INFUENCIA DA ADIÇÃO DE LODO, DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA), NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS EM CERÂMICA VERMELHA

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1 INFUENCIA DA ADIÇÃO DE LODO, DE UMA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA (ETA), NAS PROPRIEDADES MECÂNICAS EM CERÂMICA VERMELHA A.Reis; J. Souza; B. L. B. Perini; O. K. Ueno Universidade Estadual de Santa Catarina do Planalto Norte ( UDESC/CEPLAN) Departamento de Tecnologia Industrial, Rua Luiz Fernando Hastreiter Street, Cidade São Bento do Sul, SC- CEP:89, , Brasil. RESUMO: O estudo de destinações alternativas de resíduos tem sido objeto de pesquisa em diversas áreas, sobre tudo em estudos de incorporação de resíduos de processos industriais em matriz cerâmica e minimizar os riscos ambientais associados, em particular na cerâmica vermelha. O objetivo deste trabalho foi avaliar as propriedades físicas da incorporação de um lodo de ETA, em argila para fabricação de produtos de cerâmica vermelha. Foram utilizados o lodo proveniente da estação de tratamento de água (ETA), que utiliza o sulfato de alumínio como defloculante no tratamento da agua na cidade de São Francisco do Sul/SC. A metodologia aplicada foi a de incorporação da massa a seco de lodo na massa cerâmica vermelha, nas proporções de 2,5%, 5,0%, 7,5% e 10%. As composições foram secas e queimadas à temperaturas de 850º, 950º e 1050º taxa de aquecimento de 5 o C/min. e 2 horas de patamar. Foram realizados análise quimica e análises por ATG, e MEV., e as propriedades físicas como RM a flexão em três pontos, AA, PA; DA. Os resultados indicam que a incorporação do lodo aumenta a resistência mecânica de aprox.: 60% a um percentual de 2% a 4% de incorporação a 950º, comparado com argila pura. vermelha Palavras-chave: lodo de estação de tratamento de água, argila, cerâmica 1 INTRODUÇÃO: No momento, poluição e eliminação de resíduos industriais problemas são de grande importância e preocupação, tanto do setor e da sociedade como um todo. As estações de tratamento de água (ETAs) geram grandes quantidades de lodo devido à adição de sais de alumínio ou de ferro para promover a coagulação do resíduo bruto em água, tornando-se necessário buscar alternativas para a reutilização deste resíduo assim como não agredir o meio ambiente [1] [2],. A necessidade do equacionamento da disposição final dos lodos gerados em Estações de Tratamento de Água (ETAs) constitui-se atualmente um dos maiores desafios do setor de 1716

2 saneamento. Legislações cada vez mais restritivas, associadas aos altos custos de disposição em aterros (sanitários ou exclusivos) e à disponibilidade cada vez menor de áreas para a implantação destes, têm levado pesquisadores e técnicos à busca de soluções mais econômicas e ambientalmente sustentáveis para o tratamento e disposição final dos lodos. O tratamento das águas residuais produzidas nas ETA não é uma realidade na maioria das cidades brasileiras, e é comum a adotar a prática de descartá-lo sem tratamento. Pesquisas sobre a viabilidade técnica de confeccionar produtos cerâmicos para a construção civil, como blocos de vedação e telhas de cerâmica vermelha tem sido realizadas, para estudo da influência da incorporação de ETAs cerâmica em massa base de argila. A adição de lodo influênciam no tempo e temperatura de sinterização, no aumento da porosidade e da absorção de água e que estariarm dentro do requisitos de normalização.[3] [4]. O objetivo deste estudo foi determinar os efeitos da adição de um lodo de ETA em características físicas de uma argila para fabricação de tijolo ceramica vemelha, com ênfase na correlação entre as características físicas e químicas do lodo e da resistência à flexão de cerâmicas 2 MATERIAIS E METODOS Foram utilizadas lodo de estação de tratamento de agua na cidade de São Francisco do Sul/SC e argila obtida de empresa de fabricação de blocos de vedação cerâmica da cidade de Mafra em SC. Foram realizadas as seguintes análises para a caracterização do lodo da ETA e da argila,: Análise química qualitativo do lodo e argila dos principais óxidos. Preparação das massas de lodo e argila Para a preparação das composições de massas para este estudo, foram utilizadas as argilas e a amostras de lodo. Os corpos de prova confeccionados com argila e o lodo seco e posteriormente moído em malha de 80 mesh. O lodo seco e moído foi incorporado em base seca a argila nas quantidades de 2,5% (M2,5); 5,0% (M5,0); 7,5% (M7,5) e 10% (M10,0) em (base seca), e comparados com os corpos de prova em branco (M 00)(sem incorporação de lodo). As argilas, previamente secas e moídas juntamente com o lodo desidratado foram misturados em 1717

3 mecanicamente. Nesta etapa, ajustou-se a umidade de 8 % de água e conformadas em placas, em prensagem uniaxial, de 30x70x7 mm a uma pressão de 160 kgf/cm 2. Sinterização dos corpos de prova Os corpos de prova das formulações e das argilas foram queimados a temperaturas de 850 C; 950 C e 1050 C, em forno de resistência de tungstênio, a uma taxa de 5 C/ minuto a um patamar de 2 horas. As temperaturas definidas são típicas para queima de produtos de cerâmica vermelha. Caracterização física dos corpos de prova sinterizados Os corpos de prova sinterizados nas diferentes temperaturas foram submetidas a resistência à flexão, em três pontos por meio de equipamento universal de flexão modelo EMIC MEM 3000, com sua metodologia especifica de análise. Também foram realizadas a absorção de Água; Porosidade Aparente e Densidade Aparente. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização das argila e do lodo A analise química qualitativa da tabela 01, mostra que a argila possui elementos típicos nas argilas para a fabricação de cerâmica estrutural, tendo grande concentração de Fe 2 O 3 e fundentes K 2 O. Para o lodo os óxidos que se destacam é a quantidade de A 2 O 3 e CaO com 18,01 % e 29,01 % respectivamente. A presença destes óxidos sugere elevação na temperatura de fusão em relação a argila utilizada. Tabela 1 Análise química qualitativa da argila e do lodo Al 2 O 3 SiO2 Fe 2 O 3 CaO K 2 O TiO 2 MgO SO 2 P 2 O 5 ZnO Argila 29,31 48,09 16,8-4,22 1,55 0, Lodo 18,01 16,2 12,41 29,01 0,77 1,62-6,23 2,58 0,25 Propriedades físicas O resultado da resistência mecânica amostras com adição do lodo de ETA, mostradas na Figura 1, indicam que a adição de até 10 % possível adicionar nas temperaturas de 950 o C e 1050 o C sem que ocorra diferença significativa em relação 1718

4 a amostra sem lodo. A observação mais evidente esta nas mostras queimadas a 950 oc, onde a incorporação tem demostrado que há um aumento da resistência, com destaque as concentrações de 2,5 % de lodo incorporado. Embora o aumento da temperatura há tendência de aumentada resistência mecânica, o incremento de lodo eleva a resistência mecânica a flexão do material. Figura 1 Comportamento da resistência mecânica com a variação de lodo incorporado na argila e temperaturas de queima Os resultados obtidos da Tabela 2, observa-se que não houve variações significativas da densidade aparente, Absorção agua e porosidade, com o aumento da porcentagem de lodo, ainda que o lodo tenha uma perda de massa entre 43% a 45%, e a argila de 14%. O esperado seria que houvesse um aumento da porosidade e absorção de agua e redução da resistência mecânica com o aumento da concentração de lodo. 1719

5 Tabela 2 Resultado de Densidade Aparente, Absorção de Agua Porosidade Aparente Densidade Aparente (g/cm 2 ) Absorção de Agua [%] Porosidade Aparente [%] Composição 850 o C 950 o C 1050 o C 850 o C 950 o C 1050 o C 850 o C 950 o C 1050 o C M 00 1,76 1,94 2,44 17,15 13,44 3,58 36,38 30,15 9,06 M 2,5 1,77 1,93 2,43 16,50 13,52 3,64 35,02 30,13 9,16 M 5,0 1,74 1,88 2,35 16,80 14,03 4,85 35,19 30,71 11,95 M 7,5 1,71 1,85 2,33 17,35 14,43 4,88 35,83 31,22 11,95 M 10,0 1,69 1,74 2,30 17,56 15,05 5,16 36,04 30,80 12,52 Os resultados obtidos até então sugerem que há um efeito de aumento da resistência mecânica, na interface do aglomerado de lodo e a matriz de argila o que possivelmente aumentaria a resistência do poro ou da interface após queima. Os resultados sugerem que a temperatura de 950 o C, com incremento possível da resistência mecânica de aprox. 60 %. Ao observar a microscopia eletrônica de varredura Figura 2 com aumento de 400X, a amostra M 2,5, sinterizadas a 950 o C com a incorporação de 2,5 % de lodo é possível identificar uma fusibilidade ( formação de fase vítrea) na interface do aglomerado e a matriz cerâmica. Esta observação, também na Figura 3 com aumento de 400X, encontra-se na M2,5 sinterizadas a 1050 o C, porém a fusibilidade ocorre também na matriz cerâmica. A formação desta fase vítrea na interface do aglomerado de lodo, sugere que o cálcio e o alumínio presente no lodo favoreça esta formação de fase vítrea. entretando será melhor analisado posteriormente como trabalho futuro. Figura 2 -Microscopia Eletrônica de Varredura da amostra M2,5 sinterizadas a 950 o C/2horas de patamar 1720

6 Matriz cerâmica fraturada Detalhe da fusão na parede interna do poro Figura 3 - Amostra M 2,5 sintetizada a 1050 o C / 2 hora de patamar 4 CONCLUSÕES Os resultados apresentados podemos concluir que é possível a a incorporação de lodo em até 10 % a temperatura de 950 o C e o lodo da ETA utilizado favorece a formação a fusibilidade na interface do aglomerado de lodo coma a matriz argilosa, o que causa o efeito de aumento da resistência mecânica do material podendo chegar até 60 % de incremento. A absorção de agua e porosidade não altera significativamente coma incorporação de lodo. 5 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a SAMAE da cidade de São Bento do Sul SC., a empresa Cerâmica Mafra Ltda. pelo fornecimento da argila; ao Centro de Ciências Tecnológicas (CCT)- Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais/UDESC/Joinville pela autorização na utilização das instalações. 6 REFERENCIAS 1-Cornwell, D.A., Mutter, R. N. and Vandermeyden, C., Commercial Application and Marketing of Water Plant Residuals. (2000 )American Water Works Association Research Foundation (AWWARF). Denver, EUA 1721

7 2-Perini, BLP, Krohl, DR, Zierhut, EJ e Sellin, N. A influência das chuvas em bacias de água tratamento de São Francisco do Sul / SC. Anais do 9o Encontro Nacional de Águas Urbanas, (2012), Belo Horizonte, Brasil, agosto. 3-Ueno, O.K, Leite, VMS, Furukawa, PM e Lavrador Filho, J. Estudo de viabilidade técnica da incorporação de lodo de abastecimento de água processo de tratamento para a fabricação de produtos de cerâmica vermelha Anais da 16 Reunião Técnica AESabesp, (2005), São Paulo, Brasil, agosto. 4-R. Tartari, N. Díaz-Mora, A. N. Módenes, S. A. Pianaro - Lodo gerado na estação de tratamento de água Tamanduá, Foz do Iguaçu, PR, como aditivo em argilas para cerâmica vermelha. Parte I: Caracterização do lodo e de argilas do terceiro planalto paranaense - Cerâmica 57 (2011) INFLUENCE OF SLUDGE ADDITION, A WATER TREATMENT PLANT(WTP), THE PROPERTIES OF RED CERAMICS ABSTRACT The study of alternative allocations of waste has been the subject of research in several areas, especially in studies of incorporation of residues from industrial processes in ceramic matrix and minimize the risks, particularly in the red clay. The aim of this study was to evaluate the physical properties of the incorporation of a water treatment plant sludge, clay for manufacture of red pottery. The sludge from the water treatment plant (WTP), which uses aluminum sulfate as a dispersant in the treatment of water in the city of São Francisco do Sul / SC were used. The method applied was the incorporation of the dry mass of the red sludge ceramic mass, in proportions of 2.5%, 5.0%, 7.5% and 10%. The compositions were dried and burned at temperatures of 850 C, and 950ºC 1050ºC heating rate of 5 C / min. and 2-hour level. Chemical analysis and analyzes, TGA, and SEM analysis, and physical properties as RM flexion were performed at three points, AA, PA; DA. The results indicate that the incorporation of clay improves the mechanical strength of approx 60%.: a percentage of 2% to 4% of the 950º incorporation compared to pure clay. Keywords: sludge water treatment, clay, red ceramic 1722