Universidade Estadual de Maringá, Avenida Colombo, Bloco C67-2º Andar, Maringá - Paraná - Brasil. b

Transcrição

1 Solidificação/Estabilização de lodo de lavanderia têxtil para fabricação de blocos cerâmicos acústicos: Estudo da resistência à compressão e da absorção de água Thiago Morais de Castro a *, Oswaldo Teruo Kaminata b, Célia Regina Granhen Tavares c a Programa de Pós-graduação em Engenharia Urbana, Departamento de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Maringá, Avenida Colombo, Bloco C67-2º Andar, Maringá - Paraná - Brasil. thiagoeapp@yahoo.com.br b Departamento de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Maringá, Avenida Colombo, Bloco C67, Maringá - Paraná - Brasil. otkaminata@uem.br c Departamento de Engenharia Química, Universidade Estadual de Maringá, Avenida Colombo, Bloco D90, Maringá - Paraná - Brasil. celia@deq.uem.br *Autor para a correspondência: +55 (44) thiagoeapp@yahoo.com.br Palavras chave: Bloco acústico, Lodo de lavanderia têxtil, Solidificação/Estabilização Título abreviado: Blocos cerâmicos acústicos Abstract The objective this article was to study the resistance to compression and the absorption of water, according to NBR /2005, in acoustic ceramic blocks in small scale 1/5, manufactured with the incorporation of sludge from textile industrial laundry, through process of Solidification/Stabilization (S/E), and so to define the maximum quantity of sludge recommended to be incorporated in solid mass. After the experiments performed, decided to opt for up to 20% of sludge to be incorporated in the ceramic mass, since the values of compression resistance and water absorption, found for the blocks made with 25% of sludge, were proximate to the limits set down in law for both parameters. Resumo O objetivo deste artigo foi estudar a resistência à compressão e a absorção de água, de acordo com a NBR /2005, em blocos cerâmicos acústicos em escala reduzida 1/5, fabricados com a incorporação de lodo de lavanderias industriais têxteis, por meio do processo de Solidificação/Estabilização (S/E), e assim definir a máxima quantidade de lodo recomendada a ser incorporada na massa sólida. Depois de realizados os experimentos, decidiu-se optar pelo limite de 20% de lodo a ser incorporado na massa cerâmica, uma vez que os valores de resistência à compressão e de absorção de água, encontrada para os blocos fabricados com 25% de lodo, ficaram próximos dos limites estabelecidos na legislação para ambos os parâmetros. 1 INTRODUÇÃO Paralelamente ao crescimento urbano das cidades brasileiras, constatado no último século, surgiu na maioria das cidades problemas de cunho social e ambiental, tal como o crescente processo de geração de resíduos, principalmente os industriais. Dentre os tipos de 1

2 indústrias existentes, destacam-se as lavanderias industriais têxteis, que geram quantidades consideráveis de efluentes líquidos e resíduos sólidos. Geralmente os efluentes não são tratados adequadamente, e os resíduos industriais, dentre eles o lodo gerado no tratamento dos efluentes, têm destino final inadequado e ficam expostos ao ambiente, contaminando-o. Segundo Cavalcante e Cheriaf (1996) a reutilização de resíduos provenientes de diferentes processos industriais, como novos materiais para a construção civil, tem sido cada vez mais desenvolvida em diferentes linhas de pesquisa: reaproveitamento de cinzas (carvão, casca de arroz, bagaço de cana), da areia de fundição, lodos de estações de tratamentos, rejeito da produção do ácido fosfórico, entulhos da construção civil, rejeitos de minas de carvão, dentre outros, com uma abordagem voltada ao desempenho estrutural do novo produto. A incorporação de resíduos sólidos industriais em matrizes sólidas, tais como argila cerâmica, argamassas de cimento e de concreto, produzindo-se materiais utilizáveis na construção civil, consiste em uma alternativa de reaproveitamento do resíduo. Com relação à argila cerâmica, esta pode ser moldada facilmente, pela sua alta plasticidade, apresentando resistência estrutural e estabilidade aos seus constituintes da massa, após a queima em fornos de indústrias cerâmicas. Para o caso dos lodos gerados no tratamento de efluentes de lavanderias industriais, o procedimento que envolve a Solidificação/Estabilização (S/E) apresenta-se como uma alternativa viável de reaproveitamento do resíduo, por ser capaz de reter os metais contaminantes em uma matriz sólida. Os benefícios do uso de resíduos como aditivos cerâmicos incluem além da imobilização de metais pesados na matriz queimada, a oxidação da matéria orgânica e a destruição de qualquer organismo patogênico durante o processo de queima. 2

3 Outro grave problema ambiental comum nas metrópoles brasileiras é o ruído gerado, principalmente pelo tráfego de veículos no meio urbano, o qual é capaz de provocar efeitos danosos à saúde da população. Segundo Lisot (2008), é interessante realizar intervenções no ambiente com o intuito de diminuir a intensidade dos sons que atingem o receptor. A utilização de barreiras acústicas tem se difundido como uma alternativa para o controle de ruído. Alguns pesquisadores (Lisot, 2008; Bistafa, 2006; Santos, 2005; Souza, 2006), acreditam que uma das formas de melhorar o desempenho de barreiras acústicas é utilizar ressoadores de Helmholtz na sua execução. Os ressoadores são peças que têm a capacidade de absorver sons em freqüências específicas, principalmente as mais baixas, conforme o seu dimensionamento. O objetivo deste trabalho foi estudar a resistência à compressão e da absorção de água em blocos cerâmicos estruturais acústicos (ressoadores de Helmholtz) em escala reduzida 1/5, fabricados com a incorporação de lodo de lavanderia industrial têxtil, por meio do processo de Solidificação/Estabilização (S/E), e assim definir a máxima quantidade de lodo recomendada a ser incorporada na matriz sólida. Os coeficientes de absorção sonora dos ressoadores de Helmholtz serão verificados futuramente em outra etapa, em câmara reverberante, dando continuidade a este trabalho. 2 METODOLOGIA A metodologia para o desenvolvimento do trabalho foi realizada conforme o fluxograma apresentado na Figura 1. 3

4 Figura 1 - Fluxograma do desenvolvimento da pesquisa. A argila extraída da jazida formada por sedimentação aluvial, localizada próximo às margens do rio Ivaí no Município de Japurá, norte do estado do Paraná, apresenta características variadas conforme profundidade que se encontra. No entanto, para a homogeneização, tem-se adotado a mistura, durante a própria extração, de forma que a escavação é realizada abrangendo todas as camadas heterogêneas constituintes da jazida. O estoque de material homogeneizado é conservado nesse estado durante pelo menos oito anos, sofrendo processo de degradação e estabilização da matéria orgânica, adquirindo assim mais plasticidade, tornando-o mais coeso e pronto para utilização. A amostra de argila foi caracterizada quanto ao teor de umidade e matéria orgânica total (Método Kiehl, 1985), ph (método da APHA, 2005), análise granulométrica (NBR 7181/1984), limite de 4

5 plasticidade (NBR 7180/1984), limite de liquidez (NBR 6459/1984), índice de plasticidade (NBR 7180/1984) e massa específica (método do picnômetro). Os lodos foram coletados de 14 pontos de 12 lavanderias industriais da região de Maringá/PR, esses materiais já se encontravam prontos para a destinação final em aterros industriais. Os resíduos foram coletados diretamente nas lavanderias industriais e armazenados em tambores de polietileno, com tampa de fecho hermético. Para a obtenção de um material homogêneo e representativo, realizou-se a mistura dos lodos levando em consideração o peso seco. Após a mistura dos lodos, o material foi classificado de acordo com a norma da NBR 10004/2004, e seguiram-se a NBR 10005/2004, para obtenção do extrato lixiviado e a NBR 10006/2004, para obtenção do extrato solubilizado. A caracterização também foi realizada por meio dos seguintes parâmetros: massa específica (NBR 6508/1984), teor de umidade e matéria orgânica total (Método Kiehl, 1985) e ph (Embrapa, 1979). Foram produzidas amostras de blocos cerâmicos acústicos (ressoadores de Helmholtz), em escala reduzida 1/5, utilizando formulações com 10%, 15%, 20%, 25%, 30% e 35% de lodo, na massa de argila cerâmica. Além disso, foram produzidos blocos controle, ou seja, fabricados somente com argila. As etapas do processo de fabricação dos blocos consistiram em: preparação das matérias-primas (moagem do lodo e da argila, mistura, correção da umidade e homogeneização), conformação (formação ou moldagem dos blocos), secagem e o processamento térmico (queima). A fabricação dos blocos cerâmicos acústicos foi realizada na Universidade Estadual de Maringá. Houve a necessidade de destorroar e peneirar a argila para extrair pedregulhos e outros materiais que poderiam obstruir a extrusora durante a fabricação dos blocos. A 5

6 princípio espalhou-se a argila ao sol para diminuir a umidade conforme ilustra a Figura 2. Após a secagem fez-se o destorroamento da argila em um moinho de barras, posteriormente foi passada em uma peneira de 2,4mm (Figura 3). Figura 2 Secagem da argila Figura 3 Argila peneirada À argila peneirada foi adicionada a mistura do lodo e em seguida adicionou-se água até formar uma massa pastosa como é apresentado na Figura 4. Esta pasta foi introduzida na extrusora para a confecção dos blocos cerâmicos acústicos. Na saída da extrusora, a massa em forma de barra foi cortada na dimensão projetada do ressoador com fios de aço reguláveis. Figura 4 Mistura de lodo e argila Após a extrusão (Figura 5) e corte dos blocos (Figura 6), os mesmos foram armazenados em ambiente fechado e seco onde permaneceram por pelo menos 7 dias secando (Figura 7). Este tempo de secagem foi necessário para que as peças cerâmicas 6

7 adquirissem retração lenta e gradativa, eliminando toda água incorporada, e mantendo a estrutura isenta de fissuras durante a queima. Figura 5 Massa de argila durante a extrusão Figura 6 Corte da barra após a extrusão Figura 7 - Blocos cerâmicos sendo secos em ambiente coberto A temperatura de queima atingiu cerca de 1100 ºC. O forno utilizado na queima foi o tipo Hoffman e o processo foi realizado na cerâmica Ki-Lajes da cidade de Japurá-PR. Na Figura 8 apresenta-se uma peça de bloco resultante do processo descrito. Figura 8 Bloco cerâmico fabricado 7

8 Após a queima dos blocos cerâmicos acústicos, os mesmos foram submetidos aos ensaios de resistência característica à compressão e de absorção de água conforme procedimento descrito nas normas NBR /2005 e NBR /2005, ambas da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Para os testes de resistência à compressão, os blocos ensaiados foram identificados, limpos e sem as rebarbas. A resistência à compressão expressa em megapascal (MPa) de cada amostra foi obtida dividindo-se a carga máxima, expressa em quilogramas-força e transformada em Newtons (N), observada durante o ensaio, pela média das áreas brutas das duas faces de trabalho de cada bloco, expressa em milímetros quadrados. Para o ensaio de resistência à compressão nas amostras dos blocos estruturais em escala reduzida, foi utilizada a prensa modelo EMU 100, com capacidade para kg. Para os ensaios de absorção de água, utilizou-se da estufa Quimis que manteve temperatura entre (105 ± 5) o C e balança Gerraka modelo 2000 com sensibilidade de 1.0 g. O preparo das amostras consistiu em retirar o pó e outras partículas soltas, em seguida as amostras foram submetidas à secagem em estufa a 105 o C, até a estabilização do peso. As amostras foram retiradas da estufa e pesadas imediatamente, obtendo-se a massa seca. Após a determinação da massa seca em gramas, as amostras foram colocadas em um recipiente de dimensões apropriadas, preenchido com água à temperatura ambiente, em volume suficiente para mantê-las totalmente imersas durante 24 horas. Após esse período, as amostras foram removidas e colocadas em bancada para permitir o escoamento do excesso de água. A massa úmida em gramas foi determinada pela pesagem de cada amostra saturada. 3 RESULTADOS E DISCUSSÃO 8

9 3.1 Caracterização do lodo têxtil e da argila A Tabela 1 apresenta os resultados da caracterização do lodo e a Tabela 2 apresenta os resultados das análises de caracterização da argila utilizada na fabricação dos blocos cerâmicos acústicos. Tabela 1 - Caracterização do lodo PARÂMETROS LODO Aspecto seco ph 7.73 Matéria Orgânica Total (%) Umidade (%) Massa Específica (g/cm 3 ) 1.86 Classe 2-A (NBR 1004/2004) Tabela 2 - Caracterização da argila PARÂMETROS ARGILA Aspecto seco ph 4.97 Matéria Orgânica Total (%) 5.33 Massa Específica (g/cm 3 ) 2.78 Umidade (%) 5.73 As características da argila dependem da sua formação geológica e da localização da extração. A argila estudada é proveniente da Bacia do Rio Ivaí, norte do estado do Paraná, onde predominam as rochas sedimentares, folhetos, arenitos e calcários (MINEROPAR, 2009). 9

10 O valor de ph da argila analisada ficou em torno de 5. De acordo com Thomas (1996) valores de ph do solo de 4 a 6, indicam a presença de alumínio trivalente em solos minerais e até em certos solos orgânicos. Na Tabela 3 são apresentados os valores da distribuição do tamanho das partículas (argila, silte e areia) e os limites de consistência da argila utilizada para a fabricação dos blocos cerâmicos acústicos. O termo consistência é utilizado para designar as manifestações das forças físicas de coesão entre partículas do solo, e de adesão entre as partículas e outros materiais. Tabela 3 Características da argila Argila (< 0,002mm) 50 % Silte (0,002mm 0,06mm) 30 % Areia fina (0,06mm 0,2mm) 28 % Areia média (0,2mm 0,6mm) 2 % Limite de plasticidade (LP) 23 % Limite de liquidez (LL) 57 % Índice de plasticidade (IP) 34 % Verifica-se na Tabela 3 um limite de liquidez (LL) de 57%, o que indica uma argila de alta compressibilidade, tornando a massa mais densa durante extrusão. De acordo com Campos (1999), o limite de liquidez superior a 50%, indica que a argila apresenta alta compressibilidade. Para moldagem de tijolos furados por extrusão, as faixas de limite de liquidez (LL) e índice de plasticidade (IP) recomendada para argilas plásticas, correspondem a: LL variando de 26.5% a 71.6%, e IP variando de 4.0% a 47.7%. 3.2 Ensaios de resistência característica à compressão 10

11 A Figura 9 apresenta a evolução da resistência mecânica dos blocos, em função do teor de lodo incorporado à mesma. As amostras de blocos cerâmicos estruturais devem atender ao requisito mínimo de 3.0 MPa, de acordo com a norma. O não atendimento aos parâmetros normativos mínimos indica que a parede poderá apresentar problemas estruturais, como rachaduras e, consequentemente, oferecerá riscos de desabamento da construção. Figura 9 - Resistência característica à compressão em blocos cerâmicos Verifica-se que em todas as proporções utilizadas a resistência característica à compressão dos blocos cerâmicos produzidos atendeu aos limites mínimos especificados na norma. Observa-se que com o aumento da incorporação de lodo a tendência de redução em relação aos valores da resistência à compressão, esta relação está associada ao aumento da porosidade formada na queima dos blocos cerâmicos acústicos, devido principalmente à volatilização da matéria orgânica durante o processo de queima presente no lodo. A quantidade de matéria orgânica no lodo é um parâmetro importante que pode influenciar na qualidade final dos blocos cerâmicos, pois influencia diretamente na porosidade. 3.3 Absorção de água 11

12 A Figura 10 apresenta os resultados do ensaio de absorção de água. Figura Índice de absorção médio de água em amostras dos blocos cerâmicos. Observa-se que com o aumento do teor de lodo houve o aumentou do índice médio de absorção de água, isto está associado ao aumento da porosidade presente nos blocos devido à volatilização da grande quantidade de matéria orgânica, aproximadamente 44%, presente no lodo. Assim, quanto maior a quantidade de lodo incorporada nos blocos cerâmicos acústicos, maior será a absorção de água dos mesmos. O bloco cerâmico acústico com adição de 25% de lodo absorveu uma quantidade de água próxima ao limite máximo recomendado pela norma. Assim, o índice de 21.5% de absorção de água para esse teor de lodo na massa cerâmica não é recomendado, pois é necessário adotar uma margem de segurança para materiais que são fabricados em escala industrial. 4 CONCLUSÕES Os blocos cerâmicos acústicos fabricados com adição de lodo de lavanderia industrial à massa cerâmica, até o limite de 25%, atenderam às especificações da legislação, tanto no que diz respeito à resistência a compressão, quanto à absorção de água. 12

13 No entanto, para a continuação do trabalho e para verificar os efeitos acústicos dos ressoadores de Helmholtz, decidiu-se optar pelo limite de 20% de lodo a ser incorporado na massa cerâmica, uma vez que os valores de resistência à compressão e de absorção de água, encontrada para os blocos fabricados com 25% de lodo, ficaram muito próximos dos limites estabelecidos na legislação para ambos os parâmetros. 5 REFERÊNCIAS APHA Standard Methods for the Examination of Water & Wastewater, Método 4500-H+ B, 21ª ed. Washington, Estados Unidos. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Solo - Determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Massa específica dos grãos - Métodos de ensaio. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Solo - Determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Solo - Análise granulométrica. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Resíduos Sólidosclassificação. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Procedimento para obtenção de extrato lixiviado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Procedimento para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos. Rio de Janeiro, Brasil. ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) NBR Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação Métodos de ensaio. Rio de Janeiro, Brasil. 13

14 Bistafa SR Acústica aplicada ao controle do ruído. Edgard Blücher, São Paulo, Brasil: 368 p Campos LFA, Macedo RS, Kiyohara PK, Ferreira HC Características de plasticidade de argilas para uso em cerâmica vermelha ou estrutural. Revista Cerâmica, v. 45, n Cavalcante JR, Cheriaf M Ensaios de avaliação para controle ambiental de materiais com resíduos incorporados. In: Workshop "Reciclagem e Reutilização de Resíduos como materiais de construção". ANTAC, São Paulo, Brasil: EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) Serviço nacional de levantamento e conservação de solos. Manual de métodos de análise de solos. Ed. SNLCS, Rio de Janeiro. Kiehl EJ Manual de Edafologia: Relação solo-planta. Ed. Agronômica Ceres, São Paulo, Brasil: 262p. Lisot, A Ressoadores de helmholtz em barreiras acústicas: Avaliação do desempenho na atenuação do ruído de tráfego. Dissertação do Mestrado em Engenharia Urbana da Universidade Estadual de Maringá, Maringá, Brasil: 186 p. MINEROPAR (Minerais do Paraná S/A). Indústria da Cerâmica Vermelha. Disponível em: mineropar.pr.gov.br Santos JLP Estudo do potencial tecnológico de materiais alternativos em absorção sonora. Editora da UFSM. Santa Maria, Brasil. Souza LCL, Almeida MG, Bragança L Bê-a-ba da acústica arquitetônica: ouvindo a arquitetura, EdUFSCar, São Carlos, Brasil. Thomas GW Soil ph and Soil Acidity. In: Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods, Soil Science Society of America, Book Series n.5, p