USO DE LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PARA PRODUÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS

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1 1 USO DE LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA PARA PRODUÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS Marcus Vinicius Veleda Ramires (1) Ivana Suely Soares dos Santos (1) Claudio de Souza Kazmierczak (1) Av. Unisinos, 950 São Leopoldo RS - marcus@euler.unisinos.br (1) Universidade do Vale do Rio dos Sinos RESUMO Neste trabalho está se apresentando os resultados de um estudo visando a reciclagem do lodo gerado nos decantadores da Estação de Tratamento de Água Imperatriz Leopoldina, do Serviço Municipal de Água e Esgoto de São Leopoldo-RS (SEMAE), na produção de blocos cerâmicos para a construção civil. O lodo, inicialmente caracterizado como Classe II - não-inerte torna-se inerte, após o processo de sinterização dos blocos. Os blocos cerâmicos foram desenvolvidos a partir da mistura de lodo com argila, em indústrias cerâmicas localizadas em São Leopoldo-RS e Canoas-RS, próximas a Estação de Tratamento de Água. Foram realizados ensaios de caracterização geométrica, física e mecânica, sendo que os resultados obtidos estão em conformidade com as normas vigentes para blocos cerâmicos. PALAVRAS CHAVE: blocos cerâmicos, caracterização, lodo ETA INTRODUÇÃO O objetivo deste artigo é apresentar resultados referentes a reciclagem do lodo gerado nos decantadores da ETA Imperatriz Leopoldina de São Leopoldo - RS na produção de blocos cerâmicos para a construção civil. Inicialmente, apresenta-se a caracterização do lodo quanto ao risco ambiental e a periculosidade, a composição química, mineralógica e física. As argilas utilizadas neste estudo foram provenientes de uma indústria cerâmica do município de Canoas e outra de São Leopoldo, próximas ao órgão gerador do resíduo, que também foram submetidas a caracterização química, física e mineralógica. Após a caracterização das matérias-primas (lodo e argilas), apresentam-se os resultados dos ensaios tecnológicos, para se verificar o teor de lodo mais adequado para o desenvolvimento do componente cerâmico.

2 2 Na etapa final são apresentadas as principais características dos blocos cerâmicos desenvolvidos tanto na indústria cerâmica de Canoas quanto na de São Leopoldo. CARACTERIZAÇÃO DO LODO Análise de Risco Ambiental e de Periculosidade Os ensaios de risco ambiental e de periculosidade foram realizados de acordo com as normas NBR /87, NBR /87 e NBR /87. Segundo os resultados dos ensaios, o referido lodo foi classificado como resíduo classe II - não inerte. De acordo com o ensaio de periculosidade, constatouse que o mesmo é não patogênico. Caracterização química A caracterização química do lodo consta na Tabela I. Tabela I - Análise química do lodo Composição Química Teor (% em massa) SiO 2 37,90 Al 2 O 3 22,20 Tio 2 0,94 Fe 2 O 3 11,10 CaO 0,57 K 2 O 0,60 Na 2 O 0,72 MgO 1,00 MnO 0,24 P 2 O 5 1,10 PF 24,27 Caracterização Física Para tal caracterização foram desenvolvidos os ensaios de granulometria por peneiramento, segundo a NBR 7181/84 e a determinação dos Limites de Attemberg (Limites de Liquidez e Plasticidade), preconizados respectivamente pelas NBR6459/84 e NBR 7180/84.

3 3 Granulometria por Peneiramento II. Os resultados obtidos na granulometria por peneiramento, constam na Tabela Tabela II - Granulometria do lodo Escala Granulométrica Teor (% em massa) Argila 25 Silte 27 Areia fina 20 Areia média 12 Areia grossa 16 Limites de Atterberg Os resultados dos Limites de Liquidez e de respectivamente de 62,60% e 46,25%. Plasticidade foram Caracterização Mineralógica A caracterização mineralógica do lodo foi feita através da difração de raios-x, pelo método da análise total ou do pó. O difratograma correspondente é apresentado na Figura 1. Quartzo Quartzo Caulinita Caulinita Caulinita THETA (GRAUS) Figura 1 - Difratograma do lodo pelo método da análise total

4 4 CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS Caracterização Química As argilas foram provenientes de indústrias cerâmicas dos municípios de Canoas-RS (Argila A) e São Leopoldo-RS (Argila B). Os resultados estão apresentados na Tabela III. Composição Química Caracterização Física Tabela III - Caracterização química das argilas A e B Arg. A (% em massa) SiO 2 67,20 64,80 Al 2 O 3 17,50 17,60 Fe 2 O 3 4,60 5,60 FeO 0,28 0,14 CaO 0,06 0,18 MgO 0,90 1,20 TiO 2 0,88 0,89 Na 2 O 0,12 0,27 K 2 O 2,80 3,50 MnO 0,05 0,03 PF 5,59 5,63 Arg. B (% em massa) Foram desenvolvidos os ensaios de granulometria por peneiramento, segundo a NBR 7181/84 e a determinação dos Limites de Atterberg (Limites de Liquidez e Plasticidade), preconizados respectivamente pelas NBR6459/84 e NBR 7180/84. Granulometria por Peneiramento IV. Os resultados obtidos na granulometria por peneiramento constam na Tabela

5 5 Tabela IV - Granulometria das argilas Escala Granulométrica Arg. A (% em massa) Arg. B (% em massa) Argila Silte Areia fina Areia média 7 1 Limites de Atterberg Os resultados dos Limites de Liquidez e de Plasticidade foram respectivamente de 52,9% e 34,8% para a argila de Canoas e 46,2% e 26,2% para a argila de São Leopoldo. Caracterização Mineralógica A caracterização mineralógica foi determinada por difração de raios-x, apresentada na Figura 2. (a) (b) Figura 2 - Difração de raio-x das argilas: (a) Argila A e (b) Argila B

6 6 DESENVOLVIMENTO DOS ENSAIOS TECNOLÓGICOS A metodologia para o desenvolvimento dos ensaios tecnológicos inclui a preparação da matéria-prima, a formulação da mistura, conformação por extrusão e sinterização dos corpos-de-prova. Preparação das matérias-primas A preparação das matérias-primas iniciou-se com a secagem da argila em temperatura ambiente e redução da umidade do lodo, seguido do destorroamento dos mesmos no laminador e passados na peneira # 48. Formulação da Mistura O teor de lodo incorporado à massa de argila foi fixado em 2%, pois observou-se, através de ensaios preliminares, que os resultados de ensaios tecnológicos apresentavam um decréscimo em suas propriedades para teores acima deste valor. A metodologia adotada, baseou-se em trabalhos anteriores desenvolvidos pelos pesquisadores, sobre materiais com a incorporação de resíduo, ou seja o lodo foi homogeneizado manualmente e depois acrescentada a água necessária à conformação. Conformação dos Corpos-de-Prova Os corpos-de-prova foram conformados por extrusão, segundo o M-CIENTEC C-017/1995 nas dimensões de (10X20X100)mm, e marcados com gabarito para a determinação da contração linear. Secagem e Queima Os corpos-de-prova foram secos ao ar por um período de 48 horas, e em seguida colocados em estufa a 100ºC por 24 horas. Posteriormente, os mesmos foram queimados a temperatura de 900ºC para um patamar de queima de 3 horas em forno elétrico, com atmosfera oxidante, na velocidade de 125ºC/h. Depois, foram resfriados naturalmente, pesados e medidos.

7 7 RESULTADOS E DISCUSSÕES DOS ENSAIOS TECNOLÓGICOS Contração Linear após Secagem A Tabela V mostra os valores médios e desvio padrão da contração linear após secagem de 10 corpos-de-prova para as argilas provenientes das indústrias cerâmicas de Canoas e São Leopoldo, sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo. Tabela V - Valores médios da contração linear após secagem e desvio padrão das argilas A e B sem a incorporação de lodo e com 2 % de lodo Amostra Contração Linear após Secagem (%) Argila A 6,70 (± 0,17) Argila A com 2% de 6,30 (± 0,07) Argila B 7,29 (± 0,26) Argila B com 2% de 5,76 (± 0,18) Observa-se que os valores médios de contração linear de secagem para a argila com a adição de 2% lodo não houve alteração significativa nesta propriedade em relação a argila sem a adição do lodo. Segundo a bibliografia existente sobre o assunto, a contração linear de secagem não deve ser superior a 6%. Tensão de Ruptura à Flexão após Secagem A Tabela VI mostra os valores médios e desvio padrão da tensão de ruptura após secagem de 10 corpos-de-prova para as argilas provenientes das indústrias cerâmicas de Canoas e São Leopoldo, respectivamente, sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo.

8 8 Tabela VI - Valores médios e desvio padrão da tensão de ruptura à flexão após secagem, das argilas A e B sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo Amostra Tensão de Ruptura à Flexão após Secagem (MPa) Argila A 3,62 (± 0,41) Argila A com 2% de 3,80 (± 0,39) Argila B 3,14 (± 0,10) Argila B com 2% de 3,25 (± 0,13) Observa-se que os valores médios de tensão de ruptura à flexão após secagem para a argila com a adição de 2% lodo, não houve alteração significativa nesta propriedade em relação a argila, sem a adição do lodo. Segundo os valores limites recomendados por Santos, P.S(1) esta característica deve apresentar como valor mínimo 2,5 MPa para blocos e 3,0 MPa para telhas. Absorção de Água após Queima: A Tabela VII mostra os valores médios e desvio padrão da absorção de água de 10 corpos-de-prova para as argilas provenientes das indústrias cerâmicas de Canoas e São Leopoldo, sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo. Tabela VII - Valores médios e desvio padrão da absorção de água, das argilas A e B sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo Amostra Absorção de Água (%) Argila A 11,62 (± 0,06) Argila A com 2% de 12,14 (± 0,13) Argila B 12,91 (± 0,09) Argila B com 2% de 13,05 (± 0,18)

9 9 Observa-se que tanto para a argila proveniente da indústria cerâmica de Canoas quanto de São Leopoldo) com a adição de 2% lodo não houve praticamente alteração nesta propriedade em relação a argila sem a adição do lodo. Segundo os valores limites recomendados por Santos, P.S(1), esta característica deve apresentar como valor mínimo 25% para blocos e 20% para telhas. Porosidade Aparente após Queima A Tabela VIII mostra os valores médios e desvio padrão da porosidade aparente de 10 corpos-de-prova para as argilas provenientes das indústrias cerâmicas de Canoas e São Leopoldo, sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo. Tabela VIII - Valores médios e desvio padrão da porosidade aparente, das argilas A e B sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo Amostra Porosidade Aparente (%) Argila A 23,15 (± 0,20) Argila A com 2% de 23,88 (± 0,24) Argila B 25,42 (± 0,22) Argila B com 2% de 25,54 (± 0,30) Observa-se que os valores médios de porosidade aparente para a argila com a adição de 2% lodo, não houve praticamente alteração nesta propriedade em relação a argila sem a adição do lodo. Contração Linear após Queima A Tabela IX mostra os valores médios e desvio padrão da porosidade aparente de 10 corpos-de-prova para as argilas provenientes das indústrias cerâmicas de Canoas e São Leopoldo, sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo.

10 10 Tabela IX Valores médios e desvio padrão da contração linear após a queima, das argilas A e B sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo Amostra Contração Linear após Queima (%) Argila A 1,76 (± 0,05) Argila A com 2% de 1,33 (± 0,22) Argila B 0,75 (± 0,32) Argila B com 2% de 0,60 (± 0,04) Observa-se que os valores médios de contração linear de queima para a argila houve um pequeno decréscimo com adição de 2% de lodo. Segundo a bibliografia existente sobre o assunto, a soma da contração linear de secagem mais a contração linear de queima não deve exceder a 12%. Tensão de Ruptura à Flexão após Queima A Tabela X mostra a variação da tensão de ruptura à flexão após queima. Tabela X - Valores médios e desvio padrão da tensão de ruptura à flexão após queima das argilas A e B, sem a incorporação de lodo e com 2% de lodo. Amostra Tensão de Ruptura à Flexão após Queima (MPa) Argila A 24,24 (± 1,97) Argila A com 2% de 23,18 (± 0,89) Argila B 13,84 (± 0,77) Argila B com 2% de 13,71 (± 0,54) Observa-se que os valores médios de tensão de ruptura à flexão após queima para a argila com a adição de 2% lodo, não houve alteração significativa nesta propriedade em relação a argila sem a adição do lodo. Segundo os valores limites recomendados por Santos, P.S(1) esta característica deve apresentar como valor mínimo 5,5 MPa para blocos e 6,0 MPa para telhas.

11 11 DESENVOLVIMENTO DOS BLOCOS CERÂMICOS Foram desenvolvidos blocos cerâmicos de seis furos tanto na indústria cerâmica localizada em Canoas quanto na de São Leopoldo, com a incorporação de 2% de lodo em relação a massa a argila. A definição do novo componente - bloco de seis furos, se deu em razão deste ser o componente mais comercializado no Estado do Rio Grande do Sul. Cabe salientar que não foi necessário alterar o processo de produção para o novo componente na indústria cerâmica. Resultados dos Ensaios de Caracterização dos Componentes Cerâmicos A seguir serão apresentados os resultados dos ensaios, referentes a caracterização dos blocos. Caracterização Geométrica A Tabela XI, apresenta os valores médios de 10 corpos-de-prova (blocos de seis furos), referentes aos ensaios de caracterização geométrica. Tabela XI - Caracterização geométrica dos blocos Dimensões (mm) Limites estabeleci dos pela NBR 8042/92 Teor de Resíduo Argila A Teor de Resíduo Argila B (mm) 0% 2% 0% 2% Comprimento 190±3 189,7 189,3 223,5 220,0 Largura 90±3 89,7 90,2 99,8 96,6 Altura 140±3 138,2 139,2 149,5 148,8 Desvio em relação ao esquadro Planeza das faces Espessuras das paredes internas 3 0,8 3,0 0,8 1,0 3 1,2 0,7 1,7 1,2 7 8,1 8,2 7,9 7,93

12 12 Caracterização Física Tabela XII - Caracterização física dos blocos Ensaio Absorção de Água (%) NBR 8042/92 Teor de Resíduo Argila A Teor de Resíduo Argila B 0% 2% 0% 2% 12,7 12,3 14,1 14,5 Sucção (g/194cm²/min) ASTM C-67 12,3 13,4 12,6 12,7 A Tabela XII mostra que o resultado médio de absorção de água, para os blocos com a adição de lodo, está em conformidade com a NBR 7171/92,já que esta fixa a absorção de água entre 8% e 25%. Com relação a sucção, os valores encontrados encontra-se dentro dos limites usualmente especificados na bibliografia existente sobre o assunto. Tabela XIII - Verificação da resistência à compressão Ensaio Resistência à Compressão (MPa) - NBR 6461/83 Teor de Resíduo Argila A Teor de Resíduo Argila B 0% 2% 0% 2% 2,2 2,9 1,4 1,2 A Tabela XIII, mostra que o resultado médio de resistência á compressão, para os blocos com a adição de lodo, estão em conformidade com a NBR 7171/92, que esta fixa a resistência mínima à compressão em 1,0MPa. Os blocos com adição de lodo apresentaram resistência superior aos de referência (sem adição). Estudo da verificação da inertização da argila com a adição de lodo, após sinterização Os ensaios para a verificação da inertização da argila com a adição de lodo foram realizados no Lakefield Geosol-Laboratório de Análises Minerais e Ambientais de Belo Horizonte-MG. Cabe salientar, que estes ensaios não estavam programados, na proposta de projeto, apresentada a este órgão de fomento, mas que trata-se de um parâmetro importante no estudo da reciclagem de resíduos.

13 13 Foram analisadas argilas provenientes das indústrias cerâmicas de Canoas e de São Leopoldo com 2% de lodo em relação a massa de argila, após sinterização. Os ensaios foram preconizados pelas NBR ,NBR e NBR O lodo foi classificado como classe II (não inerte) por apresentar teores de fenóis e manganês na análise da amostra solubilizada, acima do limite máximo permitido. A amostra de argila, proveniente da indústria cerâmica de Canoas, com 2% de lodo, após sinterização, foi classificada como classe II (não inerte), por apresentar teor de fluoretos na amostra solubilizada, acima do limite máximo permitido. No entanto, amostra de argila, proveniente da indústria cerâmica de São Leopoldo, com 2% de lodo e após sinterização, foi classificada como classe III (inerte), porque não apresentou os seus constituintes solubilizados, concentrações superiores aos padrões no Anexo H da NBR A partir destes resultados, pode-se depreender que o lodo foi inertizado, mesmo sabendo-se que a argila, proveniente da indústria cerâmica de Canoas, com 2% de lodo, após sinterização, seja classificada como classe II (não inerte), uma vez que supõe-se que a argila seja classe II (não inerte), devido a presença de fluoretos na amostra solubilizada, apresentar-se acima do limite máximo permitido. COMENTÁRIOS FINAIS De acordo com os resultados obtidos, verificamos a possibilidade de solucionar-se um problema de impacto ambiental, uma vez que é técnica e economicamente viável a reciclagem do lodo gerado. Os resultados dos ensaios de caracterização geométrica dos blocos estão em conformidade com os limites especificados pela NBR 8042/92. Destaca-se, o pequeno acréscimo na resistência a compressão para teores de adição de 2% para a Argila A. Com relação aos ensaios de solubilização pode-se supor a inertização do lodo após a queima. REFERÊNCIAS 1- P.S. SANTOS. Ciência e Tecnologia de Argilas. Edgard Blücher Ltda. São Paulo, 2 ed I.S.S. dos SANTOS, L.M. CALARGE, C.S. KAZMIERCZAK. Estudos de misturas de argilas com a incorporação de resíduo inorgânico para a aplicação em

14 14 blocos cerâmicos. 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica e do Mercosul. Associação Brasileira de Cerâmica - ABC. Florianopólis/SC ABNT. Amostragem de resíduo. NBR Rio de Janeiro p. 4 ASTM D ASTM C Test Method for Water Soluble Choride in Mortar and Concrete I.S.S. SANTOS, M.V.V. RAMIRES, C.S. KAZMIERCZAK, S. CAMARGO, A. P. KERN, H.C. SILVA. Caracterização e identificação do resíduo: lodo da estação de tratamento de água de São Leopoldo. In: XXV Congreso Interamericano de Engenieria Sanitaria y Ambiental. Porto Alegre. AIDIS Las americas y la accion el medio ambiente en el milenio. Porto Alegre: AIDIS/ABES,12/2000. CD-Rom. 6 - ABNT. Resíduos Sólidos. NBR Rio de Janeiro pp. 7 - ABNT. Lixiviação de Resíduos. NBR Rio de Janeiro pp. 8 - ABNT. Solubilização de Resíduos. NBR Rio de Janeiro p. USE OF SLUDGE OF WATERWORKS FOR PRODUCTION OF CERAMIC BLOCKS ABSTRACT In this work is coming the results of a study seeking the recycling of the sludge generated in the decanters of the Waterworks Imperatriz Leopoldina, of the Municipal Service of Water and Sewer of São Leopoldo-RS (SEMAE), in the production of ceramic blocks for the civil construction. The sludge, initially characterized as Classe II - no-inert it becomes inert, after the process of sinterization of the blocks. The ceramic blocks were developed starting from the sludge mixture with clay, in ceramic industries located in São Leopoldo-RS and Canoas-RS, next the Waterworks. Rehearsals of geometric characterization were accomplished, physics and mechanical, and the obtained results are in conformity with the effective standards for ceramic blocks. Key -Words: ceramic blocks, characterization, sludge ETA.