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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 Email: [email protected] 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:89,283-091 , 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 oC/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.

Palavras-chave: lodo de estação de tratamento de água, argila, cerâmica

vermelha

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

21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais09 a 13 de Novembro de 2014, Cuiabá, MT, Brasil

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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


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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/cm2.

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 Fe2O3 e fundentes K2O. Para o lodo os óxidos que se destacam é

a quantidade de A2O3 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

Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO K2O TiO2 MgO SO2 P2O5 ZnO

Argila 29,31 48,09 16,8 - 4,22 1,55 0,026 - - -

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 oC e 1050 oC sem que ocorra diferença significativa em relação


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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.


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Tabela 2 – Resultado de Densidade Aparente, Absorção de Agua Porosidade Aparente

Densidade Aparente (g/cm2) Absorção de Agua [%] Porosidade Aparente [%]

Composição 850 oC 950 oC 1050 oC 850 oC 950 oC 1050 oC 850 oC 950 oC 1050 oC

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 oC , 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 oC

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 oC, 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

oC/2horas de patamar


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Matriz cerâmica fraturada Detalhe da fusão na parede interna do

poro

Figura 3 - Amostra M 2,5 sintetizada a 1050 oC / 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 oC 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


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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, 08-10 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, 30-31 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) 288-293

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


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