gua, enquanto que os slidos

encharcados com leo e sedimentos se depositam no fundo do Separador (CARVALHO,

2015). Esse equipamento o tradicionalmente mais utilizado devido a sua simplicidade.

No entanto, o Separador gua-leo no consegue separar substncias solveis, partculas

muito pequenas e leo emulsificado quimicamente, o que necessita de um outro tipo de

processo para se obter melhor eficincia. A figura 3 mostra um exemplo de Separador

Trifsico do tipo horizontal:

Figura 3: Separador Trifsico do tipo horizontal.

Fonte: http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/medicao-de-nivel



3.2.3 Tecnologias comumente utilizadas para tratamento do leo

emulsionado na gua

Os processos mais utilizados de tratamento da gua de produo que vem dos

reservatrios de leo e gs incluem a flotao a ar/gs, que deve ser precedida pela adio

de produtos qumicos desemulsificantes, hidrociclones, sistemas de filtrao e PSM's

(Processo de Separao por Membranas). Para que se atinja uma melhor eficincia final

de separao os mtodos supracitados so utilizados em conjunto.

Segundo FERNANDES JR. (2006), a flotao a ar utiliza a gravidade como forma

de separao, j que a densidade da fase que se deseja remover sendo menor que a do

lquido de suspenso possibilita a sua flutuao para a superfcie. Atravs da formao de

bolhas ao redor da partcula de em questo, ela se torna mais leve, o que favorecer a

execuo do processo (SOARES, 2013).

A flotao a ar tem desvantagens relacionadas ao custo dos desemulsificantes

utilizados antes de seu tratamento e a gerao de lodo, que requer um descarte adequado.

(STEWART & ARNOLD, 2011).

H dois tipos de flotao a ar/gs, que para serem definidas dependem da forma

como o ar/gs inserido no processo e o tipo de equipamento: flotao a ar/gs induzido

e flotao a ar/gs dissolvido.

A flotao por ar/gs induzido utiliza um compressor para gerar as bolhas

(mecanicamente) e injetar ar/gs na clula de flotao. So formadas gotas com dimetro

entre 700 e 1500 m, ocasionando a coliso entre as partculas de leo e as bolhas de

ar/gs, alm de tornar o gs e o lquido altamente misturados (SOARES, 2013). A figura

4 mostra um esquema de um flotador a ar induzido na forma vertical:



A flotao a ar/gs dissolvido o mtodo mais eficaz e mais utilizado em campos

terrestres. Diferentemente do flotador a ar/gs induzido, esse tipo de flotador satura

previamente com ar/gs sob presso o efluente a ser tratado. Inicialmente, h aumento da

solubilidade do ar, fazendo com que a mistura gua e ar seja bruscamente expandida

devido a saturao do efluente. Logo aps, acontece o processo inverso: ao passar pela

vlvula redutora de presso, reduz-se a presso e consequentemente h tambm reduo

da solubilidade do ar na gua. Assim, quando a presso sobre o lquido reduzida, o

ar/gs dissolvido descomprimido em bolhas extremamente pequenas (microbolhas), que

aderem e suspendem a matria e o leo para a superfcie. A figura 5 mostra o esquema de

um flotador a ar dissolvido:

Figura 4: Flotador a ar induzido na forma vertical.

Fonte: Souza (2009)

Figura 5: Flotador a ar dissolvido na forma vertical.

Fonte: Souza (2009)



Para que ocorra a desestabilizao de uma emulso, so utilizados quatro

diferentes processos (SHAW, 1975):

Coagulao: neutralizao da carga da partcula;

Floculao: agrupamento de partculas coaguladas ou desestabilizadas a fim de

formar massas maiores ou flocos;

Sedimentao/flotao (creaming): movimentao gravitacional das gotas para a

superfcie da fase contnua em funo da diferena de densidade entre as duas

fases. A integridade fsica das gotas mantida;

Coalescncia: juno das gotas com integridade fsica destruda e aumento do

dimetro.

A figura 6 mostra os mecanismos de tratamento de emulso leo/gua:

Os hidrociclones aceleram o processo de separao do leo (SOARES, 2013), j

que so destinados a separao slido-lquido, slido-slido, lquido-lquido e gs-

lquido. No caso da separao leo-gua (lquido-lquido), eles geralmente so

instaladores aps os separadores trifsicos ou, em alguns casos, aps os tratadores

Figura 6: Mecanismos de Tratamento de Emulso leo/gua.

Fonte: Fernandes Jr.(2006)



eletrostticos (NUNES, 2013). Segundo FERNANDES JR. (2006), o princpio de

funcionamento dos hidrociclones inclui os seguintes passos:

1: A gua produzida com leo emulsionado bombeada a baixa presso para o

hidrociclone;

2: Gerao de um movimento espiral descendente, devido a forma do

equipamento e a fora da gravidade, alm do fluxo gerado anteriormente;

3: Produo de uma zona de muito baixa presso devido ao espaamento no

centro;

4: Formao de uma corrente ascendente no centro, pela diminuio da rea;

Atuao forte de duas foras: fora centrfuga e fora de arraste central.

5: As partculas de menor densidade so arrastadas para o centro e sairo pela

parte superior;

6: As partculas mais densas sairo pela base do hidrociclone.

Devido a utilizao da fora centrfuga como mtodo para separao da gua do

leo, aps a ocorrncia dos passos anteriores, a gua tratada sai pela base do hidrociclone

e a parte lquida contendo em sua maioria leo sai pela parte superior, sendo denominada

de rejeito. A figura 7 avalia esquematicamente a funcionalidade de um hidrociclone:

Figura 7: Princpio de Funcionamento de um Hidrociclone.

Fonte: Fernandes Jr. (2006)



Entre as vantagens dos hidrociclones se encontram o pequeno tamanho e o baixo

peso, os baixos tempos de residncia, a baixa manuteno e o baixo acompanhamento

operacional, a variao na posio de instalao (vertical ou horizontal), a ausncia de

partes mveis e de influncia provocada pelo balano, alm da admisso de variaes na

vazo. Entretanto, as desvantagens incluem a remoo de apenas parte do leo

emulsionado, fazendo com que a concentrao de TOG na sada seja superior a 20 mg/L,

alm da facilitao da deposio de sais incrustantes nas paredes dos liners, necessitando

de injeo de anti-incrustantes.

A filtrao um processo fsico-qumico e/ou biolgico (filtros lentos) que separa

as impurezas em suspenso na gua, atravs de sua passagem por um meio poroso. Para

que o mecanismo em questo funcione corretamente, necessria a ao conjunta de trs

fenmenos: transporte, aderncia e desprendimento das partculas em suspenso que se

pretende remover. As partculas se movem ao longo das linhas de corrente, o que se

chama de regime de escoamento laminar. Para que as partculas sejam removidas

necessrio que os mecanismos de transporte desviem suas trajetrias, conduzindo-as

superfcie dos gros (coletores) do meio filtrante, e as foras que tendem a mant-la

aderida ao coletor superem as que atuam do sentido de desprend-las. Para melhorar a

eficincia do processo pode-se promover a floculao prvia e/ou aumentar a

granulometria do meio filtrante, j que o tamanho dos gros e do vazio entre eles tem

grande influncia na remoo da matria em suspenso e no desempenho hidrulico do

filtro.

O Processo de Separao por Membranas (PSM) utilizado para diversas

finalidades que incluem a produo de gua potvel a partir de gua do mar, filtrao de

efluentes para recuperao de compostos, para concentrar, purificar ou fracionar solues

sensveis a temperatura. A grande importncia desse tipo de mecanismo a sua

capacidade de tratar efluentes com altos teores de leo em emulso e de partculas com

tamanhos pequenos e mdios (MOTTA et al., 2013).

Segundo HABERT et al., 2006, as membranas podem ser definidas como uma

barreira que separa duas fases e que restringe total ou parcialmente o transporte de uma

ou vrias espcies qumicas presentes nas fases. Isso significa que, essas pelculas

extremamente finas permitem a passagem do solvente e retm o soluto de uma soluo,

devido a presena de poros abertos em seu mecanismo (FERNANDES JR., 2014).

Devido a sua diversidade nas aplicaes e xito na retirada de partculas que no

podem ser removidas em outros tipos de processos, o Processo de Separao por



Membranas o principal mtodo empregado para tratamento da gua produzida do

petrleo, com a finalidade de deix-la adequada ao consumo humano.

O princpio de funcionamento do Processo de Separao por Membranas pode

levar em considerao a filtrao tangencial, a reteno por tamanho ou afinidade fsico-

qumica ou ainda a utilizao de um gradiente como fora motriz (gradiente de

concentrao, de potencial eltrico, de presso de vapor ou de presso hidrulica). O

gradiente mais utilizado para tratamento de gua o de presso hidrulica, sendo dividido

em quatro categorias, de acordo com os materiais que podem ser retidos e seus pontos de

corte. As categorias e suas possveis aplicaes so (MOTTA et al., 2013):

Microfiltrao (F): separao de slidos suspensos;

Nanofiltrao (nF): separao de macromolculas;

Ultrafiltrao (uF): geralmente utilizada na separao de ons

multivalentes de ons univalentes;

Osmose Inversa/Reversa (OI/OR): separao de componentes dissolvidos

e inicos.

A ampla gama de separao por tipo de pelcula do PSM permite que sejam

utilizadas vrias membranas para aplicaes diferentes, acarretando em uma melhor

adequao da gua produzida ao destino final; o consumo humano no presente trabalho.

A tabela 1 exemplifica a utilizao do PSM, o diferencial de presso utilizado por cada

categoria e os materiais que podem ser removidos dos efluentes.



Tabela 1: Diferentes Processos de Separao por Membranas.

(Fonte: Habert et al., 2006)

Processo Fora Motriz (P) Material Retido Aplicaes

Microfiltrao (MF) 0,5 2 atm Material em suspenso,

Bactrias

Esterilizao bacteriana

Concentrao de clulas

Ultrafiltrao (UF) 1 7 atm Colides,

Macromolculas

Recuperao de pigmentos

recuperao de leos

Nanofiltrao (NF) 5 25 atm Sais bivalentes solveis e

em suspenso

Purificao de enzimas

Biorreatores a membrana

Osmose Inversa (OI) 15 - 80 atm Todo material solvel em

suspenso

Dessalinizao de guas

Concentrao de sucos e

frutas

A microfiltrao facilita o xito dos processos que ocorrem em sequncia na

planta, j que possui a capacidade de reter a fase emulsionada e os slidos suspensos

(SOARES, 2013). Assim como a microfiltrao, a ultrafiltrao principalmente

utilizada na separao slido/lquido e eliminao de partculas. No entanto, se utilizada

junto a adsoro sobre carvo ativado em p, a ultrafiltrao alm de deter partculas

minerais e orgnicas e partculas biolgicas equivalentes a algas, bactrias e vrus, pode

eliminar molculas orgnicas dissolvidas (NUNES, 2013). De acordo com Lin (2008), se

combinadas com um processo de troca inica, as membranas de ultrafiltrao deixam a

gua tratada com uma excelente qualidade, permitindo seu descarte e reuso.

Para melhorar a qualidade da gua antes do processo de osmose inversa, foi

utilizada uma membrana de nanofiltrao acoplada com uma unidade de adsoro em

carvo ativado, como forma de pr-tratamento (SILVA, 2010). A nanofiltrao

geralmente utilizada para abrandamentos, e, em parte, para desmineralizar gua salobra

ou pouco salina. No caso da osmose inversa, possvel reter sais e compostos orgnicos

solveis, o que gera uma corrente permeada com qualidade suficiente para ser reutilizada

ou aplicada para diversos fins, como o consumo humano.

Dentre os processos supracitados, consegue-se uma boa remoo de compostos

dissolvidos utilizando a nanofiltrao ou osmose reversa, teoricamente. No entanto,

devido necessidade da osmose reversa utilizar elevadas presses de operao, a

nanofiltrao o processo de maior aplicabilidade na remoo de compostos dissolvidos

(NUNES, 2013).



O teor de sal contido na gua de fundamental importncia para o consumo

humano. O mecanismo de osmose reversa capaz de reter elevadas quantidades de sais

e deixar a gua praticamente isenta de molculas inorgnicas de baixa massa molar como

sdio, clcio e magnsio. No entanto, diferentemente de outras atividades de reuso, a

ausncia dessas substncias pode causar problemas para a populao humana.

Quantidades excessivas de sdio (principalmente), magnsio e clcio, podem afetar

negativamente a vida humana, j que acarretam problemas para o desenvolvimento de

crianas, alm de riscos com relao a sade tambm de adultos. Dessa forma, aps o

Processo de Separao de Membranas por Osmose Inversa, pode haver necessidade de

equalizar as concentraes de clcio, magnsio e outros nutrientes para fins de consumo

humano, j que a gua produzida tem como principal caracterstica o alto nvel de

salinidade (LIRA SOARES, 2013).

Apesar de todas as vantagens apresentadas pelo Processo de Separao de

Membranas (relativamente simples, energeticamente econmico, prticos, efluentes com

boa qualidade), h ocorrncia de alguns fatores que limitam esses processos, que incluem:

Polarizao da concentrao

Incrustaes / Bioincrustaes

Alto custo das membranas

Baixas concentraes afluente de leo (< 10 ppm)

Temperaturas baixas (< 45 C)

Destino dos rejeitos da membrana

Controle do pH (7,5)

A polarizao da concentrao consiste na formao de um gradiente de

concentrao na camada de soluo imediatamente adjacente superfcie da membrana

(MOTTA et al., 2013), ocasionado pelo fluxo convectivo do soluto em direo a

membrana (SOARES, 2013). Esse fenmeno intrnseco ao processo e representa um

aumento na resistncia a permeao atravs da membrana que, dessa forma, reduz o fluxo

e sua seletividade (MOTTA et al., 2013). A polarizao da concentrao um processo

de natureza reversvel, mas se ocorrer de forma intensa pode ocasionar efeitos

irreversveis, como as incrustaes e as bioincrustaes. Outros fatores ocasionados pela

polarizao da concentrao so a queda do fluxo do permeado, bloqueio de poros,

aumento da resistncia passagem de solvente e perda de seletividade devido passagem

de soluto atravs da membrana (FRITZMANN et al., 2007).



A deposio de partculas, adsoro de substncias orgnicas e precipitaes de

sais na superfcie das membranas ou dentro delas ocasionam o fenmeno de incrustao.

Se a incrustao ocorrer devido ao material orgnico e micro-organismos, tem-se o

fenmeno de bioincrustao (SILVA, 2010). A incrustao pode causar perda irreversvel

da permeabilidade das membranas. Pode-se remover alguns compostos causadores de

incrustao por meios fsicos, como a retrolavagem e agitao a ar. No entanto, alguns

desses compostos s podem ser removidos por limpeza qumica, que uma parte

integrante do processo operacional de um sistema de membranas, apresentando um

impacto elevado na eficincia e aspectos econmicos do processo.

Para aprimoramento da eficincia do Processo de Separao por Membranas esto

sendo pesquisadas novas tecnologias, que incluem a membrana cermica a base de argilas

de baixo custo, como caolim e outras (VASANTH, PUGAZHENTHI, UPPALURI,

2011). Alm disso, h outras linhas de pesquisa, em termos de modificao da membrana,

que visa aumentar sua permeabilidade.

Mesmo que o Processo por Separao de Membranas apresente diversas

desvantagens, a aplicao desse sistema como substituio ou mesmo conjugado com os

sistemas tradicionais, so uma alternativa bastante robusta para o tratamento da gua

produzida do petrleo com a finalidade de adequ-la ao consumo humano.

A tabela 2 abaixo mostra uma comparao entre os principais processos de

tratamento da gua produzida do petrleo, levando em considerao da sua aplicabilidade

at suas desvantagens.



Tabela 2: Principais processos de tratamento da gua produzida.

Fonte: Stewart & Arnold (2011)

Membranas Hidrociclones Flotadores Separadores gravitacionais

convencionais

Separadores

gravitacionais

de placa Princpio

operacional Filtrao Separao

gravitacional

aprimorada

Flotao a

gs natural Separao

gravitacional Coalescncia

+ separao

gravitacional Capacidade de

remoo, em

dimetro de gota

(m)

1 10 a 30 10 a 20 100 a 150 30 a 50

Requerimento

de reas

superficiais

Baixo Baixo Baixo Elevado Elevado

Requerimento

por produtos

qumicas

No No Sim No No

Aplicao em

instalaes de

tratamento de

AP

Onshore e

offshore Offshore Onshore e

offshore Onshore Onshore

Principais

desvantagens Fouling e

necessidade

por limpeza

qumica

Bloqueio da porta

de rejeito por areia

ou incrustao e

eroso por areia

Pouco

efeito em

gotas em 2

e 5 m; uso

de

qumicos e

gerao de

lodo

Tamanho e

peso muito

elavados: baixa

eficincia para

dimetro de

gotas menores

Tamanho e

peso elevados

3.3 Utilizao da gua produzida tratada para consumo humano

Para que se tenha uma qualidade de gua adequada ao consumo humano, o

planejamento se torna uma atividade essencial na execuo dessa atividade; j que

percebe-se a necessidade de sua reutilizao, atravs da observao da escassez desse

recurso natural e da crise hdrica sofrida pelo Brasil nos ltimos anos. O reaproveitamento

de gua produzida a partir do petrleo possibilita no s o volume gerado, mas tambm

deve ser enquadrada para fornecer os nutrientes necessrios para o desenvolvimento de

um ser e proporcionar seu bem estar. Alm disso, o reuso dessa gua pode oferec-la em

lugares afetados pela crise hdrica.

Segundo a edio 154 da Super Interessante (Julho de 2000), um exemplo para a

reutilizao da gua como consumo humano est na cidade de Orange Country, na

Califrnia, Estados Unidos. H mais de 20 anos o lenol subterrneo da cidade

abastecido por esgoto purificado, o que alm de preencher o lenol, evita a contaminao



por gua do mar que ocorreu nos anos 60 devido a superexplorao pela irrigao desse

aqufero.

Outros lugares tambm reutilizam gua de esgoto para consumo humano, como

disse o professor e pesquisador Ivanildo Hespanhol, segundo experincia que teve na

Repblica da Nambia, continente africano. Segundo ele, h 40 anos j se trata esgotos

domsticos para fins potveis. Percebe-se que assim como o esgoto pode ser tratado e

reutilizado de forma potvel, o mesmo pode ser realizado com a gua produzida do

petrleo. Hoje, esse efluente j reutilizado de diversas formas, que incluem a reinjeo

em poos e a gerao de vapor para recuperao do leo e a irrigao. No caso da

irrigao, vlido salientar que assim como a gua produzida, esgoto tratado tambm

reutilizado para tal fim. Segundo matria da globo do dia 01/06/2012, a cidade de Tel

Aviv, em Israel, tem 100% da gua reaproveitada, atravs de um complexo de tratamento

que a recupera; e ainda: aps toda a purificao por processos fsicos, qumicos e

biolgicos, a gua percorre 100 km at o deserto de Neguev e irriga vrias plantaes.

Na Califrnia, o distrito de Cawelo manteve um contrato de 1996 at 2011 de

compra de gua produzida do petrleo tratada dos campos da empresa Chevron para

revender aos fazendeiros irrigarem campos com 20 tipos de frutas, hortalias e cereais.

De acordo com a Petrobras (2008), a gua produzida passa por uma planta de tratamento

que possui separador gua-leo, flotador a ar dissolvido, aerao e filtro casca de noz.

Alm da atuao na rea de irrigao, a empresa Chevron atua em campos em San Ardo,

tambm na Califrnia, onde utiliza um sistema composto por um separador gua-leo,

flotao a ar dissolvido, aerao, filtro casca de noz, osmose inversa e wetland

(unidades receptoras de efluentes de vrias origens), sistema parecido com o indicado no

presente trabalho para purificao da gua produzida e adequao ao consumo humano.

Aps passar por esse sistema, a gua utilizada para gerao de vapor e para recarga do

aqufero raso.

Aps os diversos exemplos supracitados de reuso de gua, percebe-se que esse

fato imensamente importante para a sociedade. Sendo assim, para que esse efluente seja

enquadrado de acordo com as normas vigentes para reuso, devem ser realizados diversos

processos, at que a gua tratada seja misturada com a gua de sistemas de abastecimento

usuais das cidades de Guamar, Galinhos e Diogo Lopes, j que aps purificada, essa

gua apresenta uma caracterizao prxima ou igual aos requisitos da qualidade da gua

exigidos para consumo humano.



Os processos que ocorrem durante a produo e algumas caractersticas

intrnsecas como as caractersticas dos poos, volume de produo, formao e

localizao do reservatrio ocasionam mudanas nas caractersticas da gua produzida.

No entanto, no presente trabalho a gua produzida utilizada ser a j especificada pelo

polo industrial de Guamar para descarte, que feito via emissrio submarino. Dessa

forma, aps todos os processos que j ocorrem para adequar a gua para descarte, esse

efluente ser readequado para fins de consumo humano. Apesar de todos os tratamentos

realizados, incluindo a especificao para descarte e para consumo humano, a gua

produzida do petrleo pode no se encontrar dentro dos padres de qualidade, sendo

necessria a monitorao constante dos parmetros fsicos, qumicos e biolgicos,

indicando ou no a necessidade desse efluente passar novamente por algum tratamento j

realizado.

3.4 Legislao ambiental e qualidade da gua para consumo humano

Os padres de gua so controlados por meio da Lei da gua Limpa (CWA

Clean Water Act), tida como critrio essencial para a descarga de gua e/ou poluentes na

gua de superfcie. A Agncia de Proteo Ambiental dos Estados Unidos (EPA

Environmental Protection Agency) administra essa Lei federal, sendo os rgos

governamentais responsveis por implement-la, fazendo com que haja atendimento dos

padres e monitoramento do sistema. As guas de abastecimento pblico possuem

contaminantes que, segundo a CWA, so listados em 90, devendo ser controlados para se

adequarem aos limites legais (nveis mximos de contaminantes MCL). As normas

MCL incluem a contaminao biolgica, desinfetantes, orgnica e produtos qumicos

inorgnicos e radionucldeos. Os contaminantes CBM da gua que so produzidos em sua

maioria se constituem e produtos qumicos inorgnicos, sendo medidos separadamente

com os slidos totais dissolvidos (TDS). Alm das guas de superfcie, a EPA

responsvel pelo controle das guas subterrneas, atravs do programa de controle da

injeo Underground (UIC) (LIRA SOARES, 2013).

O uso da gua para consumo humano possui normas especficas para a salinidade,

toxicidade e sodicidade. Alguns compostos so responsveis primrios por aumentar a

salinidade da gua, alm de possuir nveis elevados de slidos totais dissolvidos. So eles:

clcio, magnsio, cloreto e sdio. Ocorre que o excesso desses elementos, ou seja, o



desequilbrio nos nveis de alguns parmetros da gua ou o desenvolvimento de micro-

organismos devido a sua no purificao implicam em efeitos txicos ao ser humano,

podendo causar uma sintomatologia ampla, que por vezes confundida com outros tipos

de infeco/doenas, alm de acometer diversas vias metablicas.

Os sistemas de tratamento para gua produzida devem possuir alta eficincia e

baixo custo de operao e manuteno para que se tornem viveis. Ocorre que o mtodo

de tratamento da AP depende fortemente de fatores como a localizao do reservatrio,

o volume de gua gerado, a sua composio, o destino final e os limites da legislao em

vigor.

Para que a gua produzida possa ser reutilizada h um fator de fundamental

importncia: a remoo de seus contaminantes. Os limites mximos de contaminantes

presentes na gua de reuso so influenciados diretamente pela legislao e finalidade de

reuso (gerao de vapor, consumo humano, reinjeo, irrigao). A concentrao de sal

na gua para consumo, por exemplo, recomendada pela Organizao Mundial da Sade

de 250 mg/L a 500 mg/L, segundo a EPA. Enquanto isso, para gerao de vapor, esse

limite se encontra no intervalo entre 50 e 12.000 mg/L. vlido salientar que na gua

produzida, a presena de cloreto est na faixa de 2.000 a 210.000 mg/L (SOARES, 2013).

Outros compostos podem se fazer presentes, como o leo, produtos qumicos, metais

pesados, radioatividade, dependendo do campo produtor, percebendo-se a importncia da

especificao da AP para seu destino final.

A especificao da gua para consumo, no Brasil, dada pela Resoluo 357/2005

do CONAMA, sendo que, no presente trabalho, aps tratamento a gua produzida de

petrleo ser transformada em Classe 1 dentro das guas Doces, ou seja, necessitar

apenas de tratamento simplificado para posterior abastecimento e consumo humano. J a

gua que sai da empresa, enquadrada pela Petrobras para lanamento de efluentes, de

acordo com a Resoluo 430/2011 do CONAMA, que complementa a Resoluo

357/2005, visto que aps tratamento, essa gua descartada via emissrio submarino.

Na Resoluo 357 do CONAMA de 17 de maro de 2005 encontram-se as normas

para classificao da gua doce de classes 1, 2 e 3 (teor de cloreto total inferior a 250

mg/L), sendo essa a legislao nacional especfica para monitoramento dos parmetros

de qualidade da gua. A Resoluo supracitada possui a classificao dos corpos de gua

e as diretrizes ambientais para seu enquadramento para abastecimento para consumo

humano, aps tratamento convencional ou avanado.



3.5 Avaliao de toxicidade da gua produzida e seus constituintes

Os efeitos ambientais causados pela gua produzida quando descartada so em

sua maioria avaliados pela toxicidade e quantificao de compostos orgnicos e

inorgnicos. Os impactos causados ao meio ambiente devem-se aos contaminantes

encontrados na composio da gua produzida. Quando h o descarte desse efluente,

como no caso do polo industrial de Guamar, via emissrio submarino, ainda pode haver

contaminantes dissolvidos. Do mesmo modo, alguns deles podem sair de soluo.

admitido que os efeitos causados pelos contaminantes que continuam em soluo so

mais nocivos ao meio ambiente do que os que tendem a sair dela (LIRA SOARES, 2013).

Os fatores primordiais para escolha do sistema de tratamento da AP so, em geral,

a salinidade e o teor de leo presentes. O termo leo empregado na indstria de petrleo

como o material orgnico que pode incluir hidrocarbonetos alifticos e aromticos, fenis

e cidos carboxlicos. Na gua produzida, esse material pode se encontrar na forma

dispersa e/ou na forma dissolvida (OLIVEIRA & OLIVEIRA, 2000).

Segundo LIRA SOARES (2013), vrios estudos foram realizados a fim de avaliar

os efeitos da toxicidade da gua produzida. Evidenciou-se que os maiores influenciadores

na toxicidade da AP so os hidrocarbonetos aromticos e os fenis alquilados. O benzeno,

por exemplo, um hidrocarboneto aromtico que possui sua elevada toxicidade inerente

a vida de introduo, sendo apenas associada sua ao direta sobre o organismo e, alm

dos produtos derivados da sua biotransformao. So exemplos o benzeno epxido (resultante

da primeira reao de biotransformao), uma substncia altamente reativa e instvel, e a 1,4

benzoquinona, provveis responsveis pela mielotoxicidade do benzeno.

A Resoluo 357/2005 do CONAMA faz referncia em sua classificao de gua

doce do tipo 1, 2 e 3 os ndices de aceitabilidade do benzeno. O valor mximo para

concentrao do benzeno de 0,005 mg/L. Outro hidrocarboneto aromtico, o tolueno,

no contemplado na Resoluo e, para as classes das guas salinas e salobras, no so

mencionados os teores mximos para esses componentes (ANDRADE, 2009).

Os efeitos dos diferentes contaminantes presentes na gua so complexos e, em

alguns casos no so compreendidos totalmente. Pode haver inmeras reaes para o

mesmo de contaminantes. Sabe-se, sem restries, que ao ser consumida sem estar

purificada, a gua pode causar srios problemas a sade, devido a sua alta toxicidade

quando no tratada.

__________________________________________

Captulo 4

Materiais e Mtodos



4. Materiais e Mtodos

Para que se elabore um projeto conceitual de um sistema de tratamento para reuso

da gua produzida a metodologia empregada tem como base a caracterizao da indstria

(empresa) geradora, que inclui parte do sistema j utilizado por ela, alm da adio de

novos equipamentos, a caracterizao e volume disponvel da gua produzida e a

frequncia com que ela recebida. Com as informaes supracitadas, so avaliadas as

tecnologias mais utilizadas e que sejam viveis em termos econmicos e operacionais

para que a gua chegue a especificao desejada. Dessa forma, foram avaliados os

diversos processos de tratamento utilizados na indstria, chegando-se ao que se melhor

adequou para a especificao da gua com a finalidade de reutiliz-la para consumo

humano.

4.1 Caracterizao da empresa

A empresa est localizada no municpio de Guamar/RN, situada na Rodovia RN

221, KM 25, a cerca de 180 Km de Natal e 8 Km da cidade de Guamar, sendo ilustrada

atravs das figuras 8 e 9.

Figura 8: Localizao geogrfica do polo industrial de Guamar.

Fonte: Petta et al. (1997)



Figura 9: Polo industrial de Guamar, Rio Grande do Norte.

Fonte: Neto (2010)

Segundo SILVA DA NBREGA (2001), o polo industrial de Guamar possui

uma rea de cerca de 2.250 Mm, como mostrado atravs da planta baixa da figura 10,

integrado a toda movimentao de leo e gs da regio e foi construdo com o intuito de

beneficiar toda a produo terrestre e martima (Campos martimos: Pescada, Ubarana,

Agulha, Aratum e Arabaiana). importante salientar que a rea descrita ocupada por

todo o polo industrial de Guamar, apesar da planta baixa mostrada na figura representar

apenas a rea da UTPF, j que esse o princpio do presente trabalho.



O polo industrial de Guamar constitudo por diversas instalaes industriais da

Petrobras, compreendendo a UO-RNCE, que incluem:

Refinaria Potiguar Clara Camaro: produz nafta petroqumica, querosene de

aviao e gasolina automotiva (desde setembro de 2010), tornando o Rio Grande

do Norte o nico estado do pas autossuficiente na produo de todos os derivados

do petrleo. Possui uma capacidade de 6000 m/dia, sendo composta por duas

unidades de destilao atmosfricas: U-260 e U-270 (diesel e QAV), uma unidade

de tratamento custico regenerativo: U-280 e uma unidade de produo de

gasolina: UGG - U-280-A.

Estao de Tratamento de leo: recebe e trata cerca de 115 mil barris de petrleo

diariamente.

Estao de Compressores: recebe 2.200.000 m de gs natural por dia, e os

comprime para que possam ser fracionados. a maior estao de compressores

da Amrica Latina.

Unidade de Processamento de Gs Natural: fraciona o gs natural, produzindo

GLP, C5+ e gs industrial. A produo local de GLP de cerca de 310 ton/dia

Figura 10: Planta isomtrica da ETE do polo industrial de Guamar.

Fonte: Acervo pessoal do IDEMA (2015)



(26.000 botijes/dia), enquanto que a de gs industrial de 730.000 Mm3/dia. O

gs industrial vendido para toda a regio atravs do gasoduto "Nordesto".

Estao de Tratamento de Efluentes: realiza o tratamento de toda a gua e resduos

do processo de acordo com as normas ambientais, antes de descart-los na

natureza via emissrio submarino.

A imagem 11 mostra as instalaes do polo industrial de Guamar.

Figura 11: Instalaes do polo industrial de Guamar.

Fonte: Schneider (2015)

4.1.1 Sistema atual de descarte ou reuso

Os resduos lquidos que so gerados nas atividades de explorao e perfurao

de poos da regio so levados at a UTPF do polo industrial atravs de um caminho

sugador e so descarregados em uma carreta tanque para transporte. De acordo com

informaes do acervo pessoal do Instituto de Desenvolvimento Sustentvel e Meio

Ambiente do Rio Grande do Norte IDEMA/RN, do trimestre de 1 de novembro de

2014 a 31 de janeiro de 2015, o efluente foi descartado no mar via emissrios submarinos

I e II numa vazo mdia de 82.869 m/dia, ou seja, essa a quantidade quase que total de

gua produzida recebida para tratamento, visto que h pouca perda aps a retirada de leo

livre na ETO.



De acordo com dados fornecidos pelo IDEMA, a disposio da gua produzida

feita inicialmente em um dique na Estao de Tratamento de leo, o que ocasiona a

separao da gua livre do leo devido diferena de densidade entre os lquidos (essa

separao pode ocorrer em horas ou dias), de forma que a gua se posiciona em baixo e

o leo na parte superior. A figura 12, mostra o 1 dique que recebe o efluente na UTPF

de Guamar:

Em sua composio, a gua produzida que chega at a Estao de Tratamento de

gua Produzida em Guamar possui compostos orgnicos, inorgnicos, metais pesados

e outros elementos que se no houver remoo, inviabilizam a sua reutilizao, bem como

o seu descarte.

Para que esse efluente possa ser reutilizado para consumo (Classe 1), a tabela 3

apresenta os padres exigidos baseada nos Valores Mximos Permitidos, V. M. P., de

acordo com as Resolues 357 e 430 do CONAMA, sendo esta ltima a que faz referncia

aos efluentes, mencionando que para reutiliz-los a partir de fontes poluidoras deve-se

seguir as normas e padres indicados nesta portaria.

Figura 12: Dique de recebimento do efluente no polo

industrial de Guamar




Tabela 3: Valores mximos permitidos de parmetros presentes na AP para consumo

humano (Classe 1).

Fonte: CONAMA (2005)

Parmetros V.M.P Unidades

Materiais Flutuantes, inclusive

espumas no naturais Virtualmente Ausentes -

leos e Graxas Virtualmente Ausentes mg/L Cor Verdadeira Nvel de Cor Natural Pt/L

Corantes Provenientes de Fontes

Antrpicas Virtualmente Ausentes -

DBO 3 mg/L Gosto/Odor Virtualmente Ausentes -

OD No inferior a 6 mg/L O2

pH 6,0 9,0 -

Resduos Slidos Objetveis Virtualmente Ausentes -

Turbidez 40 uT

A tabela 4 apresenta as normas ligadas aos padres inorgnicos que deve-se seguir

segundo o CONAMA.



Tabela 4: Valores mximos dos compostos orgnicos presentes na AP para fins de

consumo humano (Classe 1).

Fonte: CONAMA (2005)

PADRES CONAMA 357

Parmetros Inorgnicos Valor Mximo (mg/L)

Alumnio dissolvido 0,1

Antimnio 0,005

Arsnio total 0,01

Brio total 0,7

Berlio total 0,04

Boro 0,5

Cdmio total 0,001

Chumbo total 0,01

Cianeto livre 0,005 Cloreto total 250

Cloro residual total (combinado + livre) 0,01

Cobalto total 0,05

Cobre dissolvido 0,009

Cromo total 0,05

Ferro dissolvido 0,3

Fluoreto total 1,4

Fsforo total (ambiente lntico) 0,020 Fsforo total (ambiente intermedirio, com

tempo de residncia entre 2 e 40 dias, e

tributrios diretos de ambiente lntico)

0,025

Fsforo total (ambiente ltico e tributrios de

ambientes intermedirios)

0,1

Ltio total 2,5

Mangans total 0,1

Mercrio total 0,0002

Nquel total 0,025

Nitrato 10

Nitrito 1

Nitrognio amoniacal total 3,7 para pH 7,5

2 para 7,5 < pH 8

1 para 8 < pH 8,5

0,5 para pH > 8,5

Prata total 0,01

Selnio total 0,01

Sulfato total 250

Sulfetos (como H2S no dissociado) 0,002

Urnio total 0,02

Vandio total 0,1

Zinco total 0,18



4.2 Caracterizao da gua produzida disposta

As tabelas 5, 6, 7 e 8 exibem as anlises fsico-qumicas que se referem aos

parmetros orgnicos e inorgnicos presentes na gua produzida com traos de leo, que

recebida pela UTPF do polo industrial de Guamar. Os dados apresentados foram

fornecidos pela empresa em anlise nesse presente trabalho, PETROBRAS, ao rgo

ambiental estadual competente, IDEMA, relacionados composio da AP em um

trimestre, de 1 de fevereiro de 2015 a 31 de abril de 2015, sendo a coleta realizada no

dia 29 de abril de 2015, no ponto N6 Sada da ETE (emissrio), e estas informaes

enviadas no dia 12 de agosto de 2015, pela qumica de petrleo Andressa Mendes Costa.

O Teor de leos e Graxas (TOG) foi monitorado atravs de ensaio analtico

instrumental, apresentando concentrao mdia apresentada na tabela 5 abaixo, com

desvio padro de 5,1.

Tabela 5: Ensaio referente ao agregado orgnico presente na gua de produo

Fonte: Acervo Pessoal do IDEMA (2015)

Parmetro Resultados Unidade

leos e Graxas

(TOG)

14,1 mg/L

Tabela 6: Ensaio referente aos parmetros presentes na gua de produo


Parmetros Situao Unidades

DBO 5 (entrada) 70,90 mg/L DBO 5 (sada) 40,71 mg/L

DQO 112 mg/L Material Sedimentvel < 0,1 ml/L

Oxignio dissolvido 0,37 mg/L

pH 7,09 - Salinidade (NaCl) 1088,46 mg/L

Slidos Suspensos 9,14 mg/L Slidos Totais Dissolvidos 1837 mg/L

Temperatura 38 C

Turbidez 2,45 UNT



Tabela 7: Ensaio referente aos compostos inorgnicos presentes na gua de produo


Parmetros Resultados (mg/L)

Arsnio total < 0,0057

Brio total < 0,5

Boro total < 0,2

Cdmio total < 0,0002

Chumbo total < 0,0034 Cianeto livre < 0,0025

Cianeto total < 0,0025

Cobre dissolvido < 0,0001 Cromo hexavalente < 0,0012

Cromo trivalente < 0,0012

Estanho total < 0,0240 Ferro dissolvido 0,55

Fluoreto total 1,746 ndice de Fenis 0,484

Mangans dissolvido 0,161

Mercrio total < 0,0002 Nquel total < 0,0012

Nitrato 0,4671

Nitrito < 0,1665

Nitrognio Amoniacal Total 0,62

Prata total < 0,0008 Selnio total < 0,0069

Sulfeto 0,43300

Zinco total < 0,0009

Tabela 8: Ensaio referente aos compostos orgnicos presentes na gua de produo



Benzeno 0,329 mg/L

Clorofrmio < 0,0003 mg/L

Dicloroeteno < 0,0003 mg/L Estireno < 0,0003 mg/L

Etilbenzeno 0,0160 ml/L Tetracloreto de carbono < 0,0003 mg/L

Tricloroeteno < 0,0003 mg/L

Tolueno 0,398 mg/L Xileno 0,148 mg/L

HTP 2350 g/L HTA 54,27 g/L

n-Alcanos < 25 g/L



Foi realizada anlise ecotoxicolgica de toxicidade para 1 e 2 nveis trficos, da

amostra coletada, segundo a tabela 9 a seguir, onde os resultados permaneceram dentro

dos valores praticados historicamente.

Tabela 9: Ensaio referente aos parmetros ecotoxicolgicos presentes na gua de

produo



Lythechinus variegatus 9,21 CENO nvel 1 (%) S. costatun 8,72 CENO nvel 2 (%)

Lythechinus variegatus 18,42 CEO nvel 1 (%)

S. costatun 17,45 CEO nvel 2 (%) Mysidophis juniae 35,05 CL 50 nvel 1 (%)

V. fischeri > 81,9 CL 50 nvel 2 (%)

4.3 Especificao para o destino

4.3.1 Consumo humano

O destino esperado para a gua tratada ser o consumo humano. As cidades que

recebero essa gua sero Guamar (cidade de instalao do polo industrial), Diogo Lopes

e Galinhos.

As cidades de Diogo Lopes Galinhos e Guamar possuem, respectivamente, uma

populao de cerca de 5000, 2159 e 12404 habitantes, respectivamente. Utilizando uma

mdia de gasto por pessoa de 250 L/dia, ou 0,25 m/dia, tem-se que as cidades citadas,

respectivamente, gastam 1250 m/dia, 539 m/dia e 3101 m/dia. Sabendo-se que a UTPF

do polo industrial de Guamar descarta 87.505 m/dia de gua produzida tratada via

emissrio submarino, percebe-se que todas as cidades podem ser abastecidas diariamente

e ainda pode-se estocar gua devido grande quantidade que restar aps o processo de

tratamento.

Na anlise de resultados e discusses todos os dados relacionados populao e

a empresa sero mostrados e explicados de forma mais clara.



4.3.2 Utilizao econ

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