Application of micellar enhanced ultrafiltration for the removal of soluble organic compounds present in produced water

Abstract

A água produzida é atualmente o maior efluente da indústria de petróleo e gás. Alguns dos compostos presentes na água produzida são classificados como compostos orgânicos solúveis, como os ácidos naftênicos (ANs). Devido à solubilidade desses compostos em água, a ultrafiltração com o uso de surfactantes é uma técnica promissora para remoção de ANs, uma vez que as moléculas de surfactante englobam os contaminantes de modo a formar estruturas maiores, possibilitando, assim, sua retenção por membranas de ultrafiltração. O ácido ciclohexanocarboxílico foi filtrado neste estudo com membranas poliméricas fabricadas em poliéster sulfona (PES) com tamanho de poro de 10 kDa. Um planejamento fatorial completo 22 foi elaborado para os ensaios de ultrafiltração, e os parâmetros avaliados foram a pressão através da membrana (TMP) e a concentração de surfactante adicionada à corrente de alimentação. Para correta dosagem de surfactante nos ensaios, a concentração micelar crítica (CMC) foi determinada para os surfactantes CPC, SDS e Triton X-100 na presença do ácido naftênico pelo método de tensão superficial. A concentração de AN foi determinada por FTIR. A ultrafiltração com o surfactante CPC se mostrou uma técnica satisfatória para remoção do ácido ciclohexanocarboxílico em pH ácido, alcalino e neutro. A melhor condição obtida foi com 50 vezes a CMC do surfactante e TMP de 4.0 bar, com remoção de 68 % de AN, indicando a ultrafiltração com o CPC uma alternativa promissora para remoção de ácidos naftênicos.

Abstract: Produced water (PW) is the major effluent of O&G industry and it is composed of a complex emulsion in which the oily phase is dispersed in the aqueous phase. Some of the compounds present in PW are denominated water soluble organics (WSO), which include naphthenic acids (NAs). Due to the solubility of NAs in water, micellar enhanced ultrafiltration (MEUF) is a promising technique for the removal of WSO since surfactants trap the contaminants into larger structures to retain it in UF membranes. Cyclohexanecarboxylic acid solution was filtered in this work with polymeric membranes (PES) of 10 kDa according to a complete 22 factorial design varying TMP (transmembrane pressure) and surfactant concentration in the feed. For proper dosage of surfactant in MEUF experiments, the CMC of CPC, SDS and TX100 was determined in the presence of NA by surface tension method. NA concentration was determined by FTIR analysis. MEUF using CPC was satisfactory for the removal of cyclohexanecarboxylic acid in acid, alkaline and neutral pH. The optimal filtration condition was achieved with 50 times the CMC and TMP of 4.0 bar, with 68 % of NA removal indicating the surfactant as a promising alternative for the removal of naphthenic acids.