Avaliação da degradação de matéria orgânica em água produzida real utilizando ânodos de Ti/Pt e BDD em sistema de Fluxo

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Ambiental

Autores

Campos, V. (UFRN) ; Amaral, L. (UFRN) ; Silva, J. (UFRN) ; Araújo, D. (UFRN) ; Huitle, C. (UFRN) ; Silva, D. (UFRN)

Resumo

O presente trabalho avaliou a degradação da matéria orgânica presente na água produzida através de análises de DQO, UV-vis e pH após a água produzida ser submetida à oxidação eletroquímica (OE) no sistema em fluxo com eletrodos de BDD e Ti/Pt, nas densidades de corrente de 15, 30 e 60 mA cm-2. Observou-se que para o eletrodo de Ti/Pt as porcentagens de degradação foram de 43,8 %, 72,6 % e 100 % para as densidades de 15, 30 e 60 mA cm-2, respectivamente. Já para o eletrodo de BDD na densidade de corrente de 15 mA cm-2 a porcentagem de degradação foi de 80 %, e para as densidades de 30 e 60 mA cm-2 a degradação foi de 100 %, porém, o tempo de eletrólise da densidade de corrente 60 mA cm-2 foi de 3 0min, tornando essa condição a mais eficiente entre todas.

Palavras chaves

Água produzida; BDD; Ti/Pt

Introdução

A água produzida, efluente gerado em grandes volumes nos processos petroquímicos, requer certos cuidados para que seja descartada no meio ambiente, uma vez que apresenta em sua composição diversos compostos com elevada toxicidade, tais como BTEX, HPA, metais, dentre outros. Por esse motivo, muitos esforços vêm sendo desprendidos a fim de tratar essa água residual, para que se possa efetuar o devido descarte sem causar nenhum desequilíbrio ambiental (Ekins P. et al, 2007; Bande, R.M. et al, 2007). Muitas tecnologias de tratamento de água produzida têm sido propostas na literatura, dentre elas a oxidação eletroquímica, que tem se destacado nos últimos anos por ser versátil, eficiente, possuir baixo custo e compatibilidade ambiental (Drogui P. et al, 2007; Sirés I. et al, 2014; Santos E. et al, 2014). Diante o exposto, o objetivo desse trabalho é avaliar a degradação da matéria orgânica em uma amostra real de água produzida através de análises de Demanda Química de Oxigênio (DQO), Espectrofotometria de UV-visível e pH por meio de OE utilizando os eletrodos de Ti/Pt e BDD em sistema de fluxo, em diferentes densidades de corrente.

Material e métodos

Foi utilizada Água Produzida de um campo do Estado do Rio Grande do Norte. As oxidações eletroquímicas foram realizadas em sistema de fluxo, com volume 1 L. Os ânodos utilizados foram de BDD e Ti/Pt, ambos com área geométrica de 63,5 cm2. As densidades de corrente aplicadas foram de 15, 30 e 60 mA cm-2 utilizando uma fonte de alimentação MINIPA MPL-3305. As coletas foram realizadas a cada 5 min. durante 30 min. e após esse intervalo foram realizadas a cada 30 min. até decorridos 180 min. de experimento. As amostras coletadas foram submetidas a análises químicas de pH Bancada mPA120 da marca MS TECNOPON Instrumentação. A DQO foi obtida colocando-se 2 mL da amostra em vials pré-dosados e digerida em um termo-reator da marca HANNA instruments® e as leituras realizadas em um fotômetro multi-parâmetros modelo HI 83099 da mesma marca. A Espectroscopia de UV-visível em um Espectrofotômetro SPECORD 210 Plus da Analytic Jena em comprimentos de onda entre 190 nm e 400 nm.

Resultado e discussão

Para as medidas de UV-vis com o eletrodo de Ti/Pt observa-se surgimento de bandas de comprimento de onda máximo em 290 nm quando foram aplicadas as densidades de corrente de 30 e 60 mA cm-2, o que não é observado quando foi aplicada a densidade de corrente 15 mA cm-2. Observa-se ainda que o decaimento desta banda ocorreu somente para a densidade de corrente de 60 mA cm-2 indicando que os compostos pode ter sido degradados. Já para o eletrodo de BDD observou-se o surgimento de bandas para as três densidades de corrente sendo um decaimento considerável a partir de 60min para a densidade de 60 mA cm-2 devido uma maior eficiência do material eletrocatalítico. Na análise de pH, o valor inicial da solução de água produzida foi de 8,5, e não houve uma variação significativa para as três densidades de corrente estudadas, mantendo-se na região básica durante todo o processo de eletrólise. Observa-se que a degradação de alguns compostos orgânicos presentes na amostra inicial e a formação de intermediários não influenciaram no pH. No decaimento da DQO, observa-se na Figura 1a que para o eletrodo de Ti/Pt, ocorre decaimento para todas as densidades de corrente, obtendo-se porcentagens de remoção de 43,8 %, 72,6 % e 100 % para as densidades de 15, 30 e 60 mA cm-2, respectivamente. Na Figura 1b observa-se uma maior taxa de remoção de DQO usando BDD, quando comparado ao eletrodo de Ti/Pt, uma vez que obteve-se 80 % de remoção quando foi aplicada uma densidade de corrente de 15mAcm-2, e 100 % para as densidades de corrente de 30 e 60 mA cm-2. Porém, a total eliminação da matéria orgânica é obtida mais rapidamente quando se utilizou a densidade de corrente de 60 mA cm-2, que ocorreu após 30 min de eletrólise.

Decaimento normatizado da DQO em função do tempo: a) Ti/Pt; b) BDD. Eficiência de remoção da DQO em função do tempo: a) Ti/Pt e b) BDD.

Conclusões

Foi possível degradar a matéria orgânica da água produzida por meio da oxidação eletroquímica utilizando tanto o eletrodo de Ti/Pt quanto o BDD. Constatou-se que os melhores resultados obtidos foram para o filme de diamante nas densidades de corrente de 30 e 60 mA cm-2 no qual se conseguiu 100 % de degradação de matéria orgânica.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Núcleo de Processamento Primário e Reuso de Água Produzida e Resíduo, NUPPRAR.

Referências

Bande, R.M., Prasad, B.B., Mishra, I.M., Wasewar, K.L. Oil field effluent water treatment for safe disposal by electroflotation. Chem. Eng. J. 34: 503-509, 2007
Drogui P., Blais J.F., Mercier G. Review of electrochemical technologies for environmental applications. Recent patents on engineering. 1:257-272, 2007
Ekins P., Vanner R., Firebrace J. Zero emissions of oil in water from offshore oil and gas installations: economic and environmental implications. J. Clean. Prod. 15:1302–1315, 2007
Santos E.V., Rocha J.H.B., Araújo D.M., Chianca D., Martinez-Huitle C.A. Decontamination of produced water containing petroleum hydrocarbons by electrochemical methods: a minireview. Environ Sci Pollut Res Int. 21: 8432-8441, 2014
Sirés I., Brillas E., Oturan M. A., Rodrigo M. A., Panizza M. Electrochemical advanced oxidation processes: today and tomorrow. A review. Environ Sci Pollut Res.21: 8336-8367, 2014