INFLUÊNCIA DA DATA DA COLETA DO LODO DE ETA INCORPORADO EM MASSAS CERÂMICAS, NAS SUAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS.

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1 1 INFLUÊNCIA DA DATA DA COLETA DO LODO DE ETA INCORPORADO EM MASSAS CERÂMICAS, NAS SUAS PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS. Teixeira,S.R. (1) ; Aléssio,P. (1) ; Santos,G.T.A. (1) ; Dias,F.C (1) rainho@prudente.unesp.br 1) depto. de Física, Química e Biologia, Universidade Estadual Paulista/Faculdade de Ciências e Tecnologia (UNESP/FCT) RESUMO As estações de água geram, após realizarem seu processo de tratamento, um volume muito grande de resíduos sólidos que devem ser devidamente tratados e dispostos, sem provocar danos ao meio ambiente. O objetivo desse trabalho é avaliar a possibilidade de utilização desse material pela industria cerâmica. O lodo foi coletado mensalmente, junto com a turbidez e o nível do rio que alimenta a ETA/SABESP de Prudente, e determinada sua textura. Corpos de prova foram prensados uniaxialmente, em triplicata, usando uma argila com % de lodo. A análise dos dados, retração linear, resistência mecânica à flexão e perda de massa, mostra que: a adição de % de lodo piora todas as propriedades da argila pura; o mês de junho, que apresentou maior concentração de argila no lodo, resultou em corpos de prova com melhores resultados (menor PM, maior RMF e menor RL). Esta amostra apresenta RMF indicada para produção de telhas. Palavras-chave: lodo, ETA, cerâmica, turbidez.

2 2 INTRODUÇÃO Nos centros urbanos, o abastecimento de água torna-se cada vez mais centrado na qualidade do produto a ser distribuído à população. Em contrapartida, a qualidade da água bruta está piorando e exige uma maior concentração de produtos químicos aplicados no seu tratamento. Como conseqüência, há um significativo aumento nos rejeitos ou lodo, provenientes das Estações de Tratamento de Água (ETA), os quais são gerados principalmente nos decantadores. (1) O volume gerado deste lodo é muito grande. Segundo a norma NBR.004, os lodos gerados em ETAs são classificados como resíduos sólidos, devendo, portanto, ser devidamente tratado e disposto sem que provoquem danos ao meio ambiente. Há muito tempo, o destino destes resíduos de ETA vinha sendo os cursos d água próximos das estações, no entanto, a crescente preocupação e a regulamentação têm restringido ou proibido essa disposição. Esta prática tem sido questionada por órgãos ambientais devido aos riscos à saúde e ao meio ambiente. Uma das técnicas aplicadas na preparação do lodo para disposição é a desidratação, resultando numa torta com concentração de sólidos de 60 a 70%. Esta torta pode ser destinada para: adubação, incineração, aterro sanitários de lixos urbanos, compostagem com lixo urbano etc. Dentre estas possibilidades pode-se destacar a sua incorporação a massas cerâmicas para produção de tijolos e telhas. (4) (5) (6) A Indústria Cerâmica Vermelha é um setor muito importante, empregando grande quantidade de mão de obra, principalmente não especializada, favorecendo uma parte expressiva da população. Olarias e Cerâmicas estão disseminadas por todo território nacional e utilizam como matéria-prima básica argilas comuns, totalizando um consumo superior a 80 milhões de toneladas/ano. (7) O lodo de ETA, principalmente proveniente de tratamento de água de superfície, pode ser incorporado à massa cerâmica, tendo em vista sua composição mineralógica, sem alterar de forma significativa às propriedades físicas das peças produzidas. O aspecto principal da incorporação do lodo à massa cerâmica seria a contribuição na minimização de um problema ambiental, (2) (3)

3 3 considerando que, no momento, a argila representa uma parcela insignificante no valor final do produto. Em trabalho anterior (3) (4) foi verificado que dependendo da época do ano, isto é, da quantidade de chuva em cada período, a distribuição granulométrica do lodo varia. Como a argila é responsável pela plasticidade da massa cerâmica e a areia e o silte são materiais não-plásticos, uma grande variação das concentrações deles no lodo, resultarão em alterações significativas na massa cerâmica que receber este lodo. O objetivo deste trabalho é verificar as mudanças na textura do lodo e nas propriedades cerâmicas de corpos de prova, com lodo incorporado, em função da quantidade de chuva na área de coleta de água da ETA. MATERIAIS E MÉTODOS Foram coletadas mensalmente, no dia de limpeza do tanque de decantação nº1, amostras na ETA/SABESP de Presidente Prudente. Cada amostra (12 litros) era coletada em três locais diferentes (início, meio e fim) dentro do tanque. As amostras foram secas em estufa a 1 C, destorroadas, moídas e, após a análise granulométrica, foram peneiradas (peneira # 40, abertura de 0,42 mm) e misturadas. Para avaliar a quantidade de chuva, durante o período de coleta de água, foi utilizada a medida da régua que dá o nível do rio no ponto de coleta e, também, o índice de turbidez da água que esta chegando no decantador. Para a análise de textura foi extraída a matéria orgânica presente nas amostras, usando água oxigenada. (8) Para a determinação da textura (distribuição de tamanho de partículas) do material foi usado o método da pipeta. (9) () Para a determinação da matéria orgânica, utilizamos o método Walkley-Black. (1!) Os corpos de prova foram conformados com várias porcentagens (0,, 15 e 20%) de lodo, coletados em abril, junho e agosto, incorporado a uma argila usada na produção de tijolo furado, analisada em trabalho anterior. (12) Os corpos de prova (~20g cada e 60 x 20 x ~5 mm) foram prensados, em triplicatas, usando uma prensa hidráulica manual. As propriedades cerâmicas (absorção de água (AA), massa específica aparente (MEA), porosidade aparente (PA), módulo de ruptura à flexão

4 4 (MRF), retração linear (RL) e perda de massa ao fogo (PF)), foram avaliadas de acordo (13) (14) com Souza Santos, 1989; e Zanfolim RESULTADOS E DISCUSSÃO Textura e Matéria Orgânica A Tabela I apresenta as porcentagens médias de areia, argila, silte e matéria orgânica nas amostras da ETA, para três repetições. Estas amostras apresentam concentração de argila, que dá a plasticidade para a massa cerâmica, maior que o valor ideal para fabricação de telhas e capas. (15) As concentrações de areia e silte, em alguns casos estão acima ou abaixo dos valores limites, respectivamente. Os resultados mostram um pequeno aumento na concentração de M. O. de maio até setembro, que pode estar associado com a quantidade de chuva na região acima dos pontos de captação de água. Tabela I: Composição Granulométrica e matéria orgânica (amostras ETA). Amostra Argila (%) Areia (%) Silte (%) M. orgânica (%) Abril 44,05 33,70 23,13 28,45 Maio 48,06 36,87 15,89 27,92 Junho 45,91 43,93,53 29,16 Julho 47,16 39,25 13,65 30,32 Agosto 31,2 59,9 9,40 33,73 Setembro 40,17 50,88,95 34,30 A Figura 1a mostra a variação da granulometria, matéria orgânica e turbidez da água em função do mês de coleta das amostras e a Figura 1b mostra o nível do rio (valor médio do mês), no ponto de coleta de água. Nestes gráficos pode-se observar que para ocorrer uma variação considerável na distribuição granulométrica dos sólidos presentes na água é preciso ocorrer uma grande variação no nível d água: o silte acompanha a variação e a areia varia inversamente com as mudanças do nível do rio, ou seja, quando o nível sobe a concentração de areia diminui. A concentração de argila

5 5 parece não variar com pequenas variações no nível do rio. Nos quatro primeiros meses de coleta, o mês de agosto apresentou menor nível d água no rio e menor valor de concentração de argila com maior valor para areia. Com nível mais baixo e, portanto menor turbidez, a água aspirada pela bomba de dentro da caixa de coleta arrasta a areia do fundo da caixa, resultando numa concentração de areia maior do que a de argila. A turbidez varia com a concentração de todas partículas sólidas presentes na água, não sendo possível associa-la com a variação de alguma delas. Médias 90 Argila Areia 80 Silte Turbidez 70 Matéria Orgânica Média 3,5 Med.Régua 3,0 2,5 2, Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Mês de Coleta 1,5 1,0 Abril Maio Junho Julho Agosto Mês de Coleta Figura 1a Figura 1b Figura 1: Gráfico (a) da distribuição granulométrica, turbidez e matéria orgânica e da (b) medida da régua (nível do rio), em função do mês de coleta das amostras. Ensaios Tecnológicos Foi observado que, em geral, a incorporação de lodo piora as propriedades das peças cerâmicas. Os valores de referência usados para comparação foram retirados das referências citadas no texto. (13) Serão apresentadas a seguir, somente algumas das figuras com dados. Os CP queimados até 00ºC apresentam boa retração linear (< 5 %) (Figura 2a). Os valores de absorção de água (Figura 2b) variam pouco até 00ºC. Para temperaturas maiores, ela é < 20 %, que é o valor recomendado para produção de telhas.

6 6 Retração Linear Queima (%) barro abr abr15 8 abr Absorção de água (%) barro jun15 abr15 ago Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Figura 2a Figura 2b Figura 2: Gráfico (a) da retração linear do mês de abril nas porcentagens de lodo e o barro puro e (b) da absorção de água nas amostras com 15 % de lodo incorporado nos meses de coleta, em função das temperaturas de queima. A massa específica aparente (Figura 3a) e a porosidade aparente (Figura 3b) estão dentro dos valores recomendados, para T > 00 o C: >1,7 g/cm 3 e <35 %, respectivamente. Massa Específica Aparente 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 barro jun15 ago15 abr Porosodade Aparente (%) barro jun15 ago15 abr15 Temperatura (ºC) Temperatura (ºC) Figura 3a Figura 3b Figura 3: Gráfico (a) da massa específica aparente e (b) da porosidade aparente, nas amostras com 15 % de lodo incorporado nos meses de coleta em função das temperaturas de queima. Todas as amostras com mistura de lodo apresentam boa resistência mecânica à flexão (Figura 4) para produzir tijolos maciços, variando de 40,99 a 119,51 Kgf/cm 2. A

7 7 RMF variou pouco até 900 o C, diminui para 00 o C e aumenta para T > 10 o C. O menor valor recomendado é de 20 kgf/cm 2, para tijolos maciços e 52 kgf/cm 2 para tijolo furado. Resistência Mecânica à Flexão (kgf/cm 2 ) barro ago15 abr15 jun Temperatura (ºC) Figura 4 Figura 4: Gráfico da resistência mecânica à flexão nas amostras com 15 % de lodo incorporado nos meses de coleta em função das temperaturas de queima Propriedades dos corpos de prova em função do mês de coleta do lodo na ETA Observa-se nos dados que a absorção de água aumenta com a concentração de lodo incorporado. Em 20 % a absorção de água é aproximadamente igual para os três meses analisados. O mês de agosto, em geral, apresenta maior absorção de água enquanto que abril apresenta os menores valores, até 00 o C. Para as temperaturas maiores os valores se aproximam e não apresentam diferenças significativas. Este resultado pode estar associado com o efeito da composição granulométrica das amostras na sinterização. O gráfico de granulometria mostra que agosto apresenta a maior, e abril a menor, concentração de areia nas amostras. Com relação à concentração de argila, em abril ela é maior do que em agosto e, com relação ao silte, em abril tem-se a maior concentração medida e em agosto a menor. Para % de lodo o mês de junho apresenta maior resistência mecânica à flexão do que agosto e para 15 e 20 %, os comportamentos são aproximadamente iguais. Para a queima a 1150 o C a amostra de abril apresenta a maior RMF. A retração linear é aproximadamente igual para todas as composições inclusive para o barro puro. Como era esperado, a porosidade aparente aumenta com a concentração de lodo e diminui com a temperatura de queima. A perda de massa ao

8 8 fogo é maior quanto maior for a concentração de lodo incorporado. A massa específica aparente é maior que 1,7 g/cm 3 somente para temperaturas acima de 00 o C e, para e 15 % de lodo, junho e abril apresentam valores maiores do que agosto. Como já mencionado, este comportamento pode estar associado com a textura da amostra de cada mês pois quanto maior a concentração de areia e silte maior é a quantidade de quartzo na amostra. O quartzo vai influenciar a sinterização da amostra (formação de pescoço, de fase líquida, vitrificação). Considerando que a temperatura de queima das cerâmicas produtoras de tijolos é de aproximadamente 850 o C e considerando que pode haver uma variação de ± 50 o C nesta temperatura, as curvas de gresificação abaixo nos mostram que: (1) o lodo coletado em abril afeta menos as propriedades do barro do que os coletados em junho e agosto, (2) quanto mais lodo é adicionado na massa cerâmica pior ficam suas propriedades, (3) para obtenção de valores dentro dos limites estabelecidos para produção de tijolo furado (AA máxima de 25 % e RL de queima menor que 6 %) as massas deveriam ser queimadas em temperaturas maiores que 00 o C. A curva de gresificação é a representação gráfica simultânea das variações da absorção de água (AA) e a retração linear (RL) da peça, com a temperatura de queima. Portanto, a gresificação da massa cerâmica nos dá a medida da evolução da microestrutura do material durante a queima, ou seja, seu comportamento térmico. (16) (17) (18) (19) As curvas obtidas com os dados deste trabalho mostram que, para que a absorção d água e a retração linear fiquem dentro dos limites estabelecidos (<25% e < 6%, respectivamente) a incorporação de lodo não pode exceder a 15% (Figura 5a). Para % (Figura 5b), qualquer dos lodos pode ser incorporado e queimado em temperaturas inferiores a 50 o C.

9 Absorção de água (%) abril15 AA abril15 RL Retração linear (%) Absorção de água (%) agosto agostoret Retração Linear (%) Temperatura (ºC) Temperaturas (ºC) Figura 5a Figura 5b Figura 5: Gráfico da curva de gresificação (a) da amostra coletada no mês de abril com 15% de lodo incorporado e (b) da amostra coletada no mês de agosto com % de lodo incorporado. Para incorporar 15% de lodo, somente o lodo de abril pode ser incorporado, desde que seja queimado em temperaturas entre 900 e 50 o C. Um dos fatores que pode estar influenciando estes resultados é a distribuição granulométrica tendo em vista que, a amostra coletada no mês de abril esta de acordo com o diagrama de Winkler (15). As amostras de junho e agosto apresentam alta concentração de areia e baixa concentração de silte (material não-plástico fino). CONCLUSÃO 1) A textura do lodo varia com o nível do rio (quantidade de Chuva), quanto mais baixo o nível do rio maior a concentração de areia no lodo; 2) Essas alterações na distribuição granulométrica ocorrem somente para variações grandes no nível do rio; 3) O mês de coleta do lodo vai alterar de forma diferente as propriedades dos corpos cerâmicos; 4) A incorporação de lodo sempre piora as propriedades cerâmicas dos corpos de prova; 5) Todos os corpos de prova com lodo incorporado apresentam resistência mecânica à flexão adequada para produção de tijolos (> 40 kgf/cm 2 );

10 6) As curvas de gresificação mostram que pode ser incorporado até 15 % de lodo à massa cerâmica, dependendo da temperatura de queima e do mês de coleta. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. PORTELLA, K.F.; ANDREOLI, C.V.; HOPPEN, C.; SALES, A. BARON, O. Caraterização físico-química do lodo centifugado da estação de tratamento de água Passaúna Curitiba Pr. 22º CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA SANITÁRIA AMBIENTAL. Joinvile, COSIN, S. et al. Incorporação de lodo de estação de tratamento de água a massa cerâmica. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, 46º, 2002, São Paulo. Anais do 46º Congresso Brasileiro de Cerâmica... São Paulo: Associação Brasileira de Cerâmica, p TEIXEIRA, S. R. et al. Caracterização de resíduo de estações de tratamento de água (ETA) e de esgoto (ETE) e o estudo da viabilidade de seu uso pela indústria cerâmica.in:congresso INTERAMERICANO DE ENGENHARIA SANITÁRIA Y AMBIENTAL, 27º, 2002, Cancun México, cd-rom XXVIII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária y Ambiental, 7 páginas. 4. TEIXEIRA, S. R.; SOUZA, N. R. e SOUZA; S. A. Viabilidade da Utilização de Resíduos de Estações de Tratamento de Água (ETA) e de Esgoto (ETE) pela Indústria Cerâmica, 46 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Paulo - SP, 26 a 29 de maio de CD-ROM, Associação Brasileira de Cerâmica - ABC, p SANTOS, Ivana Suely Soares dos et al. Reciclagem do resíduo (lodo) da estação de tratamento de água de São Leopoldo-RS, visando a produção de componentes cerâmicos. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA,45º, 2001, Florianópolis. Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis: Associação Brasileira de Cerâmica, p RAMIRES, Marcus Vinícius Valeda et al. Incorporação do resíduo (lodo) da ETA de São Leopoldo-RS nas misturas de argilas para a fabricação de componentes cerâmicos conformados por prensagem. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, 45º, 2001, Florianópolis. Anais do 45º Congresso Brasileiro de

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12 SÁNCHEZ - MUÑOZ, L., et al. Modelamento do processo de gresificação de massas cerâmicas de revestimento, Cerâmica 48 (308) p , Out/Nov/Dez INFLUENCE OF THE PERIOD OF SLUDGE COLLECT FROM WTP ON THE TECHNOLOGICAL PROPERTIES OF CERAMIC MASS MIXED WITH SLUDGE ABSTRACT The water treatment plant (WTP) produces a big amount of solid sludge that need to be disposed without to damage the environment. The objective of this work is to evaluate the possibility of combine this sludge to the ceramic mass used by red ceramic industry. Sludge samples, water clouded and the height of the river water were collected monthly at the SABESP/Water Treatment Plant. Ceramic bodies were squeezed uniaxially in triplicates mixing % sludge to the ceramic mass. Flexural strength (3 points), water absorption, apparent porosity, loss of mass and lineal shrinkage were determined. The results show that: (1) sludge mixed to the ceramic mass to make worse the ceramic properties of the probes, (2) the sludge collected in June has higher clay concentration than the other samples, (3) probes prepared with this sludge (June) present the best ceramic properties and their flexural strength is indicated to produce roof tiles. Key words: sludge, water treatment plant, red ceramic, properties.