Synthetic petroleum produced water treatment
use of electrodialysis
Abstract
The petrochemical industry has a production process that generates large volumes of water with a high concentration of salts, both in exploration and in refining process. In order for this water to be returned to the environment, or to be reused in the process, it must undergo some type of treatment to decrease the concentration of salts present. So, this work aims to study the removal of sodium and potassium ions from a contaminated water by means of membrane separation process – electrodialysis, simulating an oil extraction effluent. The study methodology consisted of using a solution of sodium chloride and potassium chloride simulating a washing water from an oil extraction process, this solution is then treated in an electrodialysis system. An electric current was applied, through a source, and the membrane potential was determined. The pH, conductivity and concentration of the solutions were also evaluated. The results obtained show that there was a removal of 78±1% of potassium and 66±3% of sodium. The demineralization rate was 72±1% for potassium and 65±1% for sodium. Finally, the energy consumption values were found to be 0,2 kWh/Kg for potassium and 0.6 kWh/Kg for sodium.
References
AKHTER, Mohsan et al. Application of electrodialysis in waste water treatment and impact of fouling on process perfor-mance. Journal of membrane, 2018. https://doi.org/10.4172/2155-9589.1000182
ALBORNOZ, Louidi Lauer et al. Electrodialysis applied to the treatment of an university sewage for water recovery. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2019. https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.102982
ANDREEVA, Marina A. et al. Influence of surface modification of mk-40 membrane with polyaniline on scale formation under electrodialysis. Membranes, v. 9, n. 11, jun. 2020. Disponível em: https://www.mdpi.com/2077-0375/10/7/145.
BARBOSA, Andreza Miranda de Andrade et al. Caracterização e análise do potencial da água produzida como alternativa para reúso. Holos, Rio Grande do Norte, v. 8, p. 1-15, 24 dez. 2019. https://doi.org/10.15628/holos.2019.9200
BARROS, K.S. et al. Determinação da corrente limite através da construção de curvas corrente-voltagem para o tratamento de efluente proveniente da galvanoplastia contendo cobre. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 22., 2016, [Anais...]. Natal, 2016. p. 7545-7554.
BELTRAME, Thiago Favarini et al. Effect of operational param-eters and pd/in catalyst in the reduction of nitrate using copper electrode. Environmental Technology v. 39, n. 22, p. 2835–47. https://doi.org/10.1080/09593330.2017.1367422
BELTRAME, Thiago Favarini et al. Nitrate reduction by electro-chemical processes using copper electrode: evaluating opera-tional parameters aiming low nitrite formation. Water Science & Technology, v. 84, n. 1, p. 200-215, jun. 2021. https://doi.org/10.2166/wst.2021.215
BENVENUTI, Tatiane et al. Avaliação do emprego da eletrodiá-lise no tratamento de efluentes de galvanoplastia: reuso de água.In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS, 20., 2013. [Anais...]. Bento Gonçalves, Brasil, 2013.
BENVENUTI, Tatiane. Estudo do transporte iônico no trata-mento do efluente de niquelação por eletrodiálise empregan-do técnicas potenciométricas. 2017. 142 f. Tese (Doutorado) - Curso de Ciência e Tecnologia de Materiais, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2017.
BITTENCOURT, Sergio Deitos. Eletrodiálise: uma tecnologia limpa para o tratamento de efluentes galvânicos. Revista Meio Ambiente e Sustentabilidade, Curitiba, v. 16, n. 8, p. 26-42, jun. 2019. https://doi.org/10.22292/mas.v16i8.827
BITTENCOURT, Sérgio Deitos et al. Tratamento de efluentes de zincagem eletrolítica ácida por eletrodiálise: utilização de densidades de corrente inferiores e superiores a limite. 138 p. Tese de doutorado em Engenharia. UFRGS. 2018.
BRASIL. Ministério do meio ambiente - Conselho Nacional do Meio Ambiente. Brasil. Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011. Brasil, 13 de maio de 2011. Disponível em: http://www2.mma.gov.br/port/conama/legiabre.cfm?codlegi=646.
BUZZI, D.C. et al. Water recovery from acid mine drainage by electrodialysis. Miner Eng. v. 40. p. 82-89. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2012.08.005
CARVALHO, Patrícia Cristina de Araújo Puglia de. Caracterização de água produzida na indústria de petróleo para fins de descarte e otimização do processo de separação óleo/água. 2011. 126 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2011.
CAVALCANTI, José Eduardo W. de A. Manual de tratamento de efluentes industriais. 3. ed. aum. São Paulo: Editora Técnica Ltda, 2016. 520 p
CUNHA, Gustavo dos Santos. Tratamento de efluntes da indústria petrolífera por eletroflotação/eletro-oxidação. Dissertação de (Mestrado em Engenharia Metalúr-gica e de Materiais) - Instituto Alberto Luis Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, Rio de Janeiro, 2014.
FERREIRA, Pedro Furtado et al. Panorama da produção de potássio e o potencial brasileiro - a exploração dos depósitos. 2016. 58 f. TCC (Graduação) - Curso de Geologia, Universi-dade Federal do Pará, Belém, 2016. Disponível em: https://bdm.ufpa.br:8443/jspui/bitstream/prefix/906/1/TCC_PanoramaProducaoPotassio.pdf.
FIDELIX, Thábata Layse da Silva. "Tratamento de água produ-zida para a geração de vapor utilizado na injeção em poços de petróleo". 2017. 58 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal,2017. Disponível em: https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/39544/2/Thabata-TCC_2017_Final.pdf.
GAUTO, Marcelo; ROSA, Gilber. Química industrial. Porto Alegre: Bookmann, 2013. 283 p.
GONÇALVES, Filipe Mattos. Contribuição da eletrocoagulação no tratamento de efluentes visando o reuso de água na in-dústria do petróleo. 2019. 97 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal de Mi-nas Gerais, Belo Horizonte, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/31867/1/Disserta%C3%A7%C3%A3o%20Filipe%20Final%202019.pdf.
JUVE, Jan-Max Arana et al. Electrodialysis for metal removal and recovery: a review. Chemical Engineering Journal, [S.L.], v. 435, maio 2022. Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.134857
KRAPF, Renan Silvano; FERREIRA, Jane Zoppas. Avaliação da eficiência do processo de eletrodiálise no tratamento de efluentes de níquel. Salão UFRGS 2014, UFRGS, 2014.
LACHACHI, Zoubida et al. Study of Proton Leakage at Interface of Anion-Exchange Membrane in Solutions of Acids, Salts, and Solvents Using Current/Voltage Characteris-tics. Chemical Engineering Communications, [S.L.], v. 203, n. 4, p. 566-574, 3 jun. 2015. Informa UK Limited. https://doi.org/10.1080/00986445.2015.1048801
LEE, Hong-Joo et al. Determination of the limiting current density in electrodialysis desalination as an empirical func-tion of linear velocity. Elsevier, p.43-50,2006.
Li, M. et al. Simultaneous reduction of nitrate and oxidation of by-products using electrochemical method. J. Hazard Ma-ter. 171, p. 724-730. 2009. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.06.066
MACEDO, Thaís Helena et al. Avaliação da eficiência da ele-trodiálise na remoção de cloretos. 79 p. Dissertação (Mestra-do em Engenharia) - UFRGS, 2018.
MACHADO, Mara. Avaliação do processo de eletrodiálise re-versa no tratamento de efluentes de refinaria de petróleo. 2008. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais), 2008.
MERKEL, Arthur et al. Bipolar membrane electrodialysis as-sisted pH correction of milk whey. Journal Of Membrane Science, [S.L.], v. 555, p. 185-196, jun. 2018. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2018.03.035.
MORENO, Jordi et al. Upscaling Reverse Electrodialy-sis. Environmental Science & Technology, [S.L.], v. 52, n. 18, p. 10856-10863, 13 ago. 2018. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b01886
OBERHERR, Renata. Aplicação das tecnologias conjugadas de ultrafiltração e eletrodiálise ao soro de leite proveniente da indústria láctea para posterior reúso. 2019. 103 f. Disser-tação (Mestrado) - Curso de Sistemas Ambientais Sustentá-veis, Universidade do Vale do Taquari-Univates, Lajeado, 2019. Disponível em: https://www.univates.br/bdu/bitstream/10737/2518/1/2019RenataOberherr.pdf.
OLIVEIRA, Matheus Raposo Gonçalves de. Custos no proces-so de refino do petróleo: um estudo de caso da refinaria Alberto Pasqualini (REFAP). 2022. 47 f. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Química, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/bitstream/handle/ufscar/16115/TG_MatheusRaposo.pdf?sequence=1.
PILCO, Alex et al. Current-Voltage Curves for Aqueous Solu-tions of Nacl: Determination of the Limiting Current. Journal Of Engineering Research And Application, v. 9, p. 34-39, nov. 2019. Disponível em: http://www.ijera.com/papers/vol9no11/Series-1/F0911013439.pdf.
ROJAS, Lino Angel Valcárcel. Qualidade química e radiológica de fontes de água para consumo humano do seridó oriental no Rio Grande do Norte-Brasil. 2020. 141 f. Tese (Doutorado) - Curso de Tecnologias Energéticas e Nucleares, Universida-de Federal de Pernambuco, Recife, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/38443/1/TESE%20Lino%20Angel%20Valc%c3%a1rcel%20Rojas.pdf.
SALDANHA, Fernando Ferreira. Guia didático sobre combustí-veis derivados do petróleo: um exemplar para os cursos técni-cos em química. 2019. 103 f. TCC (Graduação) - Curso de Licenciatura em Química, Universidade Federal do Rio Gran-de do Sul, Porto Alegre, 2019.
SANTOS, Camila Silveira Lamanes dos. Aplicação do processo de eletrodiálise na remoção de cromo em efluente sintético advindo de biorreator anaeróbio. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - UFU, 2016. https://doi.org/10.17648/sinaferm-2015-33491
SANTOS, Rafael Victor Gomes dos. Tratamento de água pro-duzida utilizando os processos de flotação, ozonização e separação por membranas. 2017. Dissertação (Mestrado) - Pós-graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, 2017.
SILVA, Thiago Crispim da et al. Breve revisão sobre água pro-duzida. In: CONGRESSO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE,16., 2019. [Anais...]. Poços de Caldas. Justiça Social e sustenta-bilidade medianizado pela economia verde., 2019. v. 11, p. 1-5.
STEVANATO, Diego Junqueira. Efeitos de hidrocarbonetos derivados de petróleo sobre a ontogênese de Astyanax lacus-tris. 2020. 151 f. Tese (Doutorado) - Curso de Zootecnia, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2020. Disponível em: https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/handle/1884/67708/R%20-%20T%20-%20DIEGO%20JUNQUEIRA%20STEVANATO.pdf?sequence=1&isAllowed=y.
TENEDINI, Marcos Vinicius et al. Aplicação da eletrodiálise no tratamento terciário de esgoto. 2019. 129 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Qualidade Ambiental, Universidade Feevale, Novo Hamburgo, 2019. Disponível em: https://biblioteca.feevale.br/Vinculo2/00001f/00001f7c.pdf.
YAN, H. et al. Separation of alumina alkaline solution by elec-trodialysis: Membrane stack configuration optimization and repeated batch experiments. Separation and Purification Technology, v. 139, p.78-87, 2015. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2014.11.004
