Uso de ferramentas quimiométricas para avaliação da eficiência da retenção de contaminantes inorgânicos em resíduos oleosos do petróleo com uso de poliacrilamida

Abstract

As borras oleosas são resíduos potencialmente tóxicos, gerados durante as etapas de perfuração, produção e refino do petróleo e o seu descarte inadequado pode ser prejudicial ao meio ambiente. Alguns métodos físicos, químicos e biológicos já são utilizados para o tratamento desse passivo, mas eles apresentam baixa eficiência além do elevado custo. A floculação é uma metodologia já aplicada e consolidada para tratamento de água e efluentes industriais, e se mostra como uma ferramenta interessante no tratamento de resíduos mais complexos. Desse modo, o trabalho visou utilizar ferramentas quimiométricas, com metodologia de superfície de resposta, para otimizar as condições experimentais da floculação da borra oleosa de petróleo usando a poliacrilamida catiônica modificada como floculante, de modo que os metais (Al, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, La, Li, Mg, Ni, Pb, Sb, Sr, Ti, V e Zn) foram avaliados e quantificados por ICP-MS e as respostas obtidas foram tratadas com a função desejabilidade. Na etapa de triagem da significância das variáveis (concentração de polímero, massa de resíduo, tempo de agitação e temperatura) foi utilizado um planejamento fatorial completo, que apontou a significância de todos os fatores estudados e segundo a ANOVA 87% dos dados encontravam-se ajustados. Como o gráfico de paretos indicou que a redução da temperatura melhoraria a ação do polímero, esse fator foi retirado do planejamento seguinte e mantido à 20 °C. A condição ótima experimental foi obtida com um planejamento Box-Behnken, e os resultados apontaram as três variáveis estudadas como significativas e, segundo a ANOVA 71% dos dados encontram-se ajustados ao modelo matemático. O ponto ótimo da floculação foi obtido com uma massa de 10,0 g de borra oleosa, 0,0250% m v-1 de concentração de polímero e uma agitação de 15 minutos; nessas condições observou-se que a poliacrilamida foi capaz de reter entre 80 e 100% da concentração dos metais presentes na borra. A exatidão foi avaliada a partir de testes de adição e recuperação dos analitos, sendo recuperado aproximadamente de 82 a 125% da quantidade fortificada para a maioria dos elementos. Além disso, foi realizado um planejamento do tipo Doehlert para otimização dos parâmetros instrumentais, sendo a melhor condição obtida para 1250 W de potência de rádiofrequência e 1,16 L min-1 de vazão do gás nebulizador. Portanto, a poliacrilamida catiônica modificada se mostrou eficiente na remoção de contaminantes inorgânicos presentes na borra oleosa.

Abstract: Oily sludge is potentially toxic waste generated during the drilling, production and refining stages of oil and its improper disposal can be harmful to the environment. Some physical, chemical and biological methods are already used to treat this liability, but they have low efficiency beyond high cost. Flocculation is a methodology already applied and consolidated for the treatment of water and industrial effluents, and is an interesting tool in the treatment of more complex residues. Thus, the work aimed to use chemometric tools, with response surface methodology, to optimize the experimental conditions of oil sludge flocculation using cationic polyacrylamide modified as flocculant, so that metals (Al, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ga, La, Li, Mg, Ni, Pb, Sb, Sr, Ti, V and Zn) were evaluated and quantified by ICP-MS and the responses obtained were treated with the desirable function. In the stage of screening the significance of the variables (polymer concentration, mass of residue, agitation time and temperature) a complete factor planning was used, which pointed out the significance of all factors studied and according to ANOVA 87% of the data were adjusted. As the parity graph indicated that the reduction in temperature would improve the action of the polymer, this factor was removed from the following planning and maintained at 20°C. The optimal experimental condition was obtained with a Box-Behnken planning, and the results indicated the three variables studied as significant and, according to ANOVA, 71% of the data are adjusted to the mathematical model. The optimal flocculation point was obtained with a mass of 10.0 g of oil sludge, 0.0250% m v-1 of polymer concentration and a stirring time of 15 minutes; in these conditions it was observed that the polyacrylamide was able to retain between 80 and 100% of the concentration of metals present in the sludge. The accuracy was evaluated from the addition and recovery tests of the analytes, being recovered approximately 82 to 125% of the fortified amount for most of the elements. In addition, a Doehlert type planning was performed to optimize the instrumental parameters, being the best condition obtained for 1250 W of radiofrequency power and 1.16 L min-1 of nebulizer gas flow. Therefore, the modified cationic polyacrylamide proved to be efficient in removing inorganic contaminants present in the oil sludge.