Avaliação da lixiviação de íons metálicos de preocupação ambiental em amostras de cascalho em meio aquoso e salino

Autores

1Soares, A.S.F.; 2de Souza, A.C.P.; 3Carvalho, C.F.; 4Bastos, E.F.T.; 5Guimarães, E.C.B.T.; 6dos Santos, J.C.; 7Carvalho, T.; 8Calderari, V.H.; 9Costa, L.C.

Resumo

Há necessidade de estabelecer técnicas adequadas de descarte e manejo de cascalhos gerados durante perfuração. Essas amostras necessitam ser caracterizadas empregando diferentes metodologias. Este trabalho visa avaliar a possibilidade de lixiviação de metais de cascalhos de rochas carbonáticas ou areníticas, contendo fluido de perfuração de base aquosa ou não aquosa em meio salino e aquoso. Os solubilizados salinos e aquosos foram obtidos empregando metodologia adaptada da norma ABNT 10006/2004. Os cascalhos contendo fluidos não aquosos aderidos, derivados de rochas carbonáticas, geraram os solubilizados salinos e aquosos contendo as concentrações mais expressivas da maioria dos metais, o que pode estar relacionada a maior concentração de baritina empregada na formulação destes fluidos.

Palavras chaves

cascalhos; metais pesados; biodisponibilidade

Introdução

As atividades de perfuração associadas com exploração e produção de óleo e gás geram uma grande quantidade de resíduos tais como água de produção, fluidos e cascalhos (LELCHAT et al, 2020). Os cascalhos são caracterizados como uma mistura de fragmentos de rocha gerados durante a perfuração do poço pela broca, comumente contendo fluidos de perfuração aderidos (SEYEDMOHAMMADI, 2017). As propriedades físico-químicas dessas amostras de cascalhos são inerentemente variáveis, sendo dependente de fatores tais como tipo de rocha perfurada, profundidade e estrutura do poço, fluido utilizado no processo de perfuração desta rocha, composição de hidrocarbonetos, dentre outras variáveis (PAGE et al, 2003). A presença de íons metálicos em matérias-primas utilizadas na preparação de fluidos, tais como barita e bentonita, nos próprios fluidos, nos cascalhos e sedimentos próximos à plataforma de petróleo pode causar danos ambientais, particularmente se esses íons estiverem na sua forma solúvel e biodisponível (NEFF, 2008). Quando se trata de avaliar a interação destes metais com a biota e o meio ambiente, a quantificação dos íons solubilizados e a sua especiação é mais importante do que as determinações totais da concentração destes íons empregando métodos de digestão ácida ou fusão alcalina das amostras (KLEIN, 1989). A literatura carece de estudos de avaliação da possibilidade de lixiviação dos contaminantes presentes nestas amostras de cascalho em soluções aquosas e salinas. Estes estudos são importantes tanto na avaliação da biodisponibilidade destes contaminantes nestes meios, quanto na definição de estratégias de tratamento e manejo destes resíduos.

Material e métodos

Para este trabalho foram empregadas quatro amostras: amostras 1 e 2, de origem carbonática (RC), contendo fluido de perfuração de base não aquosa (FNA) e aquosa (FA) aderidos respectivamente; 3 e 4, de origem arenítica (RA), contendo fluido de perfuração de base aquosa (FA) e não aquosa (FNA) aderidos. Inicialmente as amostras foram trituradas empregando grau e pistilo e peneiradas empregando peneiras de malhas 4,75, 0,425, 0,075, 0,005 mm. Os ensaios de biodisponibilidade foram realizados em meio aquoso e salino, empregando metodologia adaptada da ABNT 10006/2004, que se baseia na obtenção de um solubilizado a partir de resíduo sólido, que pode ser classificado como inerte ou não inerte, em função da presença de contaminantes. A amostra do cascalho com Ø partículas menores que < 0,005 mm (200 g) e água destilada (1 L) ou solução salina (preparada através da dissolução de 69 g de sal comercial em 1 L de água) foram transferidos para equipamento JarTest (Milan modelo JT101), submetidos a agitação (50 rpm) por 5 minutos. A amostra foi então deixada em repouso por 7 dias, à temperatura ambiente. Os solubilizados obtidos foram filtrados em membrana de nylon (porosidade de 0,45 µm) e acidificados (solução aquosa de HNO3 5% v/v). A concentração dos metais Al, Cd, Pb, Cu, Cr, Fe, Mn, Mo, Ni, Si, Zn, Ba foi determinada por espectrometria de absorção atômica com chama (FAAS) (Varian, modelo AA240). A concentração dos metais Hg e As foi determinada por absorção atômica utilizado o acessório modelo VGA-77 para geração de vapor frio.

Resultado e discussão

As Figuras 1 e 2 apresentam os dados de concentração dos metais nas amostras de cascalho nos solubilizados salino e aquoso. Para o solubilizado salino as concentrações de As, Hg, Mn, Cr, Mo, Cd, Al e V ficaram abaixo do limite de detecção do equipamento para todas as amostras de cascalhos analisadas. Já para o solubilizado aquoso as concentrações de As, Hg, Mn, Cr, Mo, Cd, Al, Ni, Fe, Pb, Ba, Cu, Zn e V ficaram abaixo do limite de detecção do equipamento. Dentre os metais e semimetais avaliados observou-se maior concentração de Si e Ba em ambos os solubilizados. A presença de Ba nestes meios pode estar relacionada a possibilidade de eluição da baritina presente na superfície externa e nos poros das amostras de cascalho para estes meios. Foi possível observar uma maior concentração de Ba no solubilizado salino derivado da amostra carbonática contendo fluido de perfuração de base aquosa. Porém uma maior concentração dos demais metais nos solubilizados salinos derivados das amostras contendo fluido de perfuração de base não aquosa (Figura 1). Para a maioria dos metais as maiores concentrações foram obtidas para os solubilizados salinos derivados das amostras carbonáticas. Já para Fe a maior concentração foi obtida a partir da amostra arenítica. Observa-se também que as concentrações mais expressivas de todos os metais/semimetais nos solubilizados aquosos foram obtidas para a amostra 1, carbonática e contendo fluido de base não aquosa aderido (Figura 2). A formulação do fluido não aquoso é composta de uma maior concentração de baritina. A baritina é vista como marcador da presença de metais de preocupação ambiental nos cascalhos, já que concentrações altas de Ba nestas amostras comumente coincide com concentrações elevadas de outros metais (JUNTTILA et al, 2018).



Figura 1: Dados de concentração de Ba, Si, Cd, Cu, Ni, Zn, Fe nos solu



Figura 2: Dados de concentração de Ba, Si, Cu e Zn nos solubilizados a



Conclusões

Os cascalhos de rochas carbonáticas com fluidos não aquosos geraram os solubilizados salinos e aquosos contendo maiores concentrações da maioria dos metais. A presença de metais tóxicos nos solubilizados salinos é um indicativo de que estes contaminantes podem ser disponibilizados para o ambiente marinho. A presença de Ba nos solubilizados aquosos está em desacordo com limite estabelecido na ABNT NBR 10004/2004 (0,7 mg/L), fazendo com que este resíduo, comumente classificado como não perigoso seja também classificado como não inerte.

Agradecimentos

À Fundação de Amparo a Pesquisa do Rio de Janeiro (FAPERJ), Coordenação de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004. NBR 10006: Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos.
KLEIN, W. Mobility of Environmental Chemicals, Including Abiotic Degradation. Ecotoxicology and Climate Edited by P. Bourdeau, J. A. Haines, W. Klein and C. R. Krishna Murti @ 1989 SCOPE. Published by John Wiley & Sons Ltda. Disponível em: https://scope.dge.carnegiescience.edu/SCOPE_38/SCOPE_38_3.1_Klein_65-78.pdf. Acesso em 07 de março de 2022.
LELCHAT, F.; DUSSAUZE, M.; LEMAIRE, P.; THERON, M.; TOFFIN, L.; LE FLOCH, S. Measuring the biological impact of drilling waste on the deep seafloor: an experimental challenge. Journal of Hazardous Materials, v. 389, n. 5, p. 122132, May 2020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122132. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420301205. Acesso em 07 de março 2022.
NEFF, J. M. Estimation of Bioavailability of Metals from Drilling Mud Barite. Integrated Environmental Assessment and Management, v. 4, n. 2, p. 184-193, 2008. DOI: https://doi.org/ 10.1897/ieam_2007-037.1. Disponível em: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17994916/. Acesso em 07 de março de 2022.
PAGE, P. W.; GREAVES, C.; LAWSON, R.; HAYES, S.; BOYLE, F. Options for the Recycling of Drill Cuttings. In: SPE/EPA/DOE EXPLORATION AND PRODUCTION ENVIRONMENTAL CONFERENCE, March 2003, San Antonio, Texas. DOI: https://doi.org/10.2118/80583-MS. Disponível em: https://onepetro.org/SPEHSSE/proceedings-abstract/03EPEC/All-03EPEC/SPE-80583-MS/138289. Acesso em 07 de março de 2022.
SEYEDMOHAMMADI, J. The effects of drilling fluids and environment protection
from pollutants using some models. Modeling Earth Systems and Environment, v. 3, n. 23, p.1-12, January 2017. https://doi.org/10.1007/s40808-017-0299-7. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s40808-017-0299-7#citeas. Acesso em 07 de março 2022.

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