Realizado em Vitória/ES, de 17 a 19 de Setembro de 2014.
ISBN: 978-85-85905-08-8
TÍTULO: Água produzida de petróleo: determinação multielementar utilizando a técnica ICP OES após digestão por micro-ondas
AUTORES: Rigo Almeida, J. (UFES) ; Rodrigues Penha, T. (UFES) ; Vinicius Ribeiro de Castro, E. (UFES) ; Pedrini Brandão, G. (UFES) ; Weitzel Dias Carneiro, M.T. (UFES)
RESUMO: Esse trabalho propõe o desenvolvimento de um procedimento analítico para
determinação de Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Se e V em amostras de água produzida gerada
pela exploração de petróleo, visto que o conhecimento da sua composição química
inorgânica é de extrema importância industrial e ambiental. Portanto, empregando-
se a técnica espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado
(ICP OES), que permite determinação multielementar; após digestão da amostra via
radiação por micro-ondas, para remoção da matéria orgânica; a determinação dos
elementos traço pode ser feita segundo um sistema formado por 15 g de amostra de
água produzida e 2,0 mL de ácido nítrico concentrado, usando curva de calibração
salina a 10‰.
PALAVRAS CHAVES: Água produzida; Elementos traço; ICP OES
INTRODUÇÃO: A água produzida de petróleo é proveniente da mistura da água injetada utilizada
nos processos de recuperação de gás e óleo com a água originalmente presente no
próprio reservatório e possui extrema importância para a indústria, pois grandes
volumes estão envolvidos durante o processo de exploração ou tratamento primário
do petróleo (TEIXEIRA, 2007). Em geral, cerca de 2.000.000 a 40.000.000 litros
desta água são gerados por dia, e este valor comumente é superior à quantidade e
óleo produzido em plataformas offshore, já que com o envelhecimento do poço
maiores volumes de água são necessários para a exploração do petróleo. Dessa
forma, o conhecimento da composição química inorgânica da água produzida se
torna ferramenta para a avaliação deste efluente gerado, tanto para a sua
caracterização geoquímica, quanto para os aspectos ambientais de toxicidade,
pois antes do seu descarte é imprescindível a caracterização e tratamento a fim
de se evitar a contaminação do meio ambiente. (SCHOLTEN et al., 2000). Muitos
trabalhos na literatura se concentram nas dificuldades e problemas relativos à
água produzida que estão associados à matriz salina e com alto conteúdo
orgânico. Porém, poucos descrevem uma metodologia aprofundada de análise dessas
amostras sem que seja necessário o uso de técnicas para redução da interferência
da matriz, como grandes diluições (BRANDÃO, 2012), pré-concentração por extração
em ponto nuvem (BEZERRA, 2007) e o uso de resinas (FREIRE, 2012). Sendo assim, o
objetivo deste trabalho é desenvolver um método para a determinação de elementos
traço (Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Se e V) em amostras de águas de produção geradas pela
indústria de petróleo.
MATERIAL E MÉTODOS: As amostras de água produzida de petróleo foram fornecidas pelo LabPetro/NCQP,
provenientes de poços de produção de petróleo do Estado do Espírito Santo. Para
o pré-tratamento das amostras empregou-se a mineralização ácida (digestão) por
radiação micro-ondas usando um forno Multiwave 3000 (Anton Paar) com rotor
16MF100/HF100. A digestão das amostras foi feita baseando-se no Método 3030K de
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (p. 3-8, 1995) que
consiste na pesagem da amostra, adição de ácido nítrico concentrado e
aquecimento no forno em dois estágios: (1) alcance de 545 W durante 10 minutos e
o (2) em 344 W no período de 10 minutos. Então, testou-se a pesagem de
diferentes massas: 15, 25 e 35 g. Aplicou-se o Método de Mohr para determinar a
salinidade das amostras já digeridas e diluídas. Testou-se a equiparação de
matriz com curvas de 0, 10 e 40 ‰ de salinidade, e o emprego de padrão interno
(PI) utilizando Ir, Sc, e Y, para a análise dos elementos usando um equipamento
de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) modelo OPTIMA 7000
DV (Perkin Elmer). Sendo que os melhores resultados foram obtidos com 15 g de
amostra, curva de 10‰ de salinidade e para Cr, Co, Ni e Se sem adição de PI, Fe
e Mn com uso do Sc como PI, e V com uso do Ir como PI.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: O Método 3030K (APHA/AWWA/WEF, 1995) para o tratamento de águas e efluentes
preconiza a utilização de 45 mL, cerca de 45 g de amostra, mas, como a água
produzida apresenta seu potencial tóxico, tanto para o meio ambiente quanto para
o manipulador deste material, e também um caráter salino muito forte visou-se o
teste com diferentes quantidades de amostra usando 15, 25 e 35 g variando-se o
volume de ácido nítrico concentrado em 2,0; 3,5 e 5,0 mL, respectivamente. A
salinidade das amostras já digeridas e diluídas variavam de acordo com a
quantidade utilizada, sendo que para 15 g resultou em 8,02 e 3,85 ‰; para 25 g:
9,10 e 5,62 ‰; para 35 g: 43,3 e 13,09 ‰, nas diferentes amostras testadas. Na
análise via ICP OES foi testada curvas de calibração por equiparação de matriz
(salinidade variando em 0, 10 e 40 ‰), na qual se obteve bons resultados de
recuperação (%) para a maioria dos elementos usando massa de 15 g e curva de
salinidade a 10‰: Para Ni 86,8; V: 95,6 e Cr: 75,2 %. Nas condições pré-
estabelecidas empregou-se padronização interna (PI) usando Sc, Y e Ir nas
amostras AP1A e AP2A com fortificação de 50 ng/mL dos elementos; e AP1B e AP2B,
com fortificação a 100 ng/mL. Posteriormente, realizou-se o estudo matemático e
estatístico das intensidades de cada elemento geradas pelo equipamento de ICP
OES. As figuras de mérito obtidas no procedimento proposto, como recuperação
(%), limites de detecção (LD) e limites de quantificação (LQ) estão apresentadas
nas Tabelas 1 e 2.
Tabela 1.
Tabela 1. Recuperação dos analitos: Cr, Co, Ni e Se
sem PI, Fe e Mn com uso do Sc como PI e V com uso do
Ir como PI
Tabela 2.
Tabela 2. Limites de Detecção (LD) e Limites de
Quantificação (LQ) para os elementos na curva de 10
‰ de salinidade
CONCLUSÕES: A partir dos resultados obtidos para cada elemento, pode-se dizer que o procedimento proposto por este presente trabalho realizado durante projeto PIBIC/UFES, apresenta boa sensibilidade, precisão e exatidão tornando-se adequado à determinação de elementos traço em água produzida da indústria de petróleo. Sendo assim, através deste procedimento analítico é possível caracterizar, em
termos de elementos traço, amostras de água produzida e, desta forma, avaliar e
classificar este importante efluente quanto ao descarte e tratamentos apropriados.
AGRADECIMENTOS: Agradecimentos ao PIBIC/UFES pelo apoio financeiro e ao LabPetro/NCQP, juntamente
ao Laboratório de Espectrometria Atômica (LEA), ANP e Petrobrás.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: TEIXEIRA, H. M. F. Desenvolvimento e aplicação de metodologias para caracterização multielementar de água conata em amostras de petróleo. 2007. 234f. Tese de Doutorado – Programa de Pós Graduação em Química, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2011.
SCHOLTEN, M.C.T.; KARMAN, C. C.; HUWER, S. Ecotoxicological risk assessment related to chemicals and pollutants in off-shore oil production. Toxicology Letters, v. 112–113, p. 283–288, 2000.
BRANDÃO, H. M. P. Determinação de elementos traço em petróleos e em águas de produção por espectrometria de absorção atômica. 2012. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Exatas. 2012.
BEZERRA, M. A.; MAEDA, S. M. do N.; OLIVEIRA, E. P.; CARVALHO, M. de F. B. de.; SANTELLI, R. E. Internal standardization for the determination of cadmium, cobalt, chromium and manganese in saline produced water from petroleum industry by inductively coupled plasma optical emission spectrometry after cloud point extraction. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. v. 62, ed 9, p. 985–991, 2007.
FREIRE, A. S., SANTELLI, R. E. Trace elements determination in high salinity petroleum produced formation water by high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry after matrix separation using Chelex-100® resin. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, v. 71–72, p. 92–97. 2012
APHA/AWWA/WEF. Preliminary treatment (3030)/Microwave-assisted digestion. In: Standard methods for the examination of water and wastewater. 19th ed. - Washington, D.C.: APHA, 1995. 1 v. p. 3-8.