UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS
BACHARELADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA
MARIANE PIMENTEL FELIX DA SILVA
UTILIZAÇÃO DA CINZA DA CASCA DO ARROZ NO TRATAMENTO DO TEOR DE ÓLEOS E GRAXAS DE UMA SOLUÇÃO SINTÉTICA DE CONTAMINANTE
MOSSORÓ – RN
2018
MARIANE PIMENTEL FELIX DA SILVA
UTILIZAÇÃO DA CINZA DA CASCA DO ARROZ NO TRATAMENTO DO TEOR DE ÓLEOS E GRAXAS DE UMA SOLUÇÃO SINTÉTICA DE CONTAMINANTE
Monografia apresentada a Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, campus Mossoró para a obtenção do título de bacharel em Ciência e Tecnologia.
Orientador (a): Profª. Dra. Keila Regina Santana Fagundes – UFERSA
MOSSORÓ – RN
2018
S586u Silva, Mariane Pimentel Felix.
UTILIZAÇÃO DA CINZA DA CASCA DO ARROZ NO TRATAMENTO DO TEOR DE ÓLEOS E GRAXAS DE UMA SOLUÇÃO SINTÉTICA DE CONTAMINANTE / Mariane Pimentel Felix Silva. - 2018.
41 f. : il.
Orientadora: Keila Regina Santana Fagundes.
Monografia (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Ciência e
Tecnologia, 2018.
1. Cinza da casca do arroz. 2. Adsorção. 3.
Adsorvente. 4. Óleos e graxas. 5. Remoção. I.
Fagundes, Keila Regina Santana, orient. II.
Título.
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da Universidade Federal Rural do Semi-Árido (SISBI-UFERSA), sendo customizado pela Superintendência de Tecnologia da Informação e Comunicação (SUTIC) sob orientação dos bibliotecários da instituição para ser adaptado às necessidades dos alunos dos Cursos de Graduação e Programas de Pós-Graduação da Universidade.
Dedico este trabalho à Deus, ao meu marido e aos meus familiares, em especial meus pais, minhas sobrinhas e minha avó.
É por vocês e sem vocês nada disso seria
possível.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a Deus, à Ele toda honra e glória pois Ele foi quem guiou meus passos e me fez chegar até aqui.
Ao meu marido Roberto Santos, que lutou junto comigo em todos os momentos, me ajudou e me fez prosseguir mesmo quando eu acreditava não ser possível.
Aos meus sogros, Loide e Celso, e meu cunhado e esposa, Celso Júnior e Cirleide, por todo o apoio.
À toda a minha família, em especial meus pais Maria e Xenildo, minha avó Ivanice, minha irmã Marília, minha Tia Maria de Jesus e o meu primo José Carlos Junior, pessoas que são meus exemplos e que sempre estiveram comigo, me dando toda força e suporte necessários para vencer esta batalha.
À família Queiroz (Helonilton, Elienieide, Thays, Tayslan, Sílvio e Larissa) por todo o apoio e carinho, pelo suporte e por me fazer sentir parte dessa família tão linda.
Aos meus amigos, em especial Kleber, Alípio, João Batista e Daniel, por todo o apoio e por me ajudarem a chegar até aqui.
Aos colegas de trabalho Vera Mônica de Vasconcelos, Francisco Wagner de Souza e Wellington Viana pela ajuda e pelo incentivo na busca pelo saber.
À UFERSA, e todo o seu quadro de servidores, pela oportunidade maravilhosa de estudar em um local de excelência na qualidade e na propagação de conhecimentos.
À Prof. Dra. Keila Regina Santana Fagundes por me orientar de forma maravilhosa, me ajudando e repassando os seus conhecimentos.
Ao laboratório de química do Instituto Federal de Ciência e Tecnologia do Ceará, IFCE – Campus Aracati, por possibilitar o desenvolvimento da pesquisa neste espaço, e auxiliar no que fosse preciso.
À empresa BQmil por gentilmente ceder a Cinza da Casca do Arroz para o desenvolvimento da pesquisa.
Ao LABTAM/ UFRN, e ao professor Rodrigo César Santiago por possibilitarem a
realização da fluorescência de raios-X da cinza da casca do arroz.
“Educação gera conhecimento, conhecimento gera sabedoria, e, só um povo sábio pode mudar seu destino.”
Samuel Lima.
RESUMO
O setor petrolífero encontra-se em constante inovação de seus processos tecnológicos, contudo ainda existem alguns problemas preocupantes. Um exemplo disso refere-se à água produzida, que é entendida como toda a água advinda do processo produtivo do petróleo, venha ela da extração ou de outras etapas. Uma das problemáticas com relação a água produzida consiste na dificuldade de degradação de todos os compostos presentes até um nível adequado que permita a reutilização ou descarte dessa água nos padrões previamente estabelecido pelos órgãos ambientais. Essa problemática tem incentivado pesquisadores a direcionar os esforços no sentido de encontrar alternativas capazes de remover de forma eficiente óleos e graxas, um dos principais contaminantes presentes na água produzida, com um custo inferior se comparado às demais tecnologias já usadas para o tratamento da AP. Os processos de adsorção apresentam um grande potencial para a remoção de contaminantes dada a facilidade de operação e a simplicidade no dimensionamento das instalações, além de apresentarem baixos custos de operação e de manutenção se comparados com os métodos de tratamento de água tradicionais. Neste trabalho, a Cinza da Casca do Arroz (CCA) foi utilizada como material adsorvente na remoção de óleos e graxas de uma solução sintética através do processo de adsorção. A CCA foi caracterizada a partir da análise de FRX. A solução sintética de controle foi considerada como o contaminante na concentração de 100%. Essa solução foi testada e, assim, sua estabilidade confirmada para a realização das análises. Uma curva de calibração de controle foi preparada a fim de haver um parâmetro confiável para os cálculos do trabalho. Diversas amostras foram preparadas e submetidas a testes de adsorção, que resultaram em uma remoção de contaminantes de até 98%. Com os resultados do teste de adsorção foi realizado um Mapeamento Fatorial que confirmou a eficiência da CCA como material adsorvente.
Deste modo, a CCA se mostra um excelente adsorvente, com elevados percentuais de remoção de óleos e graxas.
Palavras-chave: Cinza da casca do arroz, Adsorção, adsorvente, óleos e graxas, remoção.
ABSTRACT
The oil sector is constantly innovating its technological processes, however there are still some troubling problems. An example of this refers to the water produced, which is understood as all the water coming from the productive process of the oil, comes from the extraction or from other stages. One of the problems with regard to water produced is the difficulty of degradation of all the present compounds to an adequate level that allows the reuse or disposal of this water in the standards previously established by the environmental agencies. This problem has encouraged researchers to direct efforts to find alternatives capable of efficiently removing oils and greases, one of the main contaminants present in the water produced, at a lower cost compared to other technologies already used for the treatment of PA. Adsorption processes have a great potential for the removal of contaminants due to the ease of operation and simplicity in the design of the facilities, as well as low operating and maintenance costs compared to traditional water treatment methods. In this work, Rice Bark Ash (CCA) was used as adsorbent material in the removal of oils and greases from a synthetic solution through the adsorption process. The CCA was characterized from FRX analysis. The synthetic control solution was considered as the contaminant at 100% concentration. This solution was tested and, thus, its stability confirmed for the accomplishment of the analyzes. A control calibration curve was prepared in order to have a reliable parameter for the work calculations. Several samples were prepared and subjected to adsorption tests, which resulted in a removal of up to 98% contaminants. With the results of the adsorption test, a Factor Mapping was performed that confirmed the efficiency of the CCA as an adsorbent material. In this way, the CCA is an excellent adsorbent, with high percentages of oil and grease removal.
Keywords: Rice husk ash, Adsorption, adsorbent, oils and greases, removal.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Produção de petróleo e de água em alguns campos da bacia Potiguar no ano de
2017 ... 14
Tabela 2 – Média mensal e máximas diárias para TOG da P – 57 para o ano de 2011 ... 15
Tabela 3 – Comparação entre processos convencionais de tratamento de água produzida para a remoção de óleos e graxas ... 17
Tabela 4 – Classificação do tamanho de poros ... 19
Tabela 5 – Fatores que influenciam na adsorção ... 19
Tabela 6 – Adsorventes utilizados para tratamento da AP ... 21
Tabela 7 - Intervalo de análise dos parâmetros avaliados... 26
Tabela 8 - Análise química da cinza da casca do arroz ... 27
Tabela 9 – Absorbância em função da quantidade de cinza da asca de arroz (g) para o sistema petróleo/hexano ... 30
Tabela 10 – Resultados do planejamento fatorial adotado ... 32
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Fluxograma da metodologia do trabalho ... 23
Figura 2 – Cinza da casca do arroz ... 23
Figura 3 – Cinzas pesadas para testes de adsorção. ... 25
Figura 4 – Agitação das amostras. ... 25
Figura 5 – Absorbância, comprimento de onda de 450 nanômetros, em função do tempo para o sistema óleo cru/hexano à temperatura ambiente (25 ºC)...26
Figura 6 – Absorbância, comprimento de onda de 450 nanômetros, em função de diferentes concentrações de petróleo ... 29
Figura 7 – Gráfico indicativo da remoção de contaminante em relação à quantidade de adsorvente por amostra. ... 30
Figura 8 – Modelo ilustrativo da superfície do adsorvente (cinza da casca do arroz) em função do fenol derivado do petróleo. ... 31
Figura 9 – Amostras após agitação, concentração de 100%...32
Figura 10 – Amostras após agitação, concentração de 75%...32
Figura 11 – Amostras após agitação, concentração de 50%...32
Figura 12 – Superfície de resposta (Efeito percentual de remoção - %) gerada em função da quantidade de adsorvente (cinza da casca do arroz) e contaminante...33
Figura 13 – Diagrama de Pareto – Percentual de Remoção ... 34
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
AP Água produzida
CA Casca do arroz
Calcinação Tratamento térmico de sólidos, capaz de promover transformações fisioquímicas
CCA Cinza da Casaca do Arroz
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DMA Medidor de densidade para a indústria de petróleo FRX Fluorescência de Raios X
G Unidade de medida de massa: grama
g/L Unidade de medida de concentração: gramas por litro
Kg/m
3Unidade de medida de densidade: Quilogramas por metro cúbico L Unidade de medida de volume: Litro
min Unidade de medida de tempo: Minuto
mg/L Unidade de medida de concentração: Miligramas por litro Ml Unidade de medida de volume: Mililitros
m/m Unidade de medida de concentração: título em relação massa/massa
µm Unidade de medida de comprimento: m
icrômetros ppm Unidade de medida de concentração: Partes por milhão
pH Potencial Hidrogeniônico: Indica alcalinidade ou acidez de uma amostra
Q Capacidade de adsorção
R
2Coeficiente de correlação
SiO
2Sílica
UV Ultravioleta
X Variável independente
Y Variável dependente
ºC Escala para medidas de temperatura: grau Celsius
∑ Somatório
% Por cento
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 12
1.1 OBJETIVOS ... 13
1.1.1 Objetivo geral ... 13
1.1.2 Objetivos específicos ... 13
2. GESTÃO DO CONHECIMENTO ... 14
2.1 ÁGUA PRODUZIDA ... 14
2.2 TRATAMENTO DA ÁGUA PRODUZIDA ... 16
2.3 PROCESSO DE ADSORÇÃO ... 18
2.4 FATORES QUE INFLUENCIAM A ADSORÇÃO ... 18
2.5 MATERIAIS ADSORVENTES ... 20
2.6 CINZA DA CASCA DO ARROZ ... 21
3 MATERIAS E MÉTODOS ... 23
3.1 CINZA DA CASCA DO ARROZ ... 23
3.2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CINZA DA CASCA DO ARROZ ... 24
3.3 CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO ... 24
3.4 ESTABILIDADE DAS SOLUÇÕES À BASE DE PETRÓLEO E CONSTRUÇÃO DA CURVA DE CALIBRAÇÃO ... 24
3.5 TESTES DE ADSORÇÃO ... 25
3.6 MAPEAMENTO DO PROCESSO DE ADSORÇÃO POR SUPERFÍCIE DE RESPOSTA ... 26
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 26
4.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CINZA DA CASCA DO ARROZ ... 26
4.2 ESTABILIDADE DAS SOLUÇÕES À BASE DE PETRÓLEO E CONSTRUÇÃO DA CURVA DE CALIBRAÇÃO ... 28
4.3 INFLUÊNCIA DA QUANTIDADE DE ADSORVENTE (ENSAIOS DE ADSORÇÃO) ... 30
4.4 MAPEAMENTO DO PROCESSO DE ADSORÇÃO POR MODELAGEM FATORIAL ... 32
5 CONCLUSÕES ... 35
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 37
12
1 INTRODUÇÃO
Nas formações geológicas onde há exploração de petróleo, onshore e offshore, existe uma quantidade de água aprisionada. Esta água é levada a superfície juntamente com o petróleo durante a sua produção. O referido fluido é chamado de água produzida - AP. Para cada barril de petróleo produzido são gerados de três a seis barris de água e este número pode aumentar no fim da vida produtiva do poço, onde um maior volume de água é necessário para a produção de petróleo (SANTANA, 2009).
De acordo com Onojake & Abanum (2012), a água de produção talvez seja um dos aspectos ambientais mais importantes de se levar em consideração durante a exploração e produção de petróleo devido ao seu grande volume de produção, assim como suas características físicas, químicas e biológicas.
Suas características fazem com que a gestão da água produzida exija bastante atenção, tanto no aspecto técnico e operacional, quanto na questão ambiental, que é primordial. A resolução nº393 do CONAMA (2007) estabelece os limites máximos de contaminantes que podem estar presentes na AP em plataformas marítimas. Já a resolução nº357 do CONAMA (2005), estabelece os padrões de descarte de efluentes.
Sendo assim, devem-se buscar tecnologias inovadoras e outros usos para quantidades de matéria que geralmente são descartadas, a fim de desenvolver novos tratamentos de resíduos eficazes e viáveis em termos econômicos.
O processo de adsorção vem se difundindo cada vez mais no ramo de pesquisas e conquistando um grande espaço entre os pesquisados pelo fato de ser simples, eficaz e de baixo custo, dependendo do adsorvente utilizado. Segundo RUTHVEN (1984), esta técnica possui alta seletividade a nível molecular, o que permite a separação de vários componentes, e apresenta um baixo consumo energético. LOPEZ e GUTARRA (2000) afirmam que tanto o carvão ativado quanto qualquer outro material podem ser utilizados como adsorvente.
Devido às suas excelentes propriedades, o carvão ativado é o adsorvente mais
utilizado no mundo atualmente. Mas, apesar de suas características quase perfeitas para o
processo adsortivo, o carvão ativado tem um alto custo no mercado, o que dificulta a sua
utilização. Levando em conta este fator, a busca por materiais adsorventes alternativos que
possuam propriedades adequadas para a adsorção juntamente com um baixo valor de mercado
e uma fácil obtenção vem aumentando ao longo do tempo.
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Santos (2015) utilizou a casca da laranja como material adsorvente no tratamento de água e Castro (2009) pesquisou sobre o preparo de carvão ativado a partir da borra de café para utilização como adsorvente.
Considerando a produção de arroz em termos mundiais, o Brasil se encontra entre os maiores produtores. A safra 2016-2017, segundo a Revista Globo Rural (2017), chegará a cerca de 11,96 milhões de toneladas. Após a colheita do arroz, toda a casca é retirada, o que representa cerca de 20% da quantidade produzida. Essa casca pode ser reutilizada a fim de evitar o descarte de um material com diversas utilidades no meio ambiente. Visando as questões ambientais e econômicas, indústrias utilizam a casca do arroz como material combustível, substituindo a lenha, como uma olaria em Bagé – RS (QUINTANA, L.M.H. et.
al, 1999). Essa queima gera volumes enormes de cinzas que se não forem redirecionadas para outros usos serão descartadas no meio ambiente, o que é um grande problema.
Por conta da geração de tamanho volume resíduo, tanto mundialmente como nacionalmente, inúmeras pesquisas são desenvolvidas para o aproveitamento da cinza da casca do arroz - CCA. Uma das principais formas de utilização da CCA tem sido como adsorvente alternativo, devido às suas excelentes características para adsorção e o seu baixo custo de obtenção. A CCA vem sendo utilizada como adsorvente em diversos tipos de tratamento, como por exemplo no tratamento de água contaminada com petróleo ou diesel (VLAEV et al., 2011).
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Remover óleos e graxas de uma solução sintética de contaminante através do processo de adsorção, utilizando como adsorvente a cinza da casca do arroz, visando a possibilidade de aplicação deste método para o tratamento de água produzida.
1.1.2 Objetivos específicos
▪ Determinar a composição química da cinza da casca do arroz.
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▪ Construir a curva de adsorção dos contaminantes utilizando a CCA – Uso de curvas de calibração.
▪ Mapear o processo de remoção de contaminantes.
2. GESTÃO DO CONHECIMENTO
2.1 ÁGUA PRODUZIDA
Segundo Amini e colaboradores (2012), a água produzida é a corrente de efluentes líquidos de maior quantidade no tocante à produção de petróleo. Ela é toda água existente no processo de produção do petróleo, podendo ser de formação, originada nas rochas em que o petróleo foi extraído, de injeção, ou advinda de processos produtivos do petróleo, como a sua recuperação.
A água de formação representa a maior parte da água de produção. A tabela 1 mostra a produção de petróleo e de água de alguns campos de produção da bacia potiguar no ano de 2017.
Tabela 1 – Produção de petróleo e de água em alguns campos da bacia Potiguar no ano de 2017
Campo Data Início Produção
Produção de Petróleo
(m³)
Produção de Água (m³) Agulha 30/06/1979 13487,015 36886,063 Arabaiana 06/08/2002 6947,167 2567,214
Aratum 31/03/1987 31401,12377 525967 Cioba 16/03/2007 24574,834 62,919 Oeste de
Uburana 16/03/2007 11345,162 2194,268 Fonte: Agência Nacional de Petróleo
A composição da água produzida varia de acordo com a formação geológica e a
localização geográfica do reservatório (STEWART & ARNOLD, 2011). Os principais
constituintes presentes na água produzida são óleos, minerais dissolvidos advindos da
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formação rochosa, compostos químicos utilizados na produção, sólidos oriundos da produção, gases dissolvidos e microrganismos.
O principal parâmetro analisado na água produzida são os óleos e graxas, eles são uma mistura de hidrocarbonetos, em sua maioria aromáticos, que diferem entre si basicamente por conta de suas viscosidades. De acordo com Elkins e colaboradores (2005), os hidrocarbonetos são altamente insolúveis na água, fazendo com que a maior parte do óleo contido na água produzida esteja sob a forma dispersa.
Os óleos e graxas podem estar presentes na AP sob sua forma livre, gotas com diâmetros maiores que 100 micrometros, compostos pelos
1hidrocarbonetos menos solúveis em água, os qual existem em maior quantidade nela. Há também o óleo solúvel, que são hidrocarbonetos menos insolúveis na água, como
2BTEX e fenóis. (MOTTA et al, 2013).
O óleo em emulsão também está presente na água produzida, possui gotículas com diâmetro entre 20 e 100 micrometros e é formado por hidrocarbonetos praticamente insolúveis. Esta é a forma mais difícil de ser removida da água.
A água produzida pode ser levada à três destinos: reuso, injeção e descarte. O reuso consiste em dar outra finalidade à água gerada na produção, como tratá-la para posteriormente utilizar na remoção de óleos por um processo de separação de membranas (MOTTA et al, 2013).
Já a injeção é a utilização da água tratada no próprio processo produtivo, como usá-la para gerar o vapor que será injetado no poço de petróleo (FIDELIX, T. L. S., 2017).
BRITO (2015) descreve em seu trabalho o teor de óleos e graxas para águas descartadas pelo poço LVII – P – 57 da Petrobrás, estes resultados estão descritos na tabela 2.
Tabela 2 – Média mensal e máximas diárias para TOG da P – 57 para o ano de 2011 Meses
Média Mensal (mg/L)
TOG Máximo
(mg/L)
Julho 5 5
Agosto 8,4 21
Setembro 6,6 12
Outubro 7 13
Novembro 5,4 7
Dezembro 9,1 27
Fonte: Adaptado de BRITO (2015)
1-Hidrocarbonetos:
2-BTEX:
Compostos orgânicos que possuem na sua composição carbonos e hidrogênios em sua maioria Compostos orgânicos: Benzeno, Tolueno, Etil-Benzeno e Xileno
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O tratamento para descarte da água produzida se faz essencial, visto que ela se encontra repleta de poluentes e existem legislações que regulam estes descartes para que não haja prejuízos ambientais com esta prática.
O tratamento da AP evita danos ao meio ambiente e às instalações de produção e permite o seu reuso sem causar prejuízos aos processos nos quais a AP será utilizada (MOTTA et al, 2013).
2.2 TRATAMENTO DA ÁGUA PRODUZIDA
A água produzida possui riscos ambientais que variam em função da sua composição, das características do local em que ela foi obtida e da sua destinação final.
Koren e Syversen (1995) afirmam que um mínimo volume de óleo é suficiente para contaminar imensa quantidade de água, acarretando sérios problemas ambientais e custos altos para a regeneração dos locais contaminados.
O descarte inadequado da água produzida traz efeitos nocivos ao meio ambiente, como a poluição de corpos d ‘água, contaminação de aquíferos, danos ao solo, à fauna, à flora, à saúde humana e até mesmo à própria produção de petróleo (VIEIRA, 2011).
A resolução nº 393 do CONAMA coloca como limites a concentração média aritmética simples mensal de óleos e graxas de até 29 mg/L, com valor máximo diário de 42 mg/L para o descarte adequado da AP. A água produzida deve ser tratada de acordo com a finalidade que ela terá, de modo que atenda aos parâmetros necessários para o seu fim.
Processos convencionais de tratamento, como separação gravitacional e flotação,
podem não apresentar a eficácia necessária, o que implica no surgimento de métodos não-
convencionais, como tratamentos físico-químicos e processos de separação por membranas
(IWAKI, 2015). A tabela 3 faz uma comparação entre os principais métodos convencionais no
tratamento de óleos e graxas.
17
Tabela 3 – Comparação entre processos convencionais de tratamento de água produzida para a remoção de óleos e graxas
Membranas Hidrociclones
Flotadores Coalescedores de leito Princípio
operacional
Filtração Separação gravitacional
aprimorada
Filtração e gás natural
Coalescência + separação gravitacional Capacidade de
remoção em diâmetro de gota (µm)
1 10 a 30
10 a 20 10 a 15
Requerimento de área superficial
Baixo Baixo
Baixo Baixo
Requerimento por produtos
químicos
Não Não
Sim Não
Aplicações em instalações de tratamento de água produzida
Onshore e offshore
Offshore Onshore e offshore
Onshore e offshore
Principais desvantagens
Fouling e necessidade
de limpeza química
Bloqueio de porta de rejeito por areia
ou incrustação e erosão por areia
Pouco efetivo em alguns casos;
Uso de produtos químicos e geração de lodo
Bloqueio dos poros e necessidade de
retrolavagem Fonte: Adaptado de STEWART E ARNOLD (2011)
Um dos métodos de tratamento não convencional faz o uso da adsorção, processo que
vem sendo largamente difundido entre as pesquisas que tem como enfoque principal o
tratamento de efluentes, inclusive a água produzida.
18
2.3 PROCESSO DE ADSORÇÃO
A adsorção é um processo físico-químico onde uma espécie química, o adsorvato, se prende à superfície de outra espécie, o adsorvente (ATKINS, 2002). O adsorvente geralmente será um sólido, podendo o adsorvato estar na forma gás, sólido ou líquido.
Este processo pode ocorrer na forma de fisiosorção ou de quimissorção. A fisiosorção é um processo de adsorção física onde há interações de forças intermoleculares de Van Der Waals, elas são forças fracas que não chegam a formar ligações químicas, com entalpias de adsorção entre 10 e 40 kJ/mol, onde é possível uma adsorção em multicamadas, não específica, rápida e reversível (CUEVAS, 2011).
A quimissorção é um processo de adsorção química onde as moléculas se unem ao adsorvente por ligações químicas, geralmente covalentes, acarretando a formação de uma camada única de superfície sólida e irreversibilidade da ligação. As espécies adsorvidas são ligadas por forças de valência, que são as mesmas que ligam os átomos numa molécula e estão associadas às entalpias de adsorção que variam entre 40 e 1000 kJ mol
-1(CUEVAS, 2011).
Segundo Berwanger Filho (2014), existem dois fatores que tornam a adsorção um excelente tipo de tratamento: A possibilidade de reutilização do efluente tratado e a regeneração do adsorvente em casos de fisiosorção, que faz com que este possa ser utilizado novamente por diversas vezes no processo adsortivo.
2.4 FATORES QUE INFLUENCIAM A ADSORÇÃO
O processo de adsorção sofre interferências de diversos fatores, tanto internos quanto externos ao adsorvente. Dentre eles, citam-se: a área superficial do adsorvente, o tamanho dos poros, a temperatura, o pH, a velocidade de agitação, as características físico-químicas do adsorvente e do adsorvato (RUTHVEN, 1984).
Uma grande área superficial do adsorvente aumenta a eficiência do processo de
adsorção. O tamanho do microporo determina a capacidade das moléculas de soluto de
acessá-lo, de tal modo que a distribuição de tamanho do poro é outra propriedade importante
para a caracterização da adsortividade dos adsorventes (LUZ, 2012).
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Os poros onde são realizadas as interações ou ligações que geram a adsorção são chamados de sítios ativos, eles variam de acordo com a substância que se deseja adsorver e em função do tamanho dos poros também, como mostra a Tabela 4.
Tabela 4 – Classificação do tamanho de poros Classificação Tamanho
Microporo 0 ~ 2 nm Mesoporo 2 ~ 50 nm Macroporo 50 ~ 7500 nm
Megaporo > 7500 nm Fonte: IUPAC
Segundo NASCIMENTO (2010), um aumento da temperatura eleva a taxa de difusão entre as moléculas do adsorvato interna e externamente devido à redução da viscosidade da solução. A mudança de temperatura também afeta o equilíbrio de adsorção já que uma elevação desta pode produzir uma desobstrução de poros no interior do adsorvente, o que permite um acesso de moléculas maiores a estes poros (DOGAN; ALKAN; DEMIRBAS, 2006).
OLIVEIRA (2015) verifica em seu trabalho que a alteração do pH teve pouca influência no comportamento dos adsorventes, pois o percentual de remoção de óleos se manteve alto mesmo em pHs variados.
A velocidade de agitação é primordial para um bom desenvolvimento do processo já que as partículas de adsorvente devem entrar em contato de modo homogêneo com o adsorvato, pois, segundo LUZ (2012), quando existe uma dispersão homogênea, a espessura da camada limite é reduzida e a taxa da transferência de massa aumenta.
As características físico-químicas dos adsorventes e adsorvatos e as condições operacionais que influenciam na adsorção estão descritas na Tabela 5.
Tabela 5 – Fatores que influenciam na adsorção
Adsorvente Adsorbato Condições operacionais
Área superficial Polaridade pH
Tamanho dos poros Tamanho da molécula Temperatura Densidade Solubilidade Natureza do solvente Grupos funcionais Acidez ou basicidade -
Hidrofobicidade - -
Adaptado de NASCIMENTO, R.F. et. al, 2014
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2.5 MATERIAIS ADSORVENTES
Carvão ativado ou outros materiais são utilizados para remover os corantes dos efluentes por adsorção (LOPEZ; GUTARRA, 2000). É indubitável que o carvão ativo é o sólido mais largamente empregado, em todo o mundo, como adsorvente para remoção de poluentes em efluentes hídricos.
De acordo com BABEL e KURNIAWAN (2003), devido às suas características próprias, como alta porosidade, estrutura química e elevada área superficial, o carvão ativo possui grande capacidade de adsorver substâncias menores em sua superfície.
Porém, mesmo com características ideais para adsorção, há desvantagens no uso do carvão ativado, como o seu alto custo de obtenção no mercado, que dificultam sua utilização.
A dessorção do carvão ativado, processo de limpeza de sua superfície para reuso como adsorvente, é dispendiosa e tanto a recuperação térmica como a química não o regeneram em sua totalidade, o que gera perdas na capacidade adsortiva deste.
Por isso voltam-se as atenções hoje para adsorventes alternativos, pois seu custo mais acessível é de fundamental importância na comparação entre materiais adsorventes e na definição de que material é mais viável utilizar no processo.
Geralmente os rejeitos agrícolas e industriais tem seu potencial como material adsorvente testado.
Alves (2013) testou o uso de argilas como adsorventes para a remoção do corante Verde Malaquita, Albertini e colaboradores (2007) estudaram sobre o use serragem e bagaço de cana-de-açúcar como material adsorvente de cádmio. Pesquisas também já utilizam a casca de arroz e sua cinza como material adsorvente (BERWANGER FILHO, 2014).
Esse adsorvente geralmente precisa passar por um pré-tratamento para adquirir um melhor desempenho operacional na remoção de poluentes orgânicos ou inorgânicos empregando o processo de adsorção (NAJA, 2010).
O baixo custo de produção de adsorventes alternativos é um fator bastante atraente e
que tem sido primordial para o avanço dos estudos referentes a estas biomassas. Segundo
Volesky (1990), os adsorventes devem possuir algumas características físicas para que
tenham uma boa capacidade adsortiva. Já que se trata de um processo de superfície, uma vasta
área superficial com sítios adsortivos acessíveis é fundamental para uma potencial capacidade
de adsorção.
21
As propriedades adsortivas dependem diretamente do tamanho dos poros e da natureza da superfície sólida do adsorvente. Essas características auxiliam no encontro da interface adsorvato-adsorvente mais adequada de se trabalhar. Biomassas com essas propriedades podem ser facilmente utilizadas na adsorção.
A tabela 6 mostra alguns materiais adsorventes utilizados na regulação do teor de óleos e graxas de águas de produção.
Tabela 6 – Adsorventes utilizados para tratamento da AP
Adsorvente Remoção
Carvão ativado
Compostos orgânicos dissolvidos, alguns metais
pesados e BTEX Argila orgânica Hidrocarbonetos livres
insolúveis e óleos e graxas Copolímeros Óleos e graxas Zeólitas e Resinas
Compostos orgânicos dissolvidos, BTEX, óleos e
graxas, sólidos suspensos, cálcio e magnésio Adaptado de FERREIRA (2016)
2.6 CINZA DA CASCA DO ARROZ
O Brasil é um dos maiores produtores de arroz do mundo, sua produção de arroz para a safra 2016-2017 está estimada para 11,96 milhões de toneladas (REVISTA GLOBO RURAL).
Segundo MARTÍNEZ (2011), aproximadamente 20 % da safra é composta da casca do arroz. Logo, o brasil produzirá em média 2,392 milhões de casca de arroz em sua última safra. Dentre as suas características, a cinza de arroz possui um alto teor de cinzas (FERNANDES, 2006)
Segundo BERWANGER FILHO (2014), a casca do arroz pode ser utilizada como biomassa, evitando seu descarte inadequado e reduzindo o custo com a destinação final dos resíduos, que é um processo longo e dispendioso.
De acordo com DELLA (2001), o uso da casca do arroz em processos de obtenção de
energia é uma excelente opção, em termos ambientais, pois é uma biomassa gerada de um
22
resíduo agroindustrial. Ao passar pela combustão, a CA terá importante redução de volume e seu potencial de uso elevado.
O resultado da queima da CA é a CCA. Suas propriedades variam de acordo com o tipo de combustão que a casca do arroz sofreu, podendo ter uma estrutura amorfa ou cristalina e uma coloração que varia de acordo com o andamento da combustão e com as mudanças estruturais da Sílica na cinza.
A composição química da cinza varia em função do solo em que o arroz foi plantado, dos tipos e teores de fertilizantes utilizados, bem como da variedade de arroz propriamente dita (RODRIGUES, 2008). Geralmente, a CCA apresenta teores em torno de 96% (m/m) de sílica (SiO
2), compostos orgânicos, óxidos alcalinos e impurezas (BERWANGER FILHO, 2014).
DELLA (2005) afirma que o alto teor de sílica da CCA é um fator crucial para o interesse das indústrias no uso deste resíduo em seus mais diversos ramos. Para ser utilizada como adsorvente a cinza de casca do arroz deve ter vindo de uma queima de CA à temperaturas moderadas, o que ocasiona a formação de uma melhor estrutura porosa com alta área específica.
Chang e colaboradores (2001) consideram a temperatura de 500 ºC para a queima da casca do arroz a como uma temperatura ideal para a produção de uma boa cinza. A CCA por ser insolúvel em água, apresentar uma boa estabilidade química, ter alta resistência e possuir uma estrutura granular e porosa, apresenta-se como um bom material adsorvente (KIELING, 2009).
Kieling (2009) demonstra que pesquisas que estudam o uso da CCA residual, oriunda
da casca do arroz utilizada para geração de energia em indústrias, têm como objetivo
aproveitar um resíduo industrial como um adsorvente de baixo custo.
23
3 MATERIAS E MÉTODOS
A figura 1 mostra o fluxograma da metodologia abordada na pesquisa.
Figura 1 – Fluxograma da metodologia do trabalho
3.1 CINZA DA CASCA DO ARROZ
A cinza da casca do arroz foi gentilmente cedida pela empresa BQmil e utilizada sem nenhum tratamento prévio (Figura 2).
Figura 2 – Cinza da casca do arroz
24
3.2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CINZA DA CASCA DO ARROZ
A composição química da cinza da casca do arroz foi obtida através de fluorescência de raios X por energia dispersiva (EDX) em um equipamento Shimadzu modelo EDX-820 com o objetivo de determinar os percentuais de compostos químicos presentes na CCA, em especial o teor de Sílica dela.
3.3 CARACTERIZAÇÃO DO PETRÓLEO
O petróleo utilizado foi caracterizado em relação à sua densidade. O óleo possui 22º API
1, de acordo com a tabela (Norma Brasileira Regulamentadora de classificação para medir a densidade relativa dos fluidos) é considerado um óleo médio, possui densidade absoluta de 920,97 kg/m³, medido com temperatura à 25º C no equipamento DMA 4200 M.
A densidade do petróleo interfere na adsorção no aspecto em que quanto maior a densidade do óleo menor a eficiência na adsorção devido à diminuição da área superficial que ocorre de acordo com o aumento deste parâmetro.
3.4 ESTABILIDADE DAS SOLUÇÕES À BASE DE PETRÓLEO E CONSTRUÇÃO DA CURVA DE CALIBRAÇÃO
Neste trabalho foi realizada uma metodologia alternativa aos métodos já existentes na análise do teor de óleos e graxas de uma amostra.
Curvas de calibração foram construídas a fim de determinar as concentrações do contaminante em meio ao hexano após o processo de adsorção utilizando uma solução sintética com 3 ml de petróleo para 1 L de hexano (3 ppm). A solução preparada teve sua estabilidade testada a fim de verificar se esta seria adequada para a realização dos testes de adsorção.
1-ºAPI: Escala arbitrária que mede a densidade de líquidos derivados do petróleo
25
Alíquotas da solução sintética foram levadas para leitura no espectrofotômetro a cada 5 minutos, ao longo de trinta minutos. Sua absorbância foi lida e utilizada na verificação da estabilidade da solução.
A partir da solução sintética, soluções de concentrações menores foram preparadas a partir da solução sintética. As soluções foram levadas ao espectrofotômetro na região do UV- visível, modelo SP-220 da marca BIOESPECTRO (Figura 4), a fim de obter os dados de absorbância e concentração para a construção da curva de calibração.
As leituras foram realizadas num comprimento de onda de 450 nanômetros e as informações foram utilizadas para plotar um gráfico de absorbância versus concentração (%).
3.5 TESTES DE ADSORÇÃO
Os experimentos de adsorção foram realizados para se estimar a capacidade de adsorção da CCA. Erlenmyers contendo diferentes quantidades (g) do material e 30 ml de so- lução sintética (Figura 3) foram mantidas sob agitação constante, à temperatura ambiente, durante 5 minutos, como apresenta a Figura 4.
Figura 3 – Cinzas pesadas para testes de adsorção. Figura 4 – Agitação das amostras.
O tempo de cinco minutos ficou estipulado devido a testes anteriores em que foi verificada a eficiência máxima de adsorção da cinza com esse tempo de agitação.
Os mesmos testes, porém, com concentrações diferentes de solução sintética, foram
realizados para a elaboração do mapeamento do processo.
26
3.6 MAPEAMENTO DO PROCESSO DE ADSORÇÃO POR SUPERFÍCIE DE RESPOSTA
Superfícies de respostas foram utilizadas para examinar o efeito da interação entre a concentração de adsorvente (cinza da casca do arroz) e a concentração de contaminante (petróleo). O planejamento fatorial de 3
2foi utilizado: três níveis com dois efeitos principais, conforme pode ser observado na Tabela 7.
Tabela 7 - Intervalo de análise dos parâmetros avaliados Parâmetro Valor Mínimo
(-1)
Valor Intermediário (0)
Valor Máximo (+1) Concentração de
Contaminante (%) 50 75 100
Massa de Adsorvente (g) 0,25 1,0 1,5
Fonte: Dados da pesquisa
Os níveis dos fatores foram codificados como -1 (mínimo), 0 (médio) e 1 (máximo).
Para tratamento dos dados, o programa estatístico Statistica versão 7.0 foi empregado para obtenção do gráfico de Pareto e a superfície de resposta.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CINZA DA CASCA DO ARROZ
A Tabela 8 apresenta os resultados obtidos da análise por Fluorescência de raios X da
cinza da casca do arroz. Neste método, a presença dos elementos se manifesta em um espectro
através de suas radiações características, esta foi realizada pelo método semi-quantitativo.
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Tabela 8 - Análise química da cinza da casca do arroz
Componente Concentração (%)
SiO
290,973
K
2O 6,955
CaO 0,735
P
2O
50,473
MnO 0,437
Fe
2O
30,233
SO
30,099
Tb
4O
70,072
ZnO 0,010
CuO 0,008
Rb
2O 0,006
∑(Somatório) 100
Fonte: Dados da pesquisa
De acordo com a Tabela 8 percebe-se que a cinza da casca do arroz possui, como elemento majoritário o SiO
2, que representa mais de 90% de amostra. O elevado teor de sílica desta, a torna valorizada, mas este resíduo só terá um grande potencial de uso se tiver uma alta qualidade, caracterizada pela elevada superfície específica, tamanho e pureza de partícula, podendo ser usado em diversas aplicações (Tashima et al., 2004).
De acordo com Chandrasekar e colaboradores (2003), a cinza da casca de arroz é um produto de resíduos sólidos da indústria de geração de energia, que é adequado para a reciclagem. Devido ao alto teor de sílica presente na cinza, o resíduo passa a ser valorizado, possuindo um vasto campo de aplicação deste material.
A sílica na casca de arroz é amorfa e transforma-se em sílica cristalina quando é aquecida à altas temperaturas.
Cordeiro e colaboradores (2009) afirma que na cinza amorfa, fatores como temperatura de queima, taxa de aquecimento, tempo de residência e ambiente de queima (disponibilidade de oxigênio), são responsáveis pela reatividade desta, pois influenciam na forma estrutural da sílica, na superfície específica das partículas e no teor de carbono remanescente.
É importante que a CCA possua uma estrutura amorfa visto que esta estrutura favorece o processo de adsorção mais que uma estrutura cristalina.
Desta forma, através de alguns procedimentos, é possível transformar resíduos
normalmente descartados em produtos úteis e, assim, evitar danos ao meio ambiente.
28
4.2 ESTABILIDADE DAS SOLUÇÕES À BASE DE PETRÓLEO E CONSTRUÇÃO DA CURVA DE CALIBRAÇÃO
A Figura 5 mostra a absorbância do sistema utilizado (solução sintética com 3 ml de petróleo para 1 L de hexano) em função do tempo (minutos).
Figura 5 – Absorbância, comprimento de onda de 450 nanômetros, em função do tempo para o sistema óleo cru/hexano à temperatura ambiente (25 ºC)
Os dados da Figura 5 mostram que no início do experimento (15 primeiros minutos) houve uma variação na absorbância da mistura. Inicialmente existia um desequilíbrio entre as fases liquida e vapor do hexano, já que este possui alta volatilidade. O estado de equilíbrio é alcançado espontaneamente e após certo período em sistemas fechados (MACIEL, 2012).
Assim se explica a variação inicial da absorbância, pois a evaporação do hexano fez com que a solução fosse se tornando mais concentrada em relação ao petróleo, acarretando então em um aumento gradual na leitura deste parâmetro. Quando o equilíbrio de fases é estabelecido, de acordo com Sandler (1999), as propriedades de pressão, temperatura, velocidade e concentração não variam.
Como não há mais variação na concentração da solução, a absorbância também não varia mais. Deste modo, pode-se afirmar que a partir de 15 minutos a mistura se torna estável, evidenciando assim que o sistema não sofrerá alterações em relação ao ar, luz (o hexano não reage com a luz) ou qualquer outro fator que não seja a presença do adsorvente (Cinza da casca do arroz).
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
0 5 10 15 20 25 30 35
Abso rb ân cia (n m )
Tempo (min)
29
A Figura 6 mostra a absorbância do sistema petróleo/hexano em função da concentração de petróleo.
Figura 6 – Absorbância, comprimento de onda de 450 nanômetros, em função de diferentes concentrações de petróleo
A equação da reta (A=0,8611*C + 0,0228) apresentada na Figura 6, mostra que as variáveis concentração e absorbância comportam-se linearmente, de modo a linha que representa a equação se aproxima bastante dos pontos gerados pelos dados do experimento, como desejado.
Isto acontece por causa da utilização do método estatístico dos mínimos quadrados, que fornece resultados não tendenciosos e com uma variância mínima (PIMENTEL, 1996).
O coeficiente de correlação (R
2) é uma medida da fração da variação total em y que pode ser explicada pela relação linear entre x e y (SKOOG et. Al., 2006). De acordo com Skoog et. Al. (2006), quanto mais próximo da unidade o coeficiente de correlação estiver, melhor este modelo representa as variações de y.
O coeficiente obtido pela análise (R² = 0,9959) se encontra próximo de 1, o que confirma a precisão das concentrações das soluções preparadas e a eficácia dos resultados baseados nesta curva de calibração. A partir da equação desta reta, foi determinado o percentual de adsorção (eficiência do adsorvente) das amostras.
y = 0,8611x + 0,0228 R² = 0,9959 0
0,5 1 1,5 2 2,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Ab so rb ân cia (n m )
Concentração (ppm)
30
4.3 INFLUÊNCIA DA QUANTIDADE DE ADSORVENTE (ENSAIOS DE ADSORÇÃO)
A Tabela 9 mostra a concentração do sobrenadante em função da massa de adsorvente no meio e a figura 7 esboça o percentual de remoção de contaminantes em relação à quantidade de massa de CCA em gramas.
Tabela 9 – Absorbância em função da quantidade de cinza da asca de arroz (g) para o sistema petróleo/hexano
Massa de Adsorvente (g)
Absorbância Concentração (g/L)
0 2,5 2,877
0,25 1,317 1,503
0,5 0,816 0,921
1,0 0,308 0,331
1,5 0,238 0,25
2,0 0,12 0,113
2,5 0,105 0,095
Fonte: Dados da pesquisa
Figura 7 – Gráfico indicativo da remoção de contaminante em relação à quantidade de adsorvente por amostra.
De acordo com os dados apresentados na Tabela 9 e a figura 7, fica evidenciado que a cinza da casca do arroz é um adsorvente de alta eficiência para a remoção de petróleo, com uma redução de aproximadamente 98% da concentração de contaminantes com a massa de 1,5 g. A queda do percentual de remoção com maiores quantidades de adsorvente pode ter ocorrido devido a falhas operacionais ou instrumentais.
0
47,758
67,987
88,495 98,31 96,072 96,698
0 20 40 60 80 100 120
0 0,25 0,5 1 1,5 2 2,5
R em oçã o (% )
Massa de adsorvente (g)
Remoção (%) x Massa de adsorvente (g)
31
A CCA é predominantemente composta por grandes poros em sua superfície, o que permite a retenção de grandes moléculas, tornando mais fácil a difusão da espécie a ser adsorvida.
O alto percentual de remoção da cinza do bagaço de arroz pode ser justificado devido à forte interação dos grupos silanóis que são compostos onde existe uma ligação de silício com uma hidroxila, presentes na cinza calcinada com alguns contaminantes derivados do petróleo, inclusive o fenol, conforme a ilustração da Figura 8.
Figura 8 – Modelo ilustrativo da superfície do adsorvente (cinza da casca do arroz) em função do fenol derivado do petróleo.
A existência dos grupos silanol faz com que alguns compostos sofram adsorção, principalmente pela formação de ligações de hidrogênio (FONSECA, 2009).
Ao ser aplicada em água produzida, podem haver quedas na remoção de óleos e graxas pela CCA, visto que sua estrutura é feita por compostos solúveis em água, como o Fenol.
As interações físico-químicas que ocorrem na superfície da sílica oriunda calcinação do bagaço da casca do arroz são de natureza eletrostática, devido aos pares de elétrons livres dos átomos de oxigênio e aos prótons de hidrogênio presentes.
Um efluente puro é obtido após a passagem da amostra pelo adsorvente, de modo que
este retira o contaminante da solução até que se encontre saturado, atingindo o seu potencial
máximo de adsorção.
32
O adsorvente tem seu máximo potencial nesta amostra porque aqui é encontrada a relação ótima de massa de adsorvente para volume de adsorvato, de modo que um aumento na quantidade de adsorvente praticamente não altera a porcentagem de remoção nas amostras pois a quantidade relatada acima é suficiente para remover até 98% do contaminante contido na amostra.
4.4 MAPEAMENTO DO PROCESSO DE ADSORÇÃO POR MODELAGEM FATORIAL
Através da modelagem fatorial foi possível avaliar o efeito das interações das variáveis (Concentração de contaminante e de adsorvente ideal) na eficiência do processo de remoção do contaminante do meio (Figuras 9, 10 e 11).
A Tabela 10 mostra os resultados do planejamento fatorial adotado (3
2) para o processo de adsorção do petróleo na cinza da casca do arroz.
Tabela 10 – Resultados do planejamento fatorial adotado Concentração de
Adsorvente (g)
Concentração de Contaminante
Absorbância
Inicial Absorbância final
Remoção (%)
0,25 100% 2,5 1,317 47,758
1,0 100% 2,5 0,308 88,495
1,5 100% 2,5 0,238 98,31
0,25 75% 1,961 1,539 21,52
1,0 75% 1,961 0,301 84,957
1,5 75% 1,961 0,163 91,688
0,25 50% 1,314 0,671 48,935
1,0 50% 1,314 0,605 53,957
1,5 50% 1,314 0,11 91,62
Fonte: Dados da pesquisa Figura 9 – Amostras
após agitação, concentração de 100%
Figura 10 – Amostras após agitação, concentração de 75%
Figura 11 – Amostras
após agitação,
concentração de 50%
33
Com o intuito de mapear o comportamento das variáveis no processo de remoção, os dados obtidos na Tabela 10 foram alimentados no programa, o Statistica 7.0. A Figura 12 mostra a superfície de resposta do percentual de remoção (%) em função da concentração de contaminante versus concentração de adsorvente.
Figura 12 – Superfície de resposta (Efeito percentual de remoção - %) gerada em função da quantidade de adsorvente (cinza da casca do arroz) e contaminante
Equação da superfície de Resposta:
Z= 50,246666666667 + 60,923777777777X - 9,9137777777776X
2-1,0427933333334Y + 0,0087320000000001Y
2Onde, Z representa o percentual de remoção e, X e Y, os efeitos da concentração de contaminante e massa de adosrvente, respectivamente.
De acordo com a Figura 12, os maiores percentuais de remoção de contaminante foram observados para as maiores quantidades de adsorvente utilizado em todas as concentrações de contaminante avaliadas, comprovando assim, o seu real potencial frente a remoção de contaminantes presentes na água produzida.
Segundo Alves (2013), O comportamento apresentado se deve ao fato de quanto maior a massa de adsorvente, maior a área superficial do material em contato com a amostra, existindo então mais sítios disponíveis para a realização da adsorção.
A Figura 13 apresenta o diagrama de Pareto para o percentual de remoção em função
dos parâmetros em avaliação (concentração de petróleo e concentração de adsorvente).
34
Um valor positivo ao lado da barra indica que, quanto maior o parâmetro, maior o percentual de remoção. Por outro lado, um valor negativo indica que com um aumento do parâmetro, ocorre uma diminuição no percentual de remoção.
Os efeitos cujos retângulos estiverem à direita da linha divisória (p=0,05) são estatisticamente significativos ao nível de 95% de confiança sobre a resposta.
Figura 13 – Diagrama de Pareto – Percentual de Remoção
De acordo com a Figura 13 ficou evidenciado a influência da quantidade de adsorvente
utilizado (CCA) no percentual de remoção de contaminantes, corroborando com os resultados
apresentados anteriormente.
35
5 CONCLUSÕES
O referido trabalho buscou a utilização da cinza de casca de arroz como adsorvente de óleos e graxas de uma solução sintética para aplicação do método em tratamentos em águas de produção do petróleo. O parâmetro medido é um dos mais importantes nas características da água produzida e é utilizado para regulamentação do descarte da água de produção.
As características químicas avaliadas da CCA indicam que uma das possibilidades do ótimo potencial de adsorção da cinza pode é devido ao seu elevado teor de SiO
2, o que torna este produto altamente valorizado pelos inúmeros tratamentos que necessitam de um alto teor de sílica. Fatores associados à realização das análises, como a temperatura de queima, também influenciam na reatividade e, consequentemente, no rendimento da utilização da biomassa em questão.
O teste de estabilidade do contaminante comprovou que este não sofreria influências de outros fatores nos ensaios a serem realizados além do efeito gerado pelo contato com o adsorvente, pois em menos de 15 minutos a solução preparada se mostrou de concentração estável nesta análise. A estabilidade se deve a miscibilidade entre óleo e hexano, então, quando o referido tratamento for aplicado a água produzida, a sua estabilidade deve ser testada novamente devido a natureza dos componentes que entrarão em contato serem diferentes.
Os ensaios de adsorção mostraram a eficiência da CCA na remoção de óleos e graxas da solução sintética, obtendo até 98% de remoção de acordo com as condições a que as amostras foram submetidas.
O mapeamento fatorial mostrou que a CCA tem um maior potencial de adsorção quando presente em maior quantidade no sistema de tratamento, visto que sua eficiência de adsorção foi maior em todas as amostras que continham 1,5 g de adsorvente, independente do contaminante estar presente em concentrações de 100, 75 ou 50% do sistema.
Portanto, pode-se inferir que a cinza da casca de arroz é um adsorvente promissor no tratamento da água produzida, com elevados percentuais de remoção de óleos e graxas, materiais presentes em grandes quantidades na AP.
Em termos financeiros, a CCA se torna viável pelo seu custo de obtenção baixo.
36
A questão ambiental é o ponto principal quando se fala de adsorventes advindos de biomassa, pois geralmente é dada uma nova finalidade para um produto que seria descartado no meio ambiente, muitas vezes em local inapropriado, já que não há uma disposição adequada para esses tipos de materiais. Então, quanto mais usos se der para um material que seria descartado inadequadamente no meio ambiente, melhor ele se classifica para as suas finalidades.
Neste caso, a CA deixa de ser descartada e passa a ser reutilizada em processos de
queima, a CCA gerada pode ser utilizada em processos de adsorção, e quando a adsorção
for química (não há possibilidade de regeneração do solvente – processo irreversível), a
CCA advinda do processo de adsorção também pode ser utilizada para outros fins, como
para testes no aumento da resistência do cimento.
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