ADE Ânodos dimensionalmente estáveis
BML Bacia de mistura lenta
BMR Bacia de mistura rápida
DSA® Dimensionale Stable Anode (®De Nora) CCT Centro de Ciências e Tecnologia da UFCG
CNPq Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DAF Dissolved air flotation (Flotação por ar dissolvido) EF Eletroflotação
ES Electrostatic Spraying (Pulverização eletrostática) ETE Estação de Tratamento de Efluentes
IAF Indused air flotation (Flotação por ar induzido)
DBO Demanda bioquímica de oxigênio
DQO Demanda química de oxigênio
LEEq Laboratório de Engenharia Eletroquímica PETROBRAS Empresa de Petróleo Brasileiro S.A.
TOG Teor de óleos e graxas
TRE Terminal de Recebimento de Efluente
UAEQ Unidade Acadêmica de Engenharia Química
UFCG Universidade Federal de Campina Grande UN-RNCE Unidade Rio Grande do Norte - Ceará
O objetivo neste trabalho foi estudar o desempenho de um reator eletroquímico “air lift”, em escala semipiloto, no qual se utilizou o processo de eletroflotação aplicado na separação de óleos e graxas em emulsões óleo-água produzidas na indústria do petróleo. Com este estudo, desenvolveu-se um sistema de tratamento da água produzida na indústria petroquímica visando melhorar os aspectos técnico, econômico e ambiental. Para tanto, os seguintes estudos foram realizados: geração, caracterização e comportamento de bolhas de H2 e Cl2; transferência de massa e modelagem do reator; e desempenho do reator e do
processo de eletroflotação no tratamento de emulsões óleo-água sintética e real. Os experimentos com a emulsão sintética foram realizados em laboratório, e com a emulsão real, na Estação de Tratamento de Efluentes da Unidade de Tratamento e Processamento de Fluidos da PETROBRAS S.A. (ETE/UTPF/UN-RNCE/PETROBRAS) em Guamaré - RN. De acordo com os resultados, o diâmetro, a velocidade, a área, o volume e o raio de Sauter das bolhas de H2 e Cl2 foram reduzidos com o aumento da concentração de NaCl e pouco
influenciados pela densidade de corrente elétrica. A taxa de transferência de massa no reator aumentou fortemente com a produção de bolhas de gás. A taxa de remoção de óleo na emulsão sintética variou de 55,80 a 90,91% e foi afetada principalmente pela densidade de corrente elétrica e pela concentração de NaCl. O consumo energético variou de 0,5185 a 1,5678 kWh m-3 e foi influenciado pela densidade de corrente e vazão volumétrica. Para a emulsão real, a taxa de remoção variou entre 76,92 e 86,96% e o consumo energético de 0,4194 a 2,4138 kWh m-3. As variáveis estudadas apresentaram efeitos fenomenológicos semelhantes para as emulsões sintética e real, porém o desempenho do reator foi melhor com a emulsão real. Para a melhor condição experimental (je= 300,0 A m
-2 , = 0,0450 m v Q 3
h-1 e H = 0,5750 m), e 1000 mg L-1 de NaCl, obteve-se uma taxa de remoção de 86,96%, com redução de 69,0 mg L-1 para 9,0 mg L-1 na concentração de óleo, e um consumo energético equivalente de 1,8467 kWh m-3. A cinética de remoção de óleo foi melhor representada pela solução de um modelo de segunda ordem. A concentração de óleo do efluente tratado na ETE da PETROBRAS S.A. foi reduzida cerca de 79,00%, uma redução de 14,0 mg L-1 para 3,0 mg L-1, em 120,0 min de eletrólise.
Palavras-chave: eletroflotação, reator eletroquímico, efluentes, petróleo, meio ambiente.
The aim in this work is to study the performance of an “air lift” electrochemical reactor, in semipilot scale, which was used in the eletroflotation process applied in the oils and greases separation in oil-water emulsions produced in the petroleum industry. With this study has been developed a treatment system of produced water in the petrochemical industry aiming to improve the technical, economic and environmental aspects. For that, the following studies were performed: generation, characterization and behavior of bubbles of H2 and Cl2; mass transfer and modeling of the reactor, and performance of the reactor
and of the eletroflotation process in the treatment of synthetic and real oil-water emulsions. The experiments with synthetic emulsion were performed in laboratory, and to real emulsion, in Effluents Treatment Station of the Unit of Treatment and Fluids Processing of PETROBRAS S.A Company (ETE/UTPF/UN-RNCE/PETROBRAS) in “Guamaré - RN”. According to the results, the diameter, velocity, area, volume and radius of Sauter to the bubbles of H2 and Cl2 have been reduced by the concentration of NaCl and little influenced
by the electrical current density. The mass transfer rate in the reactor has been increased greatly by the gas bubbles production. The oil removal rate in synthetic emulsion varied from 55.80 to 90.91% and was affected mainly by the electrical current density and by the concentration of NaCl. The energy consumption varied from 0.5185 to 1.5678 kWh m-3 and was influenced by the current density and volumetric flow. For the real emulsion, the removal rate varied between 76.92 and 86.96% and the energy consumption from 0.4194 to 2.4138 kWh m-3. The studied variables present phenomenological effects similar to synthetic and real emulsions, but the reactor presented a best performance with the real emulsion. To the best experimental condition ( je= 300.0 m A
-2
, Qv= 0.0450 m
3
h-1 and
H= 0.5750 m), with 1000 mg L-1 of NaCl, was obtained a removal rate of 86.96%, with a reduction from 69.0 mg L-1 to 9.0 mg L-1 of the oil concentration and an energy consumption from 1.8467 kWhm-3. The kinetics of oil removal was best represented by the solution of a model of second order. The oil concentration of the treated effluent in Effluents Treatment Station of PETROBRAS S.A. Company was reduced about 79.00%, corresponding to a reduction from 14.0 mg L-1 to 3.0 mg L-1, in 120.0 min of electrolysis.
Keywords: eletroflotation, electrochemical reactor, effluents, petroleum, environment.