Uso de micro-organismos para a remoção de metais em águas de produção obtidas a partir da extração do petróleo

Abstract

A etapa de produção de petróleo é um dos segmentos da indústria petroquímica com maior potencial de impacto sobre o meio ambiente pelos riscos de derramentos de óleo e a geração de grandes volumes de resíduos, em especial às águas de produção de petróleo. Esse efluente possui constituição complexa e dentre outros aspectos, pode apresentar altas concentrações de metais que devem ser removidos pela formação de inscrustações nas tubulações das unidades de exploração (quando a água é reinjetada) causando prejuízos enormes. Dessa forma, a remoção de metais, como Ba, Ca, Fe, Mg e Sr dessas águas de produção é de grande relevância. Neste trabalho, o método de decomposição por via úmida assistida por micro-ondas e ultravioleta (MW-UV) foi primeiramente avaliado para a decomposição das águas de produção provenientes da extração de petróleo para a subsequente determinação de metais por espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado e após foi feita a avaliação da remoção dos metais das amostras utilizando processos de biorremediação. A decomposição das amostras por MW-UV foi eficiente com, cerca de, 8 g de água de produção de petróleo, 0,8 mol L−1 de HNO3 e 0,4 mL de H2O2 por 5 min de rampa e 10 min de aquecimento a 700 W. Após tratamento por MW-UV, o teor de carbono orgânico total em solução foi reduzido em 98, 80, 78 e 48% para as amostras A, B, C e D, respectivamente e a acidez residual foi inferior a 0,41 mol L−1 para todas as amostras. Para avaliar os processos de biorremediação foram isolados 3 micro-organismos (duas bactérias e uma levedura) das amostras reias e as bactérias isoladas foram utilizadas para os ensaios de remoção de metais, juntamente com Bacillus subtilis ATCC 6633 comercial que foi utilizado como referência. Para os ensaios de remoção, as condições otimizadas foram: tempo de 9 min e densidade óptica em 600 nm de 1,08 abs para Fe e Mg e, tempo de 3 min e densidade óptica em 600 nm de 2,20 abs para Ca, Ba e Sr. Nessas condições foram obtidas altas remoções para Ba e Fe, 50,6 e 90,0%, respectivamente, em amostras sintéticas enquanto que para Ca, Mg e Sr foram obtidas remoções de 4,75, 4,95 e 14,7%, respectivamente. A aplicabilidade para as amostras reais foi estudada e o comportamento do B. subtilis ATCC 6633 e dos micro-organismos isolados foram semelhantes em função das diferentes características das amostras (teor de carbono orgânico diferente). As remoções obtidas para todos os analitos nas amostras reais, principalmente para Ba e Fe, foram adequadas (remoção na ordem de 50 e 90% para Ba e Fe, respectivamente) para que o processo de biorremediação seja utilizado de forma complementar aos tratamentos convencionais das águas de produção de petróleo.

The oil production stage is one of the segments of the petrochemical industry with the greatest potential for impact on the environment due to the risks of oil spills and the generation of large volumes of waste, especially produced waters from the crude oil extraction. This effluent has a complex constitution and among other aspects, it can present high concentrations of metals that should be removed due to the formation of precipitates that can cause clogging of oil production lines and many damages. Thus, the removal of metals, such as Ba, Ca, Fe, Mg and Sr from the produced water from crude oil extraction is great relevance. A sample preparation method based on microwave-assisted ultraviolet digestion (MW-UV) was evaluated for the first time to treat produced waters from crude oil extraction for the subsequent determination of metals by inductively coupled plasma optical emission spectrometry and after the evaluation of the removal of metals from the samples was made using bioremediation processes. Digestion of samples by MW-UV was efficient with about 8 g of produced water, 0.8 mol L−1 of HNO3 and 0.4 mL of H2O2 for 5 min of ramp and 10 min of heating at 700 W. Under these conditions, the TOC in solution was reduced by 98, 80, 78 and 48% for samples A, B, C and D, respectively, and residual acidity was lower than 0.41 mol L−1 for all samples evaluated. For the bioremediation studies, three microrganisms (two bacteria and one yeast) were isolated from the real samples and bacteria were used for the metal removal tests together with commercial Bacillus subtilis ATCC 6633, which was used as a reference. For the removal tests, the optimized conditions were: time of 9 min and OD in 600 nm of 1.08 abs for Fe and Mg and, time of 30 min and OD in 600 nm of 2.20 abs for Ca, Ba and Sr. Under these conditions, high removals were obtained for Ba and Fe, 50.6 and 90.0%, respectively, in synthetic solutions whereas for Ca, Mg and Sr removals of 4.75, 4.95 and 14.7% were obtained, respectively. The applicability of bioremediation processes was studied and the behavior of B. subtilis ATCC 6633 and the isolated microrganisms were similar due to the different characteristics of the samples (different organic carbon content). The removals obtained for all analytes, mainly for Ba and Fe (removals in the order of 50 and 90% for Ba and Fe, respectively), were suitable for the bioremediation process to be used in a complementary way to the conventional treatments of produced waters.