III CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DO RESÍDUO: LODO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DO MUNICÍPIO DE SÃO LEOPOLDO

Transcrição

1 III CARACTERIZAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DO RESÍDUO: LODO DA ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DO MUNICÍPIO DE SÃO LEOPOLDO Ivana Suely Soares dos Santos (1) Doutora em Engenharia pela USP. Professora da UNISINOS das disciplinas de Tecnologia da Construção I (Arquitetura) e Materiais de Construção Civil I (Engenharia Civil I). Coordenadora e Pesquisadora em projetos de pesquisa afetos a área. Área de Atuação: Materiais de Construção Civil e Componentes. Marcus Vinicius Veleda Ramires Doutor em Engenharia pela UFRGS. Professor da UNISINOS das disciplinas de Tecnologia da Construção I e Tecnologia da Construção II (Arquitetura) e Materiais de Construção Civil I e Construção Civil II (Engenharia Civil). Pesquisador em projetos de pesquisa afetos à área. Área de Atuação: Materiais de Construção Civil e Construção Civil. Claudio S. Kazmierczak Doutor em Engenharia pela USP. Professor da UNISINOS das disciplinas de Materiais de Construção Civil II, Patologia das Construções (Engenharia Civil) e Tecnologia da Construção III (Arquitetura). Responsável pelo Laboratório de Materiais de Construção do C6. Coordenador e Pesquisador em projetos de pesquisa afetos à área. Área de Atuação : Materiais de Construção Civil e Componentes. Heitor da Costa Silva Phd pela Architecture Association of Architecture - Londres. Professor da UNISINOS das disciplinas de Habitabilidade I (Arquitetura) e Arquitetura e Urbanismo (Engenharia Civil). Pesquisador em projetos de pesquisa afetos a área. Área de Atuação: Conforto Térmico. Andrea Parisi Kern Mestre em Engenharia pela UFRGS. Professora da UNISINOS das disciplinas de Tecnologia da Construção IV, Especificação e Custos e Estágio (Arquitetura) e Planejamento das Construções (Engenharia Civil). Pesquisador em projetos de pesquisa afetos à área. Área de Atuação: Materiais de Construção Civil e Construção Civil. Sandro Adriani Camargo Biólogo pela UNISINOS. Atua como biólogo do SEMAE. Endereço (1) : Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS - Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas - Av. Unisinos, São Leopoldo - RS - CEP: Brasil - Tel: (51) ramal Fax: (51) ramal marcus@euler.unisinos.br RESUMO O referido trabalho foi desenvolvido através de um convênio firmado entre a Universidade do Vale do Rio dos Sinos - UNISINOS e o Serviço Municipal de Água e Esgoto de São Leopoldo/RS - SEMAE. Através da caracterização do resíduo (lodo), gerado pela Estação de Tratamento de Água do SEMAE, o trabalho objetiva verificar a viabilidade da utilização deste resíduo como matéria-prima na produção de componentes cerâmicos para a construção civil. Desta forma, foram realizadas as seguintes atividades: estimativa da quantidade de geração de resíduo pelas ETAS do SEMAE, pela cubagem dos depósitos de resíduo; caracterização química do resíduo por fluorescência de raios-x; caracterização mineralógica por difração de raios-x; caracterização de resíduos sólidos, caracterização de lixiviação de resíduos e caracterização de solubilização de resíduos segundo as NBR /1987, NBR /1987 e NBR /1987; análise granulométrica do resíduo segundo a NBR 7181/1984; determinação do limite de liquidez do resíduo segundo a NBR 6459/1984; determinação do limite de plasticidade do resíduo segundo a NBR 7180/1984. PALAVRAS-CHAVE: Resíduo (lodo), Caracterização, Reciclagem. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 INTRODUÇÃO O desenvolvimento das pesquisas de materiais tradicionais com a incorporação de resíduos, gera uma nova mentalidade que é compatível com as diversidades econômicas, sociais e culturais do nosso país. A proposta do aproveitamento do resíduo, vem de encontro com as normas do órgão estadual de proteção do meio ambiente, FEPAM Fundação Estadual de Proteção Ambiental, que exige o aproveitamento dos resíduos, evitando a sua disposição, mesmo que em aterros sanitários. Esta pesquisa associa a necessidade do órgão público, SEMAE Serviço Municipal de Água e Esgoto, com a experiência adquirida em outros projetos desenvolvidos por pesquisadores da UNISINOS Universidade do Vale do Rio dos Sinos. Desta forma, objetiva-se fazer a caracterização e a identificação do resíduo(lodo), proveniente dos decantadores das Estações de Tratatamento de Água do Município de São Leopoldo, originado das partículas arrastadas do Rio dos Sinos durante a captação da água, acrescido de outras impurezas oriundas do seu processo de tratamento. Verificando, posteriormente a possibilidade da incorporação do mesmo em misturas de argilas para obtenção de componentes cerâmicos para construção civil. MATERIAIS E MÉTODOS Para o desenvolvimento deste trabalho adotou-se a seguinte metodologia : - Estimativa da quantidade de geração de resíduo pelas ETAS do SEMAE, através - da cubagem dos depósitos de resíduo; - caracterização química do resíduo através de fluorescência de raios-x; - caracterização mineralógica através da difração de raios-x; - caracterização de resíduos sólidos segundo a NBR /1987; - caracterização de lixiviação de resíduos segundo a NBR /1987; - caracterização de solubilização de resíduos segundo a NBR /1987; - Análise granulométrica do resíduo segundo a NBR 7181/1984; - Determinação do limite de liquidez do resíduo segundo a NBR 6459/1984; - Determinação do limite de plasticidade do resíduo segundo a NBR 7180/1984. RESULTADOS E DISCUSSÕES A estimativa da quantidade de resíduo gerada pelas ETAS do SEMAE, foi obtida através da cubagem do lodo depositado nos decantadores da ETA Imperatriz Leopoldina em São Leopoldo, durante um período contínuo de um ano, o qual resultou em 0,2% de lodo do total de água bruta, captada para o tratamento de potabilização. A caracterização química do resíduo foi realizada no Laboratório Lakelfield-GEOSOL, Belo Horizonte MG, por fluorescência de raios X para os óxidos SiO 2, AL 2 O 3, Fe 2 O 3, CaO, MgO, K 2 O e TiO 2, em amostras fundidas por Li 2 B 4 O7 (tetraborato de lítio) e por espectrometria de absorção atômica para o Na 2 O. O FeO foi analisado por titulação com KMnO 4 (permanganato de potássio). A análise química do lodo é apresentada na Tabela 1. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Tabela 1: Análise química do lodo. Composição Química SiO2 (%) Al2O3 (%) Tio2 (%) 0.94 Fe2O3 (%) 6.60 CaO (%) 0.40 K2O (%) 0.57 Na2O (%) 0.23 MgO (%) 0.69 MnO (%) 0.17 S (ppm) 2990 FeO (%) 2.90 P. F. (%) Os resultados da análise química, apresentados na Tabela 1, mostram que este resíduo tem em seus principais constituintes, valores semelhantes aos das argilas normalmente usadas como matéria-prima de produtos cerâmicos. A caracterização mineralógica do resíduo foi feita através de difração de raios-x, pelos métodos da análise total ou do pó e da análise orientada. No método da análise total ou do pó, a amostra foi seca a uma temperatura inferior a 60ºC para que os argilominerais não perdessem água de sua estrutura, sendo posteriormente desagregada. A amostra em pó, cerca de 1g do material pulverizado, foi depositado no sulco da lâmina de vidro, procurando-se preservar a desorientação das partículas, para que todos os minerais ou estruturas cristalinas fossem analisados. Para o método da análise da amostra orientada, aproximadamente 5g, foram separadas e colocadas em um copo de 250 ml, com água destilada. Usando um bastão de vidro, com ponta de borracha, homogeneizou-se bem a amostra, deixando-a sedimentar. Logo após a amostra foi agitada e colocada em uma cuba de ultrasom por 5 minutos. Em seguida o copo com a suspensão foi retirado e agitado novamente com bastão de vidro, deixando em repouso por 2h30min. Após este intervalo de tempo, retirou-se os 3cm superiores utilizando-se um sifão com ponta virada em forma de anzol. Assim, coletou-se a fração < 2µm. A seguir esta suspensão foi centrifugada a 5000 rpm durante 30 minutos e a pasta resultante foi diluída em 5 ml de água destilada, sendo posteriormente pipetada e depositada na lâmina de vidro para secagem entre 24 e 48 horas. Após este processo, obteve-se a fração < 2µm orientada. Desta forma, privilegiou-se as faces 001 para a identificação de argilominerais. A referida amostra foi chamada de orientada natural. Para verificar a existência ou não de argilominerais expansivos, a amostra orientada natural foi saturada com etileno glicol. Esta foi colocada em um dessecador com etileno glicol e aquecida em estufa a 60ºC durante 2-3horas. A amostra denominada glicolada foi retirada e analisada em seguida. A amostra orientada natural também foi aquecida a 500ºC durante duas horas para avaliar argilominerais que colapsam a sua estrutura nestas condições, permitindo uma identificação mais precisa. Esta foi amostra calcinada. Para a análise foi utilizado um difratômetro SIEMENS D5OOO com goniômetro θ-θ. A radiação foi Kα em tubo de cobre nas condições de 4O kv e 3O ma. A velocidade e o intervalo de varredura do goniômetro para cada tipo de análise foi a seguinte: Amostra do Pó: 1,5 segundos para 0,025º de degrau do goniômetro de 2º a 72º 2θ Amostra Orientada Natural: 2 segundos para 0,02º de degrau do goniômetro de 2º a 28º 2θ Amostra Orientada Glicolada: 3 segundos para 0,02º de degrau do goniômetro de 2º a 28º 2θ Amostra Orientada Calcinada: 2 segundos para 0,02º de degrau do goniômetro de 2º a 28º 2θ ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Os minerais e/ou fases cristalinas foram identificados através da medida das distâncias interplanares (valores de "d") e das intensidades relativas dos picos nos difratogramas. A letra "N" ao lado da identificação da amostra significa orientada natural, a letra "G" ao lado da identificação da amostra significa orientada saturada com etileno glicol e a letra "C" ao lado da identificação significa que a amostra foi calcinada. Os minerais identificados, na análise total e na fração argila da amostra, apresentam-se comparados com padrões do banco de dados do computador (JCPDS) ou indicado e referenciado sobre o pico mais importante e diagnosticado do mineral. O difratograma possui as intensidades relativas expressas em termos de porcentagem da intensidade da linha mais forte. Finalmente, salienta-se que o método dificilmente identifica estruturas cristalinas que ocorram em quantidades inferiores a 5% na amostra analisada. Nas Figuras 1, 2, 3 e 4 são apresentados os difratogramas de raios X: Figura 1: Difratograma do resíduo ETA pelo método da análise total ou do pó. Figura 2: Difratograma do resíduo ETA pelo método da análise da amostra orientada natural. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Figura 3: Difratograma do resíduo ETA pelo método da análise da amostra orientada glicolada. Figura 4: Difratograma do resíduo ETA pelo método da análise da amostra orientada calcinada. Pela análise das Figura 1, constata-se a presença de Quartzo (Si02), de Argilominerais do grupo das Caolinitas (Al2Si205(OH)4), de Feldspato e traços de Hematita (Fe203). Nas Figuras 2, 3 e 4, constata-se as presenças de Argilominerais do Grupo das Caolinitas e de Quartzo (SiO2). Para a caracterização de risco ambiental, foram realizados ensaios visando o estudo da periculosidade do resíduo. Os referidos ensaios foram desenvolvidos no Laboratório de Análises Químicas Ltda, Porto Alegre - RS, segundo as NBR /87, /87 e /87. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 A seguir, nas Tabelas 2 e 3, apresenta-se o resultado do estudo da periculosidade do resíduo, o qual congrega os estudos da origem e composição do resíduo, da inflamabilidade, da corrosividade, da reatividade, da toxicidade e da patogenicidade. A análise de resíduo sólido do lodo é apresentada na Tabela 2. Tabela 2: Análise de resíduo sólido do lodo. Parâmetro Umidade (%H2O) 68.7 ph (Solução a 5%) 6.4 Óleos e Graxas (%) 0.05 Cianetos (%CN) Sulfetos (ppm H2S) Alumínio (%Al) 6.0 Ferro Total (%Fe) 4.8 N.M.P. de Coliformes Totais (N.M.P./100 ml) N.M.P. de Coliformes Fecais (N.M.P./100 ml) Cinzas (%) 83.2 A análise do extrato de lixiviação do lodo é apresentada na Tabela 3. Tabela 3: Análise do extrato de lixiviação do lodo. Parâmetro Fluoretos (mg/l F) Arsênio (mg/l As) Bário (mg/l Ba) 0.3 Chumbo (mg/l Pb) Cromo Total (mg/l Cr) 0.04 Cádmio (mg/l Cd) Mercúrio (mg/l Hg) Prata (mg/l Ag) Selênio (mg/l Se) Analisando os valores constantes nas Tabelas 2 e 3, nota-se que esta amostra do resíduo não é constituída de restos de embalagens e nem resíduo de derramamento ou produto fora das especificações. Não é corrosiva, pois não apresenta-se na forma líquida. Não é reativo, porque este não contém ânion cianeto e os Sulfetos apresentam-se em concentração baixa. Não é toxico, já que no ensaio de lixiviação o resíduo não exibe características que o torne perigoso. E não é patogênico, por tratar-se de um resíduo da estação de tratamento de água. A seguir, na Tabela 4, apresenta-se o resultado do estudo de classificação do resíduo como inerte, o qual é baseado no ensaio de solubilização. A análise do extrato de solubilização do lodo é apresentada na Tabela 4. Tabela 4: Análise do extrato de solubilização do lodo. Parâmetro Fenóis (mg/l C6H5OH) 0.06 Surfactantes (mg/l ABS) 0.13 Cianetos (mg/l CN) Cloretos (mg/l Cl) 50.0 Fluoretos (mg/l F) Sulfatos (mg/l SO4) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Parâmetro Nitratos (mg/l NO3) 2.7 Dureza (mg/l CaCO3) Alumínio (mg/al) 0.34 Arsênio (mg/l As) Bário (mg/l Ba) 0.33 Chumbo (mg/l Pb) Cobre (mg/l Cu) 0.02 Cromo Total (mg/l Cr) 0.16 Cádmio (mg/l Cd) Ferro Total (mg/l Fe) 2.56 Manganês (mg/l Mn) 1.0 Mercúrio (mg/l Hg) Prata (mg/l Ag) Selênio (mg/l Se) Sódio (mg/l Na) 3.66 Zinco (mg/l Zn) 0.02 Analisando os valores constantes nas Tabelas 4, nota-se que esta amostra do resíduo não pode ser classificada como inerte, porque a concentração de vários parâmetros está acima do máximo aceito, segundo a NBR A partir destes resultados, conclui-se que o lodo em estudo é classificado como RESÍDUO CLASSE II - NÃO INERTE. Para a caracterização física foram realizados ensaios de granulometria por peneiramento e sedimentação, segundo a NBR 7181/84. Os referidos ensaios foram desenvolvidos no Laboratório de Mecânica dos Solos da Unisinos. A Figura 5 apresenta a curva de distribuição granulométrica do resíduo em estudo. % Peneira (mm) 100, , , , , ,5 100,00 4,8 100, ,00 1,2 99,58 0, ,38 0,42 60,40 0,3 36, ,15 24,33 0,075 22, , ,39 0, , , ,04 0, , , ,24 0, ,24 0, ,79 0, ,34 0, , , ,89 0, , , % PASSADO GRÁFICO DE GRANULOMETRIA 0 0,0001 0,001 0,01 0, DIÂMETRO DOS GRÃOS Figura 5: Gráfico da análise granulométrica do lodo. Segundo a NBR 7181/84, a fração argila do resíduo corresponde a 6%, silte 15%, areia fina 21% e areia média 58%. Os limites de liquidez e plasticidade, segundo a NBR 6459/84 e NBR 7180/84, também foram desenvolvidos no Laboratório de Mecânica dos Solos da Unisinos. O referido resíduo apresentou os seguintes resultados: limite de liquidez igual a 43,70%; limite de plasticidade igual a 27,94%. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 CONCLUSÕES Pela a caracterização de risco ambiental, constata-se que resíduo (lodo) em estudo é classificado como RESÍDUO CLASSE II NÃO INERTE. Os resultados dos ensaios de lixiviação do resíduo, mostram que o mesmo pode ser aproveitado como matéria-prima na produção de materiais de construção, já que não apresenta características de periculosidade e não é patogênico. Através da análise química, constata-se que o resíduo em estudo, apresenta a sua composição química com valores semelhantes as de argilas, normalmente utilizadas na produção de componentes cerâmicos para a construção civil. Esta constatação é reforçada observando-se os resultados obtidos na caracterização mineralógica do resíduo, através da difração de raios X. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. MOORE, D. M. and REYNOLDS JR., R. C. X-Ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press. Oxford, New York. EUA (1989). 326p. 2. BAILEY, S. W. Structures of layer silicates. Monograpf %. In: Eds. G.W. Brindley; G. Brown. Crystal Structures of Clay Minerals and Their X- Ray Identification. Mineralogical Society, London, (1980). pp JCPDS. Selected Powder Diffraction Data for Minerals: Joint Committee on Powder Diffraction Standards, Swarthomore. CD ROM. 4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Resíduos Sólidos. NBR Rio de Janeiro p. 5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Lixiviação de resíduos. NBR Rio de Janeiro p. 6. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solubilização de resíduos. NBR Rio de Janeiro p. 7. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Análise granulométrica. NBR Rio de Janeiro p. 8. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo Determinação do limite de liquidez. NBR Rio de Janeiro p. 9. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Solo Determinação do limite de plasticidade. NBR Rio de Janeiro p. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8