CAPÍTULO 5APROVEITAMENTO DE LODOS SÉPTICOS

Maria del Pilar Durante Ingunza

Bruno Coraucci Filho

Servio Tulio Cassini

Jairo Pinto Oliveira

Francisco Anaruma Filho

Adriano Luiz Tonetti

Ronaldo Ferreira do Nascimento

Fernando Pedro Dias

Jeffersson Fernandes de Lima,

5.1 - INTRODUÇÃO: PANORAMA DO APROVEITAMENTO DE LODOS DE FOSSAS E TANQUE SÉPTICOS

Na era da sustentabilidade, a reciclagem e, de forma geral, o aproveitamento

de resíduos, surgem como uma necessidade para alcançar o equilíbrio dos

ecossistemas. Neste contexto o Brasil vem contribuindo com pesquisas em diversas

áreas com destaque na agricultura e na construção civil.

Em relação aos lodos sépticos, pesquisa recente sobre caracterização,

tratamento, gerenciamento e destino final (Andreoli, 2009) mostra a grande

possibilidade de aproveitamento deste tipo de resíduos, em face de suas

características físico-químicas e sua produção atual.

Nos itens a seguir será abordada com detalhe a situação atual do

aproveitamento de lodo séptico nas áreas mais relevantes: produção de biodiesel,

uso em agricultura e em construção civil.

5.2 - USO DE LODO SÉPTICO PARA OBTENÇÃO DE BIODIESEL5.2.1 - Introdução

Na busca de diversificar sua matriz energética e contribuir para a solução de

problemas econômicos, sociais e ambientais, o governo Federal do Brasil lançou o

programa do biodiesel em 2004, o qual prevê que a partir de 2008, seja adicionado

obrigatoriamente ao diesel mineral 2% de biodiesel e a partir de 2013 houve

aumento para 5% de biodiesel misturado ao diesel. Em anos subsequentes há

perspectiva que esse percentual aumente, chegando até 20%.

O biodiesel é um combustível renovável em uso no Brasil e também, em

vários países, sendo Alemanha o maior produtor deste combustível. Trata-se de um

combustível líquido derivado de biomassa renovável, que substitui total ou

parcialmente o óleo diesel de petróleo em motores de ignição por compressão,

automotivos, transportes e estacionários (geradores de eletricidade, etc.). Um

combustível alternativo aos de origem fóssil, além de ser competitivo

economicamente, deve trazer vantagens do ponto de vista ambiental, há de ser

abundante e tecnicamente apropriado ao uso. (MEHER et al., 2006).

No Brasil, as pesquisas com o biodiesel remontam do ano de 1980, com os

trabalhos do professor Expedito Parente, da Universidade Federal do Ceará, que é

autor da patente PI – 8007957. Essa foi a primeira patente, em termos mundiais, de

biodiesel e de querosene industrial de aviação. (HOLANDA, 2006).

Quimicamente, o biodiesel é um mono-alquil éster de ácido graxo, conhecido

como éster de ácidos graxos, que é produzido por meio de esterificação e/ou

transesterificação de várias fontes lipídicas na presença de um catalisador ácido,

básico ou enzimático (KNOTHE, 2005; LIU & ZAO, 2007; REVELLAME et al., 2010;

VYAS et al., 2010). As vantagens da utilização do biodiesel são limitadas pelo seu

custo, que é aproximadamente duas vezes maior do que a do diesel comum. Este

custo ainda se mantém devido ao fato de que 75-85% do seu custo total está

relacionado com as matérias-primas, como óleos vegetais (HAAS & FOGLIA,2005;

MONDALLA et al., 2009; REVELLAME et al., 2010). Assim, triglicerídeos residuais

podem constituir uma matéria-prima alternativa para processos industriais de

geração de biocombustíveis, em função do baixo custo e pela sua sustentabilidade,

ao minimizar possíveis impactos ambientais. Óleos e graxas residuais (OGR), como

o óleo residual de fritura, ácidos graxos, escuma de caixas de gordura e esgoto

sanitário, enquanto matérias primas para a geração de biodiesel podem contribuir,

significativamente, para a redução dos custos de produção, além de se caracterizar

o processo como um tratamento sanitário (RODRIGUES, 2011). Esta utilização tem

sido estudada e defendida, ênfase crescente para a geração de biodiesel, a partir

de óleos e graxas residuais do saneamento ambiental (SAIFUDDIN e CHUA, 2006).

5.2.2 - Caracterização de Resíduos Oleosos do SaneamentoOs resíduos oleosos do saneamento podem ser derivados de atividades

diversas e ligadas diretamente a rede coletora de esgoto doméstico e industrial e o

tratamento de águas residuárias em ETEs. Assim podemos destacar os resíduos

oleosos derivados de caixas de gordura, separadores agua e óleo (SAO), escumas

de reatores e estações elevatórias, caixas de areia, óleos de fritura coletados e

armazenados e lodos de esgoto e lodos de fossas e tanques sépticos (LFTS). Os

potenciais de geração de cada tipo de resíduo ou fração oleosa ainda não foram

totalmente estimados e devem continuar a receber atenção de pesquisas visando o

seu potencial aproveitamento para geração de biocombustível. Segundo

DUFRECHE et al., (2007) no caso de lodos de esgotos e fossas podem gerar cerca

de 20% de lipídeos solúveis em éter-hexano que podem ser convertidos em

biodiesel. Wust (2004) caracterizou resíduos oleosos emulsificados, com especial

atenção à composição em ácidos graxos, teor de umidade e ácidos graxos livres,

bem como o aproveitamento destes resíduos para a produção de biodiesel. Estas

reações foram avaliadas utilizando-se diferentes condições de temperatura e

pressão e os rendimentos líquidos observados foram estimados como próximos a

80%. Mondala et al. (2009) pesquisaram o potencial de utilização dos lodos primário

e secundário produzidos na estação de tratamento de esgoto sanitário de

Tuscaloosa, nos Estados Unidos e obtiveram um rendimento de 10% de ésteres

metílicos (biodiesel) de ácidos graxos por peso seco de lodo, utilizando o processo

de transesterificação com metanol e catálise com ácido sulfúrico. Muhammad &

Rohani (2011) analisaram a extração de lipídeos e a produção de biodiesel a partir

de águas residuárias e obtiveram rendimentos superiores a 57% de ésteres

metílicos via catálise ácida com óleos e graxas extraídos de lodos primários de uma

estação de tratamento de efluentes no Canadá.

5.2.3 - Procedimento de extração e Caracterização de óleos e Graxas de Resíduos oleosos

A extração com n-hexano tem sido reportada por vários autores e a utilização

do rota-evaporador no processo tem a vantagem de recuperar todo o solvente usado

no processo de extração. Atualmente, os métodos disponíveis para a extração de

lipídios a partir de materiais biológicos utilizam solventes orgânicos (hexano, éter,

clorofórmio, tolueno), geralmente em diferentes misturas e proporções. Boocock et

al.(1992) extraíram 12% p/p de lipídios pelo método de extração soxhlet e 17-18%

p/p de lipídios por extração por solvente em ebulição a partir do lodo de esgoto

bruto. Eles usaram 300 ml de solvente (clorofórmio ou tolueno) para 50 g de lodo

seca e 600 ml de solvente (clorofórmio ou tolueno) para 100 g de lodo seco no

método de extração soxhlet e método de extração por ebulição, respectivamente.

Eles concluíram que tanto clorofórmio e o tolueno são igualmente eficazes para a

extração de lipídios, mas o tolueno possui menor custo e menor impacto ao meio

ambiente. Pokoo-Aikins et al. (2010) não encontraram diferenças significativas para

os diferentes tipos de solventes avaliados (tolueno, hexano, etanol e metanol) para

extração de lipídios a partir de lamas de depuração numa proporção 1:5

(resíduo/solvente).

5.2.4 - Procedimentos para obtenção de biodieselA utilização de combustíveis de origem vegetal em motores diesel é bastante

atrativa, tendo em vista o aspecto ambiental e por ser oriundo de uma fonte

renovável de energia (ROBLES- MEDINA et al., 2009). No entanto, apesar de

energeticamente favorável, o uso direto de óleos vegetais como combustíveis para

motores é problemático, principalmente pela sua alta viscosidade (aproximadamente

11 a 17 vezes maior que a do óleo diesel de petróleo), baixa volatilidade,

combustão incompleta, formação de depósitos de carbono nos sistemas de injeção,

obstrução dos filtros e dos sistemas de injeção, comprometendo a durabilidade do

motor (TASHTOUSH; AL-WIDYAN;AL-SHYOUKH, 2003) e formação de acroleína

(uma substância altamente tóxica e cancerígena) obtida pela decomposição térmica

do glicerol (SCHUWAB et al., 1988).

Para superar esses problemas diversos processos para modificações dos

óleos vegetais e gorduras animais são apresentados na literatura. Os processos

mais citados são: a pirólise ou craqueamento térmico, a micro-emulsificação e a

transesterificação, sendo este último o mais utilizado para a produção de biodiesel.

Outro processo de obtenção de biodiesel bastante estudado é a reação de

esterificação que é aplicado em matérias-primas residuais que exibem elevada

acidez livre, tais como óleos de fritura e efluentes graxos (CANAKCI e GERPEN,

2001). A seguir são mostrados dois processos de obtenção de biodiesel, a

esterificação e a transesterificação.

5.2.4.1 - Esterificação

A reação de esterificação é um processo de obtenção de ésteres a partir da

substituição da hidroxila (-OH) de um ácido carboxílico por um radical alcoxila (-OR),

ou seja, os ácidos carboxílicos reagem com alcoóis para formar ésteres através de

uma reação de condensação catalisada por ácidos fortes (SOLOMOS & FRYHLE,

2002). Os processos de esterificação são importantes na produção de ésteres de

grande interesse comercial principalmente nas áreas de solvente, essências,

herbicidas e mais recentemente na produção de biodiesel a partir de óleos residuais

de elevada concentração de ácidos graxos livres (BARCZA, 2007).

A esterificação aplicada para a produção de biodiesel trata-se de uma reação

reversível de um ácido carboxílico com um álcool, havendo eliminação de água,

conforme é apresentado na Figura 5.1 (SOLOMOS & FRYHLE, 2002).

Figura 5.1- Reação de esterificação (Solomos & Fryhle, 2002).

Na reação de esterificação, um ácido graxo reage com um álcool, a elevadas

temperaturas, e é auxiliada por um catalisador ácido, geralmente ácido sulfúrico,

fornecendo, além dos ésteres alquílicos, água como subproduto. Esse processo de

obtenção de biodiesel é, normalmente, muito utilizado industrialmente como uma

etapa de pré-tratamento para matérias-primas de elevada acidez livre, geralmente

óleos residuais, efluentes graxos e matérias-primas com elevado teor de ácidos

graxos na sua composição, como por exemplo, óleo de babaçu (MARCHETTI et al.,

2007). No entanto, quimicamente, a reação de esterificação exige elevadas

concentrações de álcool para se alcançar conversões significativas. Vários

pesquisadores do processo informam que a mínima razão molar de álcool/ácido

graxo necessária deve ser de pelo menos 9:1, ou seja, um excesso estequiométrico

de 800%, uma vez que a relação estequiométrica entre o ácido graxo e o álcool é de

1:1. Esse problema se deve principalmente pela água formada ao longo da reação,

pois desativa o catalisador (H+) presente no meio, favorecendo a reação inversa de

hidrólise. Entretanto, essa reação de esterificação também pode ser catalisada

enzimaticamente. Dados da literatura comprovam a viabilidade do uso de lipases na

esterificação de matérias-primas de elevada acidez livre em proporções

estequiométricas e em condições brandas de temperatura (KULKARNI et al., 2006).

Muitas variáveis podem afetar a velocidade da reação de esterificação de ácidos

graxos, tais como a temperatura, concentração de catalisador e a concentração de

reagentes (RONNBACK et al., 1997). A taxa de mistura é importante no processo,

normalmente, é indicado que a velocidade de agitação do sistema reacional fique

compreendido entre 100 a 600 rpm (ZHENG et al., 2006).

5.2.4.2 - Transesterificação

A rota mais convencional para transformar triacilglicerídeos (óleos vegetais ou

gorduras animais) em combustível é a transesterificação, que envolve a reação dos

óleos vegetais e/ou gorduras animais com mono-álcoois de cadeia curta em

presença de um catalisador (ácido, básico ou enzimático), dando origem a

monoésteres de ácidos graxos (MA e HANNA, 1999; MEHER et al., 2006). Na

reação de transesterificação, uma molécula de triacilglicerídeo reage com três

moléculas de um álcool (metanol ou etanol), formando três moléculas de u m éster

linear e uma molécula de glicerol (VAN GERPEN, 2005). A Figura 5.2 apresenta a

reação em questão.

Figura 5.2 - Reação geral de transesterificação (Van Gerpen, 2005).

A taxa de reação é limitada pela intensidade da mistura dos reagentes, já que

o s óleos e/ou gorduras não são miscíveis com a solução de álcool/catalisador. A

taxa de conversão aumenta à medida que o regime de mistura aumenta,

principalmente nos minutos iniciais da reação de transesterificação (MA e HANNA,

1999). Além disso, o rendimento dessa reação depende de diversos fatores, tais

como:

o A razão molar entre o óleo e o álcool, pois como a reação de

transesterificação é reversível, geralmente ela é feita com excesso de álcool

para favorecer a formação dos ésteres alquílicos (MA e HANNA., 1999;

URIOSTE, 2004; SAAD, 2005; MARCHETTI et al., 2007). Na catálise

enzimática, no entanto, alguns autores alcançaram boas conversões na

proporção estequiométrica, uma vez que o excesso de álcool pode provocar a

inativação da enzima (SAMUKAWA et al., 2000; KOSE et al., 2002, OLIVEIRA

et al., 2004).

o A temperatura também é outro fator importante que varia em função dos tipos

de óleo e do catalisador. A metanólise alcalina, por exemplo, ocorre entre 20

a 35ºC (URIOSTE, 2004). Em relação a catálise enzimática, dependendo da

fonte da enzima e do suporte na qual ela foi imobilizada, temperaturas

elevadas podem desnaturá-la.

o O tipo de catalisador. Os catalisadores possíveis são os ácidos (H2SO4, HCl,

H3PO4), as bases (KOH, NaOH) ou as enzimas (lipases). A catálise alcalina é

muito mais rápida do que a ácida, contudo, quando se utilizam óleos residuais

com elevado teor de água e de ácidos graxos livres, a catálise ácida é mais

indicada (esterificação) (MA e HANNA, 1999; URIOSTE, 2004).

o A concentração de ácidos graxos livres e de água nos óleos quando a reação

é catalisada por catalisador básico (NaOH). O conteúdo de água e de ácidos

graxos livres nos reagentes deve ser baixo, pois a reação inversa de hidrólise

pode ser favorecida e podem ser formados sabõ es no processo, o que

aumenta a viscosidade final do produto, dificulta a separação do glicerol e

diminui o rendimento em ésteres (MA e HANNA, 1999; FUKUDA et al., 2001;

URIOSTE, 2004; MARCHETTI et al., 2007).

Os alcoóis preferencialmente usados na transesterificação são álcoois de

cadeia curta tais como o metanol, etanol, propanol, butanol ou álcool amílico. Os

álcoois mais utilizados são o metanol e o etanol, principalmente pelo seu baixo

custo, suas propriedades físico -químicas (menor cadeia carbônica) e grande

disponibilidade na Europa, Japão e Estados Unidos (MA e HANNA, 1999; URIOSTE,

2004; LU et al., 2007; MARCHETTI et al., 2007;). Devido à elevada hidrofilicidade do

metanol, ao se utilizar esse álcool, as reações enzimáticas devem ser efetuadas em

meio com solvente orgânico. Outra desvantagem do metanol é que quando usado

em excesso pode inativar a enzima (AL-ZUHAIR et al., 2006).

Apesar de várias metodologias descritas na literatura para a obtenção do

biodiesel destacarem o uso do metanol, no Brasil é cada vez mais estimulado a sua

substituição pelo etanol, pois é um dos maiores produtores de álcool etílico, com

uma tecnologia de produção bem estabelecida, grande capacidade industrial, com

plantas instaladas em todo o país e este é um fator que estimula estudos de seu

uso em substituição ao metanol (PARENTE, 2003; FACCIO, 2004; LIMA et al.,

2007). Além disso, apesar de o etanol ser menos reativo do que o metanol, ele tem a

vantagem de ser menos tóxico e de evitar a adição de solvente orgânico em

reações enzimáticas, o que viabiliza o processo de obtenção de biodiesel com

redução de custos com solventes e com consumo de energia (URIOSTE, 2004). Ao

se usar o etanol de origem vegetal, a emissão de dióxido de carbono decorrente da

combustão do biodiesel é reabsorvida na íntegra pela fotossíntese, durante o

crescimento das próximas safras das biomassas das quais se produz o álcool e o

óleo, ou seja, o etanol é mais ambientalmente correto do que o metanol ( AKOH et

al., 2007).

Além de matéria-prima mais barata e sustentável, para que o biodiesel seja

economicamente competivo, é imprescindível que no seu processo químico de

síntese sejam utilizados catalisadores de baixo custo. Os métodos reacionais na

obtenção de biodiesel por transesterificação englobam os químicos (básicos ou

ácidos) e os enzimáticos. Para a catálise química, básica ou ácida, são utilizados

vários catalisadores, com vantagens e desvantagens no processo, que podem ser

observadas na Tabela 5.1.Tabela 5.1 - Vantagens e desvantagens de diferentes catalisadores utilizados na produção de biodiesel.

Ainda que represente a rota tecnológica mais utilizada, pelo elevado

rendimento e rapidez do processo reacional, o emprego de catalisadores básicos,

como hidróxidos alcalinos NaOH ou KOH exige que a matéria prima apresente baixa

acidez (menor do que 1mg de KOH/g de amostra) para evitar o consumo

improdutivo de álcali e a subsequente formação de sabões (VAN GERPEN, 2005).

São considerados inconvenientes desta rota catalisadora a dificuldade na

recuperação do glicerol, a dificuldade de reuso do catalisador alcalino que

permanece no meio, a necessidade de tratamento posterior dos efluentes alcalinos,

a natureza fortemente energética do processo, a interferência dos ácidos graxos

livres e a presença de água na reação que conduzem quase sempre a perdas no

rendimento da mistura de ésteres (BAN et al., 2001 e 2002; DALLA-VECCHIA,

2004). Como os resíduos oleosos do saneamento apresentam geralmente altos

índices de acidez livre, foi abordado somente a catálise ácida e enzimática.

5.2.4.2.1 - Transesterificação Ácida

Os ácidos utilizados para transesterificação incluem sulfúrico, fosfórico e

ácidos sulfônicos orgânicos. Ácidos de Lewis também têm sido usados como

alternativa a ácidos de Bro nsted (SCHUCHARDT et al.,1998; HOYDONCKX et al.,

2004). Embora a catálise ácida seja mais lenta que a alcalina, ela tem a vantagem

de catalisar ácidos graxos livres, como é o caso de óleos já processados, como os

utilizados para frituras e óleos e graxas residuais. A esterificação dos ácidos graxos

livres aumenta o rendimento da reação e facilita a separação e purificação das fases

biodiesel e glicerol, além da não formação de sabão provocada pela catálise alcalina

(BONDIOLI, 2004; VICENTE et al., 2004). Por outro lado, catalisadores ácidos,

como o H2SO4, recomendados para utilização no caso de matérias primas ácidas,

requerem a ausência de água, caso contrário também determinam saponificação,

gerando subprodutos indesejáveis, com menores rendimentos, maior lentidão

reacional, necessidade de elevadas temperaturas para a reação, além do que,

devido a ação corrosiva, implicam na necessidade de utilização de equipamentos

específicos (FACCIO,2004).

Marchetti et al. (2007) afirmaram que este tipo de catalisador proporciona um

rendimento elevado em ésteres, mas precisa de temperaturas de reação e pressões

mais elevadas, a reação é muito lenta, necessitando de quase sempre mais do que

um dia para terminar.

Camacho et al. (2005) estudaram o efeito de vários tipos de catalisadores

homogêneos na esterificação de ácido graxo de palma, dentre eles, o ácido sulfúrico

e o ácido fosfórico, verificando que o sulfúrico foi o catalisador mais eficiente no

processo, pois apresentou conversões superiores, uma vez que o mesmo é anidro e

o ácido fosfórico possui elevada quantidade de água na sua composição. Bondioli

(2004) afirmou que resíduos do catalisador ácido no biodiesel podem causar

problemas de corrosão no motor, além de ocasionar a degradação de ésteres

graxos insaturados, promovendo adições eletrofílicas sobre as ligações duplas.

5.2.4.2.2 - Transesterificação Enzimática

A transesterificação enzimática também denominada de biocatálise

enzimática é hoje um dos campos mais promissores dentro das novas tecnologias

para síntese de compostos de alto valor agregado, visto que a natureza quiral das

enzimas resulta na formação de produtos de maneira altamente estéreo e

régioseletiva em condições neutras e aquosas, apresentando ainda possibilidade de

desenvolvimento de elevado número de ciclos catalíticos. Além disso, os

biocatalisadores permitem a biotransformação de compostos polifuncionalizados e

sensíveis em condições amenas, ao contrário das variantes químicas

correspondentes que exigem condições reacionais severas (GOLDBECK, 2008,

OLIVEIRA e MANTOVANI, 2009).

De uma forma geral, as desvantagens de se utilizar catalisadores químicos

podem ser superadas pelo emprego de biocatalisadores para a síntese de ésteres.

Foi observado que a catálise enzimática sintetiza especificamente ésteres alquílicos,

permite a recuperação simples do glicerol, a transesterificação de glicerídeos com

alto conteúdo de ácidos graxos, a transesterificação total dos ácidos graxos livres, e

o uso de condições brandas no processo, com rendimentos de no mínimo 90%,

tornando-se uma ótima alternativa.

As enzimas são proteínas que atuam como catalisadores acelerando a

velocidade das reações nos processos biológicos. Quimicamente as enzimas são

macromoléculas de alta massa molecular (entre 62 a 2500 resíduos de aminoácidos)

formadas por subunidades de aminoácidos, unidos por ligações peptídicas. Os

resíduos de aminoácidos formam ligações covalentes entre si, pelo grupo amino de

um aminoácido com o grupamento carboxílico de outro aminoácido, constituindo

cadeias polipeptídicas extensas, que assumem um arranjo espacial e estrutural

complexo (VOET, 1995). As enzimas são altamente versáteis na catálise de vários

tipos de reações que ocorrem sob condições brandas, normalmente à temperatura

ambiente e em pH próximo da neutralidade. As velocidades de algumas reações

catalisadas por enzimas podem chegar a 1012 vezes maiores do que as não

catalisadas. Uma enzima geralmente catalisa uma única reação química ou um

conjunto de reações intimamente ligadas e o grau de especificidade para o substrato

é normalmente alto. A velocidade de uma reação enzimática é influenciada pela

concentração do substrato, pH e concentração da enzima (NELSON & COX, 2004).

A União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (IUBMB – International

Union of Biochemistry ad Molecular Biology), classificam as enzimas de acordo a

Tabela 5.2.Tabela 5.2 - Classe de enzimas e suas aplicações em processos.

As enzimas lipolíticas ou lipases (E.C.3.1.1.3) são glicerol éster hidrolases capazes

de hidrolisar triacilgliceróis (principais componentes de óleos e gorduras) liberando

ácidos graxos livres, glicerol, mono e diacilgliceróis, atuando na interface óleo -água,

onde ocorre um aumento da atividade da enzima. Essas enzimas também catalisam

reações de esterificação e transesterificação quando presentes em meios aquo-

restritos (JAEGER et al.,1994; JAEGER e REETZ, 1998; JAEGER e EGGERT, 2002;

SHIMADA et al., 2002). As lipases são comumente encontradas na natureza, em

tecidos animais, vegetais e microbianos, sendo produzida, preferencialmente, por

fermentação usando várias espécies de microrganismos, tais como os fungos

Aspergillus mucor, Rhizopus penicillium, Geotrichum sp, por leveduras de Tulopis sp

e Candida sp e bactérias como Pseudomonas sp, Achromobacter sp e

Staphylococcus sp. Em função do baixo rendimento do processo fermentativo, as

lipases microbianas apresentam alto custo de produção e purificação quando

comparado com outras hidrolases, como proteases e carboxilases. Entretanto, os

recentes avanços nos estudos de biologia molecular tem permitido aos fabricantes

de enzimas colocarem no mercado lipases microbianas com atividade elevada, a um

custo bem mais acessível. Atualmente, lipases microbianas são produzidas por

diversas indústrias, como Novozymes, Amano, Gist Brocades, entre outras. Castro

et al. (2004) publicou um trabalho sobre a disponibilidade comercial de lipases e

listou enzimas de 34 diferentes fontes, incluindo 18 a partir de fungos e 7 de

bactérias.

As vantagens de se utilizar lipases para a produção de biodiesel são:

habilidade de se trabalhar em diferentes meios, tanto na presença de solventes

hidrofílicos quanto hidrofóbicos; são enzimas versáteis e robustas; muitas lipases

mostram considerável atividade para catalisar reação de transesterificação com

alcoóis de cadeia longa ou ramificada, o que é difícil de se usar catalisadores

alcalinos; se a enzima for imobilizada, poderá ser reutilizada (GHALY et al., 2010).

A utilização de lipases em biocatálise ambiental vem ao encontro da forte tendência

dos governos de intensificar as restrições à poluição ambiental. As técnicas de

tratamento enzimático tem despertado mais atenção devido a regulações ambientais

mais rigorosas e por serem consideradas tecnologia limpa e amigável (GANDHI,

1997; JUNG et al., 2002).

Vários autores estudaram a produção de biodiesel utilizando catálise

enzimática empregando lipases imobilizadas. Luo et al. (2006) selecionaram uma

bactéria psicrofílica (Pseudomonas fluorescens) produtora de lipase (estirpe B68) a

partir de amostras de solo de China. Esta lipase psicrofílica (lipB68) foi imobilizada

em tecido de celulose e teve sua atividade avaliada na produção de biodiesel por

transesterificação e obteve um rendimento de 92% com um tempo reacional de 12 h

e temperatura ótima de 20ºC.

A alcoólise do óleo de girassol com as lipases de Pseudomonas fluorescens

(livre), Mucor miehei e Candida sp, foi investigada por Mittelbach, (1990) com o

propósito de otimizar condições para obtenção de ésteres metílicos e etílicos.

Nesse estudo, foi verificada a eficiência da alcoólise com metanol, etanol, n-

propanol, n-butanol e n-pentanol, em diferentes condições. Foi também investigada

a importância da presença do solvente e da adição de água na reação e o melhor

rendimento (99%) foi obtido na reação de transesterificação com a lipase de

Pseudomonas sp com etanol, à 45ºC.

Lima et al, (2011) encontraram rendimento máximo de 100% de biodiesel

produzido por etanólise de óleo de babaçu utilizando lipases de Pseudomonas

fluorescens (LPF) imobilizadas em sílica por adsorção hidrofóbica. A reação foi

realizada a 40ºC, razão molar óleo: etanol de 1:7, e 10% (m/m) de biocatalisador.

Além disso, quando estas lipases foram imobilizadas em poliestireno aromático

comercial, um rendimento de 98,7% foi atingido após 48 horas. Estes resultados

mostram o grande potencial do biocatalisador sílica-octil-LPF na alcoólise de óleo de

babaçu, a fim de produzir o biodiesel.

Li et al. (2009) utilizaram uma lipase imobilizada de Penicillium expansum

para catalisar a produção de ésteres metílicos a partir de óleo usado, com alto teor

de ácido graxo livre. Eles relataram um rendimento de 92,8% em 7 h, utilizando

sílica gel para se controlar a atividade da água em excesso.

Umas das lipases mais empregadas em estudos para a produção de biodiesel é a

lipase da Candida antarctica. Essa lipase de origem microbiana é muito usada em

reações para produção de alcoóis secundários enantiomericamente puros e em

transformações de ácidos carboxílicos (KIRK & CHRISTENSEN, 2002). A

lipase Candida antartica é comercializada da forma imobilizada em resina acrílica,

com o nome comercial Novozym 435.

Novozym 435 foi usada pela primeira vez por Nelson et al. (1996) a

transesterificação de sebo com teor elevado de ácidos graxos livres para produzir

biodiesel. Foi observado que a Novozym 435 teve atividade enzimática elevada

quando o álcool secundário (2-butanol) foi usado num sistema isento de solvente.

Nesse experimento foi obtido um rendimento de 96,4% nas condições de reação que

se seguem: 0,34 molar de sebo, temperatura de 45ºC, razão molar álcool/sebo de

3:1, velocidade de agitação 200 rpm e tempo reacional de 16 h.

A lipase de Candida antarctica mostrou boa atividade na transesterificação do óleo

de soja com metanol (97% de rendimento) (MITTELBALCH, 1990). Porém,

Rodrigues et al. (2008) mostrou que com o aumento da cadeia do álcool, o

rendimento diminui proporcionalmente. Watanabe (2001) utilizaram óleo residual e

lipase de Candida antarctica imobilizada numa coluna e com proporções variadas de

metanol, observando que a atividade da enzima permanece inalterada por 100 dias

de reação.

Pinotti et al. (2012), avaliaram a transesterificação de óleos e graxas

provenientes de uma caixa de gordura de uma indústria de alimentos utilizando

enzimas imobilizadas comerciais em meio reacional com 24h e variando

concentração de enzima (5 e 7,5 e 10% w/w), temperatura (30, 40 e 50ºC) e

obtiveram rendimentos acima de 90% para as 3 enzimas estudadas, C.antarctica

com 94%, Thermomyces lanuginosa com 92% e M. miehei com 94%.

A produção de biodiesel a partir de sebo bovino e de óleos de colza, oliva e

soja foi investigada por Nelson et al. (1996) utilizando as enzimas imobilizadas de

Mucor miehei (Lipozyme RM), Candida antarctica (435), Geotrichum candidum,

Pseudomonas cepacia e Rhizopus delemar na forma livre. A reação com metanol,

etanol, propanol e isobutanol foi realizada por 5 horas, nas temperaturas entre 35 e

55ºC. Rendimentos de biodiesel com óleo de soja e colza apresentaram resultados

satisfatórios, que variaram de 3 a 99% de acordo enzima utilizada e condições

experimentais avaliadas.

5.3 - USO DE LODOS DE FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS COMO MATÉRIA-PRIMA NA CONSTRUÇÃO CIVIL5.3.1 - Introdução

O crescimento da população brasileira vem sendo acompanhado do aumento

da capacidade aquisitiva das famílias, sobretudo na primeira década do século 21.

Um dos sinais desta prosperidade pode ser medido pelo aumento progressivo da

demanda de produtos relacionados à construção civil. Porém para que este

crescimento seja sustentável, será necessária a elaboração e incorporação de novas

estratégias de mitigação das pressões exercidas aos recursos naturais pela extração

de matéria prima, de forma a suprir esta crescente demanda. Ainda é visto, em

muitas construções, desperdícios e geração de grande quantidade de resíduos

sólidos, desta forma é urgente a adoção de novos modelos de gestão do processo

produtivo, nesta importante atividade econômica. Em razão do grande dinamismo e

forte competitividade deste setor, talvez a implantação de novos modelos não

encontre tanta resistência, se as sugestões vierem acompanhadas de forte redução

de custos e nítidas vantagens ambientais. Neste sentido a adoção de técnicas de

uso racional da água, reutilização de materiais, reciclagem e incorporação de certos

resíduos urbanos, no processo construtivo, poderia aliar preservação de recursos

naturais com ganho econômico e de produtividade. Muitos são os estudos que

apontam para a necessidade inadiável de adoção de técnicas sustentáveis, seguras

e ambientalmente adequadas de destinação de resíduos oriundos de atividades

humanas perenes, que em poucos anos, por lei, não será permitida sua deposição

em aterros.

Diferentes maneiras de aproveitamento dos lodos sépticos como materiais de

construção estão sendo sugeridas internacionalmente como alternativas seguras

para a disposição final destes resíduos. As pesquisas atuais tem apontado a

utilização dos lodos sépticos tanto em sua forma bruta, estando parcialmente

desidratado, quanto na forma de cinzas provenientes da incineração destes lodos. A

utilização destes resíduos como insumos alternativos em algumas cadeias

produtivas da indústria da construção civil pode sim se tornar uma realidade com o

passar dos anos, uma vez que trazem benefícios tanto do ponto de vista ambiental

como técnico para este ramo da atividade.

Como principais vantagens da utilização do lodo séptico como matéria-prima

destacam-se: a preservação de recursos naturais pela substituição de um recurso

finito por um supostamente descartado; Redução do volume de resíduo enviado aos

aterros sanitários; Redução do consumo energético para a produção de um

determinado bem; Redução da poluição emitida para a fabricação de um mesmo

produto, entre outros.

5.3.2 - Avaliação de lodo séptico como matéria-primaA aplicação dos lodos sépticos como matéria-prima alternativa em qualquer

cadeia produtiva da construção civil dependerá intrinsecamente se as suas

propriedades físicas, químicas e mineralógicas se assemelham das propriedades

encontradas nos materiais tidos como convencionais. Para isto, faz-se necessário

caracterizar estes materiais para melhor conhecê-los e buscarmos empregá-los da

maneira mais viável possível, no intuito de obtermos produtos finais tecnicamente,

ambientalmente e economicamente compatíveis com os já produzidos no mercado.

A seguir serão descritos algumas das principais análises realizadas para

caracterização de insumos destinados ao uso na construção civil, abordando suas

características, objetivos, bem como as principais referências normativas e métodos

existentes que podem ser utilizados.

5.3.2.1 - Ensaios de caracterização do lodo

Análise química por fluorescência de raios X (FRX): A análise por FRX é uma

técnica bastante difundida e adequada nas mais variadas indústrias, por tratar-se de

um ensaio rápido, não-destrutivo e que não altera as amostras. Através deste ensaio

é possível determinar a composição química dos lodos ou cinzas de lodos em

termos de porcentagem de óxidos existentes na amostra analisada.

Análise por difração de raios X (DRX): A análise por DRX tem como objetivo

identificar a composição mineralógica do lodo ou cinzas de lodo séptico, bem como

o de caracterizar as fases cristalinas existentes nestes materiais no sentido de

verificar o grau de cristalinidade destas amostras.

Análise térmica diferencial (ATD) e termogravimétrica (ATG): Conhecer o

comportamento dos lodos sépticos quando submetidos a elevadas temperaturas se

mostra importante quando é vislumbrada a aplicação destes como insumos

alternativos na construção civil, pois é com base nestas informações que é possível

definirmos as temperaturas de queima mais rentáveis do ponto de vista técnico,

ambiental e econômico quando este processo se fizer necessário.

o A ATD nos permite monitorar os fenômenos físicos e químicos que ocorrem

na estrutura dos materiais quando estes são submetidos a altas

temperaturas, sendo estes eventos identificados através de transformações

endotérmicas e exotérmicas ocorridas durante o processo.

o A ATG consiste no monitoramento da massa dos materiais em função da

elevação da temperatura.

Frequentemente estes dois ensaios são analisados em conjunto, pois

conferem uma série de dados essenciais, principalmente para aplicação dos lodos

como matéria-prima na confecção de peças cerâmicas ou para queima deste

resíduo tendo como objetivo o uso das cinzas geradas no processo.

Análise granulométrica: O lodo e cinzas de lodo séptico são formados por

uma mistura de grãos de extensa gama de tamanhos e se faz necessário conhecer

quais são as parcelas constituídas de grãos de cada diâmetro, a fim de se escolher

a forma mais apropriada para uso destes resíduos como insumo na construção civil.

Uma vez que estes resíduos possuem características físicas e químicas que se

assemelham as de solos naturais, podemos determinar a composição

granulométrica destes materiais de maneira detalhada através do método

combinado de sedimentação e peneiramento conforme a NBR 7181/1984 ou de

maneira simplificada através do método de peneiramento conforme a NBR NM

248/2003.

Massa específica: O método a ser empregado para determinação da massa

específica será escolhido a partir da decisão da forma de utilização do resíduo. Para

utilização do lodo em sua forma bruta (in natura), recomenda-se a utilização do

método preconizado na Norma DNER-ME 093/1994, já se a utilização é na forma de

cinzas de lodo, recomenda-se o uso do método descrito na Norma ABNT NBR NM

23/2000.

Limites de consistência: Para lodos e cinzas de lodo contendo elevados

teores de finos, a análise granulométrica não é suficiente para caracterização do

solo, uma vez que em contato com a água estes resíduos podem apresentar

características distintas do material seco, caso seja constatado a presença de uma

quantidade significativa de argilominerais em sua composição. Desta maneira, faz-

se necessário o estudo dos limites de consistência para identificar se o resíduo

estudado possui comportamento semelhante ao das argilas. A seguir são descritos

os limites a serem determinados:

o Limite de liquidez (LL): A determinação do Limite de Liquidez é feita com o

aparelho de Casagrande. Com os valores obtidos (números de golpes para

fechar o sulco da amostra, feito com um cinzel, e as umidades

correspondentes) traça-se a linha de escoamento do material. A técnica do

ensaio é preconizada pela NBR 6459 (ABNT, 1984a). Por definição, o Limite

de Liquidez do solo é o teor de umidade pelo qual o sulco se fecha com 25

golpes.

o Limite de Plasticidade (LP): O Limite de Plasticidade é determinado pelo

cálculo da porcentagem de umidade na qual o solo começa a fraturar, quando

se tenta moldar com ele um cilindro de 3 mm de diâmetro e cerca de 10 cm

de comprimento. Apesar da ausência de mecanização satisfatória, o ensaio é

normatizado pela NBR 7180 (ABNT, 1984 b).

o Índice de Plasticidade (IP): O Índice de Plasticidade define a zona em que o

material se acha no estado plástico e é obtido através da diferença entre os

limites de liquidez e de plasticidade.

Índice de atividade pozolânica: Em virtude dos lodos de esgoto possuir

composição química essencialmente constituída por óxidos de sílica, óxidos de

alumínio e óxidos de ferro, quando estes são submetidos à calcinação a altas

temperaturas, podemos ter mudanças significativas em sua composição química e

estrutura cristalina, uma vez que vários compostos podem ser degradados ou se

associarem para formar novos compostos mais ou menos reativos quimicamente,

podendo ter implicações diretas nas propriedades pozolânicas dos resíduos gerados

quando estes são inseridos em uma matriz cimentícia. Desta maneira, quando se

busca a utilização de cinzas de lodo de esgoto neste tipo de matriz, convém

conhecermos seu comportamento pozolânico, para que possamos definir sua melhor

forma de utilização, seja como substituto parcial ou adição ao cimento, quando este

apresentar boa reatividade ou mesmo como fíler, quando o resíduo não possui

atividade pozolânica efetiva. A ABNT dispõe de dois métodos para determinação

deste índice, um através da determinação utilizando cimento Portland conforme a

NBR 5752/1992 e outro intitulado de Método Chapelle modificado com procedimento

de execução descrito na NBR 15895/2010.

5.3.3 - Usos principaisDentre as soluções mais estudadas, destacam-se as tentativas de utilização

na produção de blocos cerâmicos, agregados leves para concretos, na estabilização

de solo-cimento usados na pavimentação, como também sob a forma de adições

minerais para argamassas e concretos de cimento Portland.

O uso de lodo séptico como matéria-prima para cerâmica vermelha é

largamente citado na literatura (Alleman et al., 1984; Anderson et al., 1996; Cusido

et al, 1996; Dominguez et al., 1996; Jordan et al., 2005; Ingunza et al., 2013; Lin et

al., 2001; Okuno& Takahashi, 1997; Okuno& Yamada, 2000; Slim & Wakefield,

1991; Tay, 1987; Tay&Show, 1997; Weng et al., 2003; Wiebusch& Seyfried, 1997). A

informação mais antiga encontrada sobre produção em escala industrial de tijolos

utilizando resíduos de tratamento de esgotos refere-se à ETE de Fishwater Flats,

Port Elizabeth, na África do Sul. A estação produz cerca de 45 ton/dia de lodo de

esgoto, termicamente condicionado e desaguado por centrifugação, sendo este

resíduo completamente utilizado na produção de tijolos em uma olaria distante 15

Km da ETE. O lodo é misturado em proporção de 30% em volume à argila para

produção de tijolos comuns. As resistências a compressão reportadas para estes

tijolos é de 38 MPa, quando as normas do South African Bureau of Standards,

requerem no mínimo 14 MPa. Os valores de absorção de água giram em torno de

13%, uma média 30% maior que os tijolos produzidos sem lodo. A porosidade dos

tijolos ajuda na adição da argamassa, não se configurando como um problema

(SLIM; WAKEFELD,1991).

BROSCH (1975) produziu agregados leves utilizando o lodo de esgoto

através do processo de sinterização e o aplicou em concreto leve. Segundo o autor,

a qualidade do agregado foi considerada satisfatória quanto à resistência à abrasão

e ao esmagamento. Já MORALES e AGOPYAN (1992) estudaram a viabilidade de

utilização do lodo de esgoto digerido como fonte de matéria-prima para a obtenção

do agregado leve. O resultado do estudo foi compatível com os requisitos e critérios

estabelecidos pelas normas brasileiras quanto ao uso de agregado leve para fins de

produção de elementos de concreto para alvenaria, concreto estrutural ou para

isolamento térmico. O custo de produção do material na época em que a pesquisa

foi desenvolvida foi equiparado ao da argila expandida, sendo sua utilização

considerada viável.

Durante Ingunza et al (2013) avaliaram a viabilidade de utilização de lodos

calcinados como fíler em misturas de concreto asfáltico. Em seu estudo, os lodos

oriundos de uma ETE em Natal/RN, tiveram sua granulometria reduzida através de

moagem, foram peneirados em peneira de n° 200 e a fração passante desta

submetida a calcinação em forno mufla durante 3 h a uma temperatura de 900 °C.

Foram comparadas misturas de concreto asfáltico utilizando apenas cimento como

material de enchimento com misturas contendo lodo calcinado em teores de 1%, 2%

e 3% como substituto parcial do cimento. Os resultados mostraram que todas as

misturas apresentaram idêntico comportamento mecânico, atendendo as

especificações do DNIT. Foi verificado que todas as amostras contendo lodo

calcinado apresentaram menor susceptibilidade à umidade, diminuição do volume de

vazios e aumento da estabilidade do que as contendo apenas cimento como fíler.

Constatou-se que a mistura com 1% de lodo calcinado apresentou melhor

desempenho volumétrico e mecânico. No que se diz respeito a análise ambiental,

verificou-se que o uso da cinza não oferece risco.

Cyr et al (2007) efetuou a adição de cinzas de lodo de esgoto em teores de

25% e 50% nas composições de argamassas e avaliou as influências destas

adições nas propriedades de resistência mecânica, de tempos de pega,

trabalhabilidade e atividade pozolânica. Constatou-se através dos ensaios uma

perda de trabalhabilidade das argamassas com o incremento de maiores teores de

CLE, sendo necessário o aumento do fator água/aglomerante para manutenção do

padrão de trabalhabilidade encontrado para as argamassas de referência. O

aumento do teor de CLE nas argamassas causaram um retardo no tempo de início e

fim de pega das argamassas, fato este atribuído ao menor teor de cimento utilizado

nas argamassas, uma vez que parte do aglomerante foi substituído pelo resíduo,

como também em virtude de alguns elementos existentes nas CLE que pertubam o

processo de hidratação do cimento como o zinco e fósforo. Através dos ensaios

mecânicos constatou-se um decréscimo nas resistências com o incremento do teor

de CLE nas argamassas, contudo este efeito foi atenuado com o aumento das

idades de hidratação das amostras, o que conduz que existe uma leve atividade

pozolânica das cinzas com o passar do tempo.

Fontes et al (2004) avaliou a viabilidade técnica da aplicação das cinzas de

lodo de esgoto (CLE) como substituto parcial do cimento em argamassas e

concretos de alto desempenho, utilizando teores de incorporação entre 0% e 30%

para o primeiro e teores de 0% a 10% para o segundo. Para a resistência à

compressão das argamassas os resultados indicaram que a substituição de cimento

por cinza de lodo até 30%, aos 28 dias, promoveram uma redução de apenas 10%

em relação à mistura sem resíduo incorporado, já no que diz respeito a porosidade

total, constatou-se um incremento na ordem de 5% a 22% para todas as amostras

contendo o resíduo, entretanto observou-se que a absortividade destas reduziram

em relação a mistura de referência, fato este atribuído ao refinamento de poros

causados pela adição das cinzas que reduziram a velocidade de absorção e

tornaram as estruturas mais duráveis. Os resultados de resistência à compressão

para os concretos de alto desempenho mostraram que a incorporação de teores de

cinzas de lodo até 10% na mistura é viável do ponto de vista técnico, uma vez que

não trouxeram alterações significativas nos valores encontrados quando

comparados aos padrões. Já os resultados para os ensaios de porosidade e

absorção mostraram que apenas as amostras com teores de CLE de 10% tiveram

alteração significativa nestas propriedades, seguindo a mesma tendência

encontrada nos ensaios com as argamassas. Do ponto de vista ambiental,

constatou-se que as cinzas de lodo não foram lixiviadas nem solubilizadas das

amostras estudadas, comprovando assim a hipótese do encapsulamento destas na

matriz cimentícia e atestando a viabilidade do uso destes resíduos como insumos

alternativos na produção de argamassas e concretos.

5.4 - USO DE FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS COMO CONDICIONADOR DO SOLO5.4.1 – Introdução

Muitas são as alternativas de destinação e disposição final dos lodos de

esgoto sanitário, talvez a sua utilização na agricultura possa ser uma das

alternativas mais promissoras, pois trata-se de um material com alto teor de matéria

orgânica, rico em várias substâncias nutritivas. Um dos principais nutrientes

presente no lodo e essencial para agricultura é o nitrogênio, pois trata-se do principal

componente da estrutura de todos os aminoácidos, principais constituintes de

proteínas, enzimas, coenzimas e hormônios; está presente nos mais importantes

processos fisiológicos vegetais, como a fotossíntese, respiração, crescimento

vegetativo, atividade das raízes, absorção iônica de nutrientes, diferenciação celular

e na transmissão da herança genética. Outro nutriente muito importante presente

nos lodos sépticos, porém em menor quantidade é o fósforo. Este elemento químico

é um dos principais componente da estrutura dos ésteres de carboidratos,

fosfolipídeos, coenzimas e ácidos nucleicos e desempenha uma importante função

no metabolismo vegetal, em razão da sua atuação nos processos de

armazenamento e pela formação de ligações pirofosfato, as quais permitem a

transferência de energia na planta.

Apesar dos evidentes benéficos destes nutrientes presentes no lodo séptico,

a concentração de nitrogênio deve ser vista com atenção, em razão da grande

mobilidade deste elemento químico no solo, principalmente quando ele se encontra

na forma de sais de nitrato, que por meio da lixiviação, pode alcançar as águas

subterrâneas, provocando a sua contaminação. Já quanto ao fósforo, a preocupação

é menor, uma vez que a sua mobilidade no solo é muito baixa. Além disso, os solos

tropicais são, em geral, deficientes neste nutriente, o que favorece a sua fixação

nesse tipo de substrato. A reciclagem do fósforo realizada pela aplicação de lodo de

tanque séptico em solo agrícola é entendida como bastante benéfica e promissora,

uma vez que as reservas de rochas fosfatadas, utilizadas na produção de adubo

mineral, são extremamente limitadas no país. Segundo U.S. Geological Survey

(2011) se o consumo atual de fósforo mineral for mantido, o estoque brasileiro

conhecido de rochas fosfatadas se esgota em pouco mais que 60 anos. Porém

levando-se em conta o aumento populacional, o crescimento econômico e a

crescente demanda por insumos agrícolas no país, o encurtamento no tempo de

vida das atuais reservas, podem ser ainda mais alarmante.

A aplicação do lodo séptico no solo pode ser realizada pela incorporação

superficial ou subsuperficial, de forma a facilitar a disponibilidade de nutrientes

necessários ao desenvolvimento das plantas. A incorporação do lodo em valas

profundas é recomendada em casos de adubação anterior ao plantio, pois a baixa

concentração de oxigênio reduz, no biossólido, a taxa de nitrificação e

mineralização, reduzindo a perda dos nutrientes e lixiviação de nitrato. Em situações

onde o plantio já foi realizado a adubação deve ser de cobertura e superficial com

leve incorporação no solo, junto à planta.

Diversos estudos realizados no mundo demonstram um aumento progressivo

na produtividade vegetal com a utilização de lodo de esgoto. Em muitos deles, não

foi necessário adubação mineral, proporcionando ganhos tanto de produtividade

quanto financeiro, além da preservação dos estoques de recursos minerais. Embora

os dados brasileiros sejam escassos e em alguns casos controversos, a utilização

de lodo de esgoto na agricultura é uma realidade em diversos países. Os Estados

Unidos, Alemanha, Dinamarca, Espanha, Finlândia, Irlanda, Luxemburgo e Reino

Unido destinam mais de 50% dos seus lodos aos solos agrícolas (LAGENKAMP E

PART, 2001; NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 2002). Portanto nos últimos anos,

esse processo de uso de lodos de esgoto na agricultura encontra-se em plena

ascensão, em razão da limitação do espaço em aterros sanitários, dos altos custos

do transporte para sua destinação final, da adoção de legislações que promovem a

proteção e sustentabilidade ambiental, da intensificação da reciclagem de materiais

e da crescente necessidade da diminuição do uso de fertilizantes minerais.

Porém, a aplicação do lodo séptico no solo deve ser uma atividade, cercada

de cuidados, em razão das possíveis alterações que este insumo pode provocar nas

características, físicas, químicas e biológicas do solo. Para que esta atividade seja

considerada segura, de forma a não apresentar efeitos adversos aos seres

humanos, a fauna e ao ambiente de modo geral, são necessários a adoção de

protocolos criteriosos de caracterização, classificação do insumo, monitoramento

perene do local de aplicação e no caso da detecção de uma possível alteração,

deverão ser bem definidas as medidas de mitigação e rápida remedição.

5.4.2 – Aplicação do lodo de tanque séptico em solo de cultivo de roseiraSegundo inúmeros estudos a taxa de aplicação do lodo deve ser calculada

baseando-se na concentração de nitrogênio disponível no insumo, isto é, na

concentração necessária de nitrogênio semelhante ao aplicado na adubação

mineral, que é específica para cada vegetal. Para a roseira, cultura empregada nas

pesquisas realizadas pela UNICAMP com lodo séptico, a necessidade de nitrogênio

no pós-plantio é a de 150 kg ha-1 ano-1 segundo recomendações de Malavolta

(2006).

Para o cálculo da quantidade de nitrogênio disponível no lodo, deve ser

adotada a fórmula encerrada na CONAMA 375 (BRASIL, 2006). A legislação citada

apresenta duas formas de incorporação de lodo junto ao solo, a incorporação

superficial e a subsuperficial. Portanto, este fato deve ser considerado para

realização dos cálculos pertinentes. No caso da escolha de adubação subsuperficial

vale destacar que na CONAMA 375 ocorreu um erro de impressão na fórmula que

deve ser corrigida com a inserção dos valores relacionados ao nitrogênio amoniacal

(ABREU et al. 2009). A fórmula correta está apresentado na Equação 1.

Equação 1.

Onde:

– Nitrogênio disponível presente no lodo

– Nitrogênio Kjeldahl

– Nitrito e nitrato

– Nitrogênio amoniacal

– Fator de mineralização

Todos os valores apresentados em mg/kg – base seca

Para a aplicação em solo, de forma superficial, com incorporação do lodo a

fórmula a ser considerada leva em conta a possibilidade da volatilização do

nitrogênio amoniacal presente no lodo e possível perda do nutriente. Para essa

adubação, a fórmula para o cálculo no nitrogênio disponível está apresentada na

Equação 2.

Equação 2.

Onde:

– Nitrogênio disponível presente no lodo

– Nitrogênio Kjeldahl

– Nitrito e nitrato

– Nitrogênio amoniacal

– Fator de mineralização

Todos os valores apresentados em mg/kg – base seca

Após a determinação do nitrogênio disponível pelas análises laboratoriais e

aplicação das equações 1 ou 2 deve-se calcular a taxa de aplicação pela utilização

da Equação 3.

Equação 3

5.5 - APLICABILIDADE DO APROVEITAMENTO DE LODOS DE FOSSAS E TANQUES SÉPTICOS NO BRASIL5.5.1 - Uso na produção de biodieselExperiência da UFES

Foram estudados no âmbito da rede Prosab-Habitare 6 cerca de 4 (quatro)

resíduos oleosos do saneamento ambiental, caracterizados como escumas de caixa

de gordura industrial (alimentos), escuma de caixa de gordura de restaurante

universitário, escuma de pre-tratamento de ETE e Lodos de fossas e tanques

sépticos. Esta caracterização está ilustrada na Tabela 5.3. Tabela 5.3 - Valores médios da caracterização físico-química dos resíduos oleosos e

respectivos coeficientes de variação CV%). ECG-IND ECG-RU ECG-ETE LTFS

Parâmetros ECG-IND ECG-RU ECG-ETE LTFSN = 5 N = 5 N = 5 N = 5

pH 4,20 ± 0,18 4,79 ± 0,18 5,71± 0,08 7,28±0,03DQO (mg/L) 876364±0,10 678743±0,59 173115±0,28 215468±1,28P Total (mg/L) 466±0,71 505±0,76 551±0,20 11039±1,78NTK (mg/L) 589±0,19 3510±0,52 2753±0,17 2829±0,38Óleos e Graxas

(mg/L)

868095±0,10 620765±0,22 34256±0,91 96315±0,94

Sólidos Totais (mg/L) 877895±0,08 `666808±0,18 119394±0,13 210803±0,85Sólidos Fixos (mg/L) 1382±0,37 27638±1,25 23037±0,35 147919±1,23

Sólidos Voláteis

(mg/L)

876513±0,08 638081±0,20 96357±0,10 62884±0,54

Relação SV/ST 0,99±0,00 0,95±0,06 0,81±0,06 0,45±0,57

Verifica-se que os valores de pH das três caixas de gordura avaliadas neste

trabalho apresentaram situaram-se na faixa ácida, o que concorda com a maioria

dos dados de literatura para estes tipo de resíduo. A Demanda Química de Oxigênio

(DQO) apresentou valores bem elevados (876.364 mg/L) para ECG-IND; 678.743

mg/L para ECG-RU; 173.115 mg/L para ECG-ETE e 215.468 mg/L para LTFS) em

comparação a outros autores citados na literatura (TACHIN, 2002; SEMIONATO,

2006). Deve-se reassaltar que os resíduos tipo escuma flotante geralmente

concentram mais material oleoso ou gorduroso do que os lodos tradicionais devido a

flotação natural das partículas de óleos e graxas. No caso de lodo de fossas e

tanques sépticos o material lipídico encontra-se emulsificado junto a biomassa e

pode ser encontrado em todo o perfil da fossa.

Neste trabalho, a extração dos óleos e graxas nos resíduos estudados foi

realizada em batelada utilizando um rota-evaporador. O n-hexano foi utilizado como

solvente na razão 1:1 solvente/resíduo. Após a extração, o material graxo foi filtrado

e centrifugado para remoção de impurezas e em seguida os óleos e graxas foram

caracterizados e avaliados quanto a sua composição em ácidos graxos.

Caracterização físico-química dos óleos e graxas.

A Tabela 5.4 mostra o resultado da caracterização físico-química dos óleos e

graxas extraídos dos resíduos oleosos do saneamentoTabela 5.4 – Características físico-químicas dos óleos e graxas extraídos dos resíduos oleosos

do saneamento.

Parâmetros Unidade ECG-IND ECG-RU ECG-ETE LTFS

IA mg KOH/g 45,3±0,03 168,2 ± 0,01 37,0 ±0,01 4,9 ± 0,16

IS mg KOH/g 215,8±0,21 182,6±0,07 151,9±0,18 167,3 ± 0,05

ME a 25º C g/cm3 0,88 ± 0,02 0,89 ± 0,01 0,90 ± 0,01 0,90 ± 0,01

U % 1,3 ± 0,14 4,7 ±0,20 4,5 ± 0,14 2,0 ± 0,09

GL % 1,78±0,16 1,37±0,12 0,79±0,29 1,66 ± 0,09

GT % 30,24±0,13 23,23±0,11 43,44±0,07 9,98 ± 0,10

Como pode ser observado na tabela 5.4, todos os quatro resíduos

apresentaram óleos com elevados índices de acidez, sendo o óleo extraído ECG-RU

o que apresentou maior índice com 168,2 mg KOH/g amostra, seguido pelo óleo

da ECG-IND com 45,3 mg KOH/g amostra, óleo da ECG-ETE com 37,0 mg

KOH/g amostra e óleo de LTFS com 4,9 mg KOH/g amostra. Essa acidez elevada

em todos os óleos e graxas avaliados pode inviabilizar o seu uso como matéria

prima para a produção de biodiesel em reações de alcoólise com catalisador básico,

pois a transesterificação alcalina exige que o óleo vegetal seja isento de umidade e

de ácidos graxos livres (não podendo exceder 1% AGL), uma vez que a base pode

reagir com os ácidos graxos, formando sabão e água, o que dificulta a separação e

purificação do biodiesel (DOSSAT et al., 1999; SHIEH et al., 2003; LUCENA, 2008).

Os altos índices de acidez e saponificação indicam um elevado grau de

processamento do óleo residual, oxidação e decomposição dos glicerídeos ao longo

do tempo. O teor de umidade obtido também foi elevado se comparado a amostras

de óleos recém-refinados, cujo teor de umidade é inferior a 0,5%. Lee et al. (2002)

estudaram o aproveitamento de resíduos de restaurantes para a produção de

biodiesel e os seus resultados confirmam que a presença de ácidos graxos livres e

outros compostos polares, produzidos durante o processo de fritura, impedem a

reação de alcoólise básica para a produção de ésteres metílicos ou etílicos. Estes

mesmos autores avaliaram a conversão de biodiesel por transesterificação alcalina e

relataram que a presença de composto polares como água e ácidos graxos livres

retardam a reação e diminuem o rendimento, e por este motivo, estes compostos

precisam ser removidos antes da reação.

Caracterização Cromatográfica dos óleos e graxas.

Na Tabela 5.5 estão listados os percentuais de ácidos graxos obtidos por

cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) para os óleos e graxas extraídos

dos resíduos oleosos do saneamento estudados neste trabalho.Tabela 5.5 – Composição em ácidos graxos dos óleos e graxas das caixas de gordura.

Acido Graxo (%) ECG-FC ECG-RU ECG-ETE LTFS

C 12:0 (Láurico) 4,52 4,54 4,47 ND*

C 14:0 (Mirístico) 10,39 10,08 10,93 27,05

C 16:0 (Palmítico) 19,37 24,45 16,50 20,73

C 18:0 (Esteárico) 15,83 15,60 12,96 10,89

C 18:1 (Oléico) 19,45 24,52 16,57 20,80

C 18:2 (Linoléico) 4,86 15,10 8,82 15,68

C 18:3 (Linolênico) 0,26 2,09 1,36 2,36

Outros 25,32 3,62 28,39 2,49

*ND - Não detectado

O perfil cromatográfico dos óleos e graxas de caixa de gordura foram

semelhantes aos encontrados por Wust (2004) que avaliou óleos e graxas

provenientes de caixas de gordura de um shopping em Blumenau – SC. Os

percentuais de ácidos graxos para LTFS estão de acordo com os encontrados por

Duchefre et al. (2007) para a composição de ácidos graxos em lodo secundário

retirado da estação de tratamento de águas residuais municipais nos Estados

Unidos. Mondala et al. (2009) também encontraram semelhanças da composição de

ácidos graxos de lodo primário e secundário analisados por Cromatografia Gasosa.

Experiência UFCA UFC utilizou escuma de decanto-digestor e gordura de caixa de gordura de

estabelecimentos residenciais e comerciais localizados em Fortaleza/CE. Os

experimentos foram realizados no Laboratório de Saneamento (LABOSAN), do

Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental, Laboratório de Análises de

Traços (LAT), do Departamento de Química Analítica e Físico-Química, ambos da

Universidade Federal do Ceará e Laboratório de Referência em Biocombustíveis,

Prof. Expedito José de Sá Parente (LARBIO), da Fundação Núcleo de Tecnologia

Industrial do Ceará-NUTEC.

Coleta de óleo/gordura

As coletas de amostras de escuma foram realizadas em diferentes pontos,

previamente definidos, no Decanto-Digestor, da Estação de Tratamento de Esgoto,

da Companhia de Água e Esgoto do Ceará (DD/ETE/CAGECE) e caixa detentora de

óleo e gordura do Restaurante Universitário, da Universidade Federal do Ceará

(CG/RU/UFC) e Cantina da Tia Jô, no Centro de Tecnologia, da Universidade

Federal do Ceará (CG/CTJ/CT/UFC) com um recipiente de plástico, com tampa e

uma barra de madeira acoplada a um utensílio para raspar a camada superior de

escuma e em seguida as amostras foram levadas para os Laboratórios mencionados

acima para análises físico-químicas, extração do óleo/gordura, pré-tratamento e

produção de biodiesel.

Métodos de extração do óleo/gordura

Diversas espécies vegetais e animais possuem tecidos especializados em

armazenar óleos e gorduras, tais como polpas de frutos, sementes, peles e ossos.

Existem, também, diversas espécies microbianas, como algas e fungos, que

possuem organelas para armazenagem de óleos e gorduras. Assim, dada a

diversidade dos tecidos que armazenam as substâncias graxas, não existe um

processo único de extração e purificação de óleos e gorduras, pois ele depende das

características da fonte oleaginosa. Para extração do óleo e gorduras são

empregados processos físico-químicos e mecânicos, tais como: extração por

solvente, utilizando a metodologia proposta por Bligh & Dyer (1959), extração a

quente direto (Soxhlet, 1879), extração a quente Indireto, entre outros.

Neste trabalho utlizou-se a metodologia de extração a quente direto, com

autoclave vertical e o método Soxhlet (figura 5.3). O método com autoclave consiste

em adicionar água à amostra (escuma) num Becker e submetê-lo ao aquecimento

com autoclave, isto é, colocar a amostra na autoclave e aguardar que o mesmo

atinja a pressão de trabalho de 1,50 kgf.cm-3, temperatura de 120º C e tempo de 15

min., permitindo assim, que a gordura seja dissolvida e liquefeita e separada do

resto do material não gorduroso. Já o método Soxhlet foi empregado para o lodo de

esgoto doméstico obtido por meio de BEG’s, após ser submetido ao processo de

desumidificação e consistiu em repetidas lavagens (percolação), com um solvente

organico, (hexano e heptano + éter de petróleo) sob-refluxo num balão volumétrico

de fundo chato, aquecido numa chapa aquecedora, acoplada a um condensador de

refluxo e ligado a uma torneira com água.

Figura. 5.3 – Foto da amostra de óleo/gordura após a extração com autoclave (a) e após o pré-

tratamento (b).

Pré-tratamento de óleo e gordura

Após extração do óleo e gordura as amostras foram filtradas com peneiras de

85 mm de espessua para remoção de material sólido remanescente do processo de

aquecimento (areia, madeira, plastico, tecido, etc.). Em seguida filtrou-se a vácuo,

utilizando funil de buchner e papel de filtro de 12,5 mm de tamanho dos poros para

remover o material particulado do óleo e gordura extraído remanescente do

peneiramento.

Aquecimento: utilizou-se um reator piloto da marca MARCONI, modelo

502/1/FUN, acoplado a banho Maria, modelo MA 159/BB, com sensor de banho e

reator, controle de temperatura para aquecer a amostra filtrada e evaporar toda a

água presente no óleo e gordura nas condições de temperatura de 110º C por 30

minutos. Após o pré-tratamento foi avalidado o rendimento do óleo e gordura

operando autoclave e obtiveram-se os seguintes resultados: Decanto-Digestor –

37,6%; Caixa de Gordura da Cantina Tia Jô – 57,2%; Caixa de Gordura RU – 53,9%;

Para o lodo de esgoto de fossa séptica, obtido por meio de BEG’s foram

encontrados os rendimentos apresentados na Tabela 5.6. Percebe-se que o lodo

utilizado na extração apresentou óleo e gordura e que com a utilização de solventes

diferentes, o rendimento foi praticamente o mesmo, ou seja, o teor de lipídios

encontrado em média foi de 14,1 ± 0,25% e 13,6 ± 0,66% respectivamente. O que

demonstra seu potencial para aproveitamento na produção de biodiesel e também a

necessidade de cuidados na disposição final deste resíduo, pois poderá acarretar a

poluição de lençol freático se disponibilizado inadequadamente no solo.

Estudos realizados por Siddiquee & Rohani (2011), com lodo primário e

secundário, utilizando os solventes metanol e hexano, encontraram teor de lipídios

semelhantes ao da presente pesquisa, 14,46 % e 10,04 %, respectivamente.

Boocock et.al, (1992) trabalhando com a extração de amostras de lodo primário e

secundário, obtiveram 18% de lipídios. Por outro lado, Shen e Zhang (2003)

investigaram a pirólise do lodo secundário, sob condições inertes e obtiveram um

máximo em peso de óleo de 30% a uma tempertaura de 525◦ C. Tabela 5.6 - – Resultados de extração de óleo e gordura de lodo de esgoto de fossa séptica

aplicado no BEG.

Extração comSolvente 

Rendimento (%)

Média DP CV

Hexano 14,1 0,25 1,75

Heptano + Éter de petróleo 13,6 0,66 4,89

DP – desvio padrão; CV – coeficiente de variação.

Caracterização físico-química do óleo/gordura e biodiesel

Os parâmetros físico-químicos das amostras de óleo (Tabela 5.7) foram

determinados de acordo com as normas da AOCS, ASTM, EN, ABNT, metodologias

do Instituto Adolf Lutz e procedimentos da TECBIO para identificação do estado de

pureza do óleo e assim, definir as condições reacionais necessárias para as reações

de esterificação e transesterificação respectivamente. Tabela 5.7.– Características físico-químicas de óleo/gordura obtidos por aquecimento direto

por meio de autoclave.

Parâmetros Unidades

Valores dos parâmetros físico-químicos

DD

CAGECE/ETE

CG

CTJ/CT/UFC

CG

RU/UFC

Índice de Acidezmg

KOH.g-1126,5 ± 00 156,5 ± 00 61,7± 00

Índice de

Saponificação

mg

KOH.g-1173,3 ± 0,5 187,1± 0,4 162,0510

Densidade à 20ºC Kg.m-3 nd nd nd

Viscosidade

cinemática 40ºCmm2.s-1 35,5 37,7 37,0

Umidade mg.L-1 367,6 432,2 354,7

Estabilidade

oxidativah 1,87 1,32 2,51

nd – não determinado; CG/CTJ/CT/UFC – Caixa de Gordura, da Cantina Tia Jô, do Cento de Tecnologia da Universidade

Federal do Ceará; CG/RU/UFC – Caixa de Gordura, do Restaurante Universitário, da Universidade Federal do Ceará; DD

CAGECE/ETE – Decanto-Digestor, da Estação de Tratamento de Esgoto, da Companhia de Água e Esgoto do Ceará.

Percebe-se que o óleo e gordura da caixa de gordura da CG/CTJ/CT/UFC

apresentou o maior índice de acidez, 156,5 ± 00 mg KOH.g-1 demonstrando assim,

maior degradação dos triglicerideos em ácidos graxos livres. Já a Caixa de gordura

do CG/RU/UFC apresentou menor índice de acidez 61,7± 00 mg KOH.g-1

mostrando a menor degradação de triglicerideos em ácidos graxos livres. Com os

valores de índice de acidez de todas as amostras obtidas, independentemente da

origem, houve a necessidade de aplicação de duas etapas de reação para produção

de biodiesel: esterificação seguida de transesterificação. Estudos realizados por

Siddiquee & Rohani (2011), com lodo primário e secundário utilizando os solventes

metanol e hexano para extração de óleo e gordura, encontraram percentuais de

ácidos graxos livres de aproximadamente 105, 91 e 61,5 mg KOH. g-1,

respectivamente, o que corrobora com os dados obtidos nesta pesquisa.

Produção de biodiesel

Para produção de biodiesel foi aplicado à rota de esterificação (reação que

consiste em utilizar óleo/gordura com elevado índice de acidez, catalisador ácido e

temperatura elevada) e transesterificação (reação que consiste em utilizar óleo com

baixo índice de acidez, normalmente abaixo de 2 mg KOH.g-1, catalizador básico e

temperatura ambiente), utilizando o álcool metílico.

Feita a caracterização do óleo, as condições reacionais foram definidas

conforme ilustrado na Tabela 5.8, considerando cinco váriaveis independentes

como: tempo, quantidade do álcool (MeOH), temperatura, quantidade de catalisador

(H2SO4 e NaOH) e agitação mecânica. Para a neutralização da mistura reacional

(óleo/éster) resultante da reação de esterificação foi utilizada à relação de

equivalência entre ácidos e bases, mais o excesso de 5% em relação à massa da

mistura reacional, com a temperatura de 60ºC, agitação mecânica de 400 rpm e

tempo de 30 minutos.

Tabela 5.8 – Condições reacionais e operacionais para reação de esterificação e transesterificação.

ParâmetrosValor

Esterificação Transesterificação

Álcool (m/m) 24 6

Catalisador (%) 2,5 0,5

Tempo (min) 60 60

Temperatura (o C) 60 60

Agitação (rpm) 300 300

Feitos os cálculos mediram-se as quantidades necessárias dos reagentes e

procedeu-se com a reação de esterificação da seguinte forma: adicionou-se um

volume constante de 400 ml do óleo e gordura no reator piloto e as respectivas

quantidades dos demais reagentes e procedeu-se a reação, observando as

condições definidas na Tabela 5.8.

Qualidade do biodiesel final

O biodiesel produzido foi caracterizado com a finalidade de observar e

atender as especificações exigidas pelos órgãos reguladores de qualidade do

biodiesel, no caso do Brasil, pelo o Regulamento Técnico nº 4/2012, parte integrante

da RESOLUÇÃO ANP Nº 14, DE 11.5.2012 - DOU 18/05/2012. A Tabela 5.9

apresenta os parâmetros físico-químicos do biodiesel obtidos com as amostras de

óleo e gordura extraído dos materiais provinientes do DD CAGECE/ETE e

CG/RU/UFC. Tabela 5.9 – Caracterização do biodiesel do biodiesel do decanto-digestor e caixa de gordura.

ParâmetrosValores encontrados

Referências UnidadeDD CAGECE/ETE

CG RU/UFC

Índice de Acidez 0,29 ± 00 0,32 ± 0,0TECBIO NLB A -

0601

mg

KOH.g-1

Glicerina Livre 0,018 ± 000,005 ±

0,0TECBIO NTBA -

0101 C

%

Glicerina Total 0,21 ± 00 0,21 ± 0,0 TECBIO NTBA -

0101 C

%

Massa Específica à

20º C872,9 ± 07

881,1 ±

0,4 ABNT NBR 14065kg.m-3

Estabilidade

Oxidativa (sem

antioxidante)

8,48 ± 0,659,18 ±

0,23EN 14112 h

Viscosidade à 40ºC 5,31 ± 0,032 5,4 ± 0,04 ABNT NBR10441 mm2.s-1

Umidade Karl

Fisher459,54 ± 11

398,54 ±

9ASTM D- 6304 mg.kg-1

Os parâmetros analisados demonstram que o biodiesel obtido se enquadra

dentro dos limites estabelecidos pela ANP (Agência Nacional de Petróleo, Gás

natural e Biocombustiveis), o que garante o uso deste combustível em veículos de

motores de combustão interna (motor diesel). Estudos realizados por Bhatti et all

(2008), com diferentes matérias primas (gordura de frango, gordura de carneiro, óleo

de cozinha usado) apresentaram resultados similares aos encontrados nesta

pesquisa, o que demonstra que pode-se utilizar qualquer resíduo de origem vegetal

e/ou animal para produção de biodiesel.

5.5.2 - Uso como matéria-prima na construção civil Experiência da UFRN

A temperatura de calcinação ao qual uma amostra mineral é submetida pode

gerar mudanças significativas em sua composição química e estrutura cristalina,

uma vez que vários compostos podem ser degradados ou se associarem formando

novos compostos mais ou menos reativos quimicamente, podendo ter implicações

diretas nas propriedades pozolânicas dos resíduos gerados quando estes são

inseridos em uma matriz cimentícia.

Neste âmbito, a UFRN realizou uma pesquisa sobre a caracterização de

cinzas de lodo, com vistas ao uso como adição mineral em matrizes cimentícias.

Este estudo objetivou verificar a influência da temperatura empregada na queima

dos lodos sépticos no índice de atividade pozolânica (IAP) das cinzas geradas como

resíduo do processo, no intuito de consistir em um aporte inicial para o

desenvolvimento de futuras pesquisas visando o aproveitamento destes materiais

tanto em argamassas quanto em concretos de cimento Portland.

Para caracterização dos lodos e cinzas de lodo foram realizadas as análises

descritas a seguir.

ATD e ATG do lodo bruto

Para a indicação da faixa de temperatura a ser empregada nos estudos,

submeteu-se uma amostra de lodo séptico “in natura” às análises de ATD e ATG.

Para realização destes ensaios foram empregados os parâmetros descritos na

Tabela 5.10, tendo como resultados a geração dos gráficos apresentados na Figura

5.4.Tabela 5.10 – Parâmetros utilizados na análise termogravimétrica do lodo bruto

Faixa de temperatura: 0 °C a 1200 °C

Taxa de aquecimento: 10 °C/min

Atmosfera: Ar sintético

Vazão do gás: 100 ml/min

Porta-amostras: Cadinho de platina

Quantidade de material: 10 mg

Figura 5.4- Curvas de ATD, ATG e DrTG da amostra de lodo in natura

Na ATD mostrada na Figura xx, verificam-se a ocorrência de transformações

exotérmicas bastante acentuadas entre a faixa de temperatura de 200 °C a 590 °C,

tendo seu ponto máximo em aproximadamente 300 °C. Tal comportamento é

confirmado através da ATG deste material, como pode ser observado na Figura 5.4,

onde é possível constatar uma perda de massa para a temperatura de 590 °C de

cerca de 55 % em relação a sua massa inicial, sendo esta redução atribuída a

eliminação da matéria orgânica da amostra. Além disto, visualiza-se na ATG a

estabilização da perda de massa dos lodos sépticos a partir de temperaturas de 600

°C, mantendo-se em níveis constantes até a temperatura limite da análise que foi de

1200 °C.

Queima do lodo séptico in natura

Tomando como base os resultados da ATD e ATG, bem como as informações

apresentadas na literatura referentes às temperaturas usuais utilizadas em

processos de incineração de lodos de esgotos (Geyer, 2001), optou-se pela

utilização das temperaturas de 700 °C, 800 °C e 900 °C para o processo de queima

do lodo séptico em estudo. A queima das amostras de lodo bruto foram realizadas

em um forno mufla elétrico da marca EDG, modelo Economic, sob uma taxa de

aquecimento de 10 °C/min e o tempo de 180 minutos de permanência no patamar,

período este utilizado afim de garantir a total eliminação da matéria orgânica contida

nos lodos. O material resultante do processo de queima foi denominado de cinzas

de lodo séptico (CLS) e identificado conforme mostrado na Tabela 5.11. Tabela 5.11 – Identificação das cinzas geradas no processo de queima

Identificação da amostra Descrição do material

CLS700 Cinza de lodo séptico obtida a 700 °C

CLS800 Cinza de lodo séptico obtida a 800 °C

CLS900 Cinza de lodo séptico obtida a 900 °C

As CLS obtidas foram submetidas a destorroamento manual utilizando-se

grau com pistilo em porcelana, sendo em seguida armazenadas em recipientes

plásticos com tampas até o momento da realização das análises química

semiquantitativa por FRX, mineralógica por DRX e do ensaio para determinação da

atividade pozolânica.

Análise Química Semiquantitativa por FRX e mineralógica por DRX das CLS

Buscando entender o comportamento dos lodos de esgotos quando

submetidos a elevadas temperaturas e suas implicações na composição química e

mineralógica das cinzas geradas no processo, submeteram-se as três cinzas obtidas

a diferentes temperaturas às análises de FRX e DRX, obtendo como resultados as

composições químicas em termos de porcentagem de óxidos da Tabela 5.12 e

composição mineralógica conforme difratogramas mostrados na Figura 5.5, Figura

5.6 e Figura 5.7.

Tabela 5.12 – Resultado da análise de FRX em porcentagem de óxidos

% de Óxidos CLS700 CLS800 CLS900

SiO2 33,15 34,94 35,33

Al2O3 25,44 26,65 28,65

SO3 6,19 5,79 4,80

CaO 5,44 5,78 6,54

Fe2O3 5,11 5,40 5,80

P2O5 4,20 5,21 5,83

MgO 3,78 3,51 3,93

TiO2 1,14 1,20 1,23

K2O 0,71 0,74 0,78

ZnO 0,35 0,34 0,36

CuO 0,09 0,09 0,10

MnO 0,04 0,04 0,05

ZrO2 0,03 0,03 0,03

Cr2O3 0,03 0,03 0,03

PbO 0,01 0,01 0,00

SrO 0,01 0,01 0,01

NiO 0,01 0,01 0,01

Figura 5.5 - Difração de raios X da CLS700 Figura 5.6 - Difração de raios X da CLS800

Figura 5.7 - Difração de raios X da CLS900

Constata-se através destas análises que o aumento da temperatura de

queima, dentro da faixa estudada, não provacam alterações significativas na

composição química das cinzas geradas como resíduo, porém causam um

incremento no grau de cristalinidade destas amostras.

As análises de FRX mostram que cerca de 65 % das CLS700, CLS800 e

CLS900 são formadas por óxidos de ferro, alumínio e silício, elementos estes

bastante comuns em resíduos de efetiva propriedade pozolânica, como por exemplo

as cinzas de casca de arroz, cinzas de bagaço de cana-de-açúcar, cinzas volantes,

dentre outras, no entanto sabe-se que grande parte da reatividade destes materiais

devem-se à presença do óxido de silício em sua forma amorfa, o que induz que as

cinzas de lodo de esgoto não possuem elevado índice de atividade pozolânica (IAP),

uma vez que se verifica através dos difratogramas que as amostras estudadas são

predominantemente formadas por óxidos de silício na forma de Quartzo e demais

óxidos cristalinos.

Determinação do índice de atividade pozolânica das CLS com cimento

Para mensuração do grau de influência que a temperatura de queima dos

lodos brutos possui na ativação pozolânica do resíduo gerado, realizou-se o ensaio

de determinação do IAP com cimento, conforme procedimento descrito na norma

NBR 5752 (ABNT, 2012a), para as amostras CLS700, CLS800 e CLS900, obtendo

os resultados expressos na Tabela 5.13. Os índices determinados sinalizam que

nenhuma das três cinzas obtidas possuem propriedades pozolânicas efetivas, não

tendo estas atingido o limite mínimo de IAP estipulado pela norma NBR 12653, que

é de 75%, para que possam ser consideradas como adições pozolânicas.Tabela 5.13 – Índice de atividade pozolânica para CLS obtidas a diferentes temperaturas

Amostra IAP (%)CLS700 63,98

CLS800 66,02

CLS900 61,14

Conclusões do estudo

Embora as análises químicas por FRX das CLS tenham demonstrado que

estes resíduos são compostos por teores de óxidos de ferro, alumínio e silício

superiores aos exigidos pela norma NBR 12653 para classificá-las como pozolanas

de classe E, observou-se através das análises mineralógicas por DRX que estas

cinzas são predominantemente cristalinas, característica essa indicativa de um

material de baixa reatividade e consequentemente de reduzida ação pozolânica.

Estas evidências foram comprovadas através dos ensaios de IAP, onde verificou-se

que nenhuma das amostras estudadas alcançou o índice mínimo para considerá-las

como materiais efetivamente pozolânicos.

Experiência da UNICAMP O lodo de tanque séptico utilizado foi coletado a partir de um tanque séptico

do Bairro Gramadão, da cidade de São Miguel Arcanjo, no estado de São Paulo,

uma ETE, operada pela SABESP - Unidade de Negócios do Alto Paranapanema. O

tanque séptico é coletivo e foi projetado para receber em torno de 300 ligações

familiares, porém está sendo operado com aproximadamente 500 ligações. O

tanque tem 20 anos e está em processo de desativação e substituição de sistema de

tratamento. Por dois meses, foram coletadas amostras de lodo séptico em diferentes

pontos do tanque para a sua caracterização (Tabela 5.14).Tabela 5.14- Caracterização química e física do Lodo de tanque séptico provenientes da ETE

do bairro Gramadão do Município de São Miguel Arcanjo, SP.

Parâmetros Analisados

Resultados

Teor de Umidade 85,5 %

pH 7,6

Condutividade 322 S cm-1

Sólidos Totais (ST) 14,5 %

Sólidos Voláteis (SV) 6,07 %

Relação SV/ST 0,42

Temperatura 22,7 °C

N Total 19.240,00 mg.kg-1

N. Amoniacal 226,23 mg.kg-1

N. orgânico 19.013,77 mg.kg-1

N. Nitrito e Nitrato 68,67 mg.kg-1

Coliformes Totais 7,4. 105 NMP g -1 de

ST

E. coli 1,1. 102 NMP g -1 de

ST

Cádmio 0,15 mg.kg-1

Chumbo 12,5 mg.kg-1

Cobre 10,0 mg.kg-1

Cromo 1,9 mg.kg-1

Níquel 1,6 mg.kg-1

Zinco 9,5 mg.kg-1

O lodo foi coletado com o auxílio de bombas hidraulicas, recebeu polímero

catiônico de poliacrilamida na dose 4 Kg.Ton.ST-1, foi submetido ao processo de

deságue por meio da utilização de contentores de geotéxtil (CG ou BAG) com

volume aproximado de 100 L. Cada contentor de geotextil recebeu cinco cargas de

lodo, sendo que o tempo de espera entre uma aplicação e outra foi de 4 semanas. A

Tabela 5.15 apresenta a caracterização do lodo de tanque séptico desaguado e

acondicionado em CG no Município de São Miguel Arcanjo, SP. Tabela 5.15 – Caracterização químicas, físicas e biológica do lodo de tanque séptico

desaguado e acondicionado em CG instalados no município de São Miguel Arcanjo, SP.

Parâmetros Analisados

Resultados

Teor de Umidade 51,75 %

pH 7,36

Condutividade 483 S cm-1

Sólidos Totais 48,25 %

Sólidos Voláteis 2,80 %

Relação SV/ST 0,06

Temperatura 25,4 °C

N Total 3700,00 mg.kg-1

N orgânico 3673,97 mg.kg-1

N. Amoniacal 26,03 mg.kg-1

N. Nitrito e Nitrato 0,92 mg.kg-1

Coliformes Totais 1,2. 106 NMP g -1 de ST

E. coli 5,3. 104 NMP g -1 de ST

Teste de toxicidade aguda

Daphnia Não apresentou

toxicidade

Semente Lactuca Sativa Não apresentou

toxicidade

Gêneros de helmintosNúmero de ovos

Total Viáveis p/grama de lodo

Ascaris sp 10 0 < 0,1

Trichuris sp 3 0 < 0,1

Toxocara sp 8 0 < 0,1

Além da caracterização física, química e microbiológica, do lodo séptico,

também foram realizados ensaios de determinação do poder calorífico superior,

utilizando-se o método descrito em “Standard Method of Test for Heat of Combustion

of Liquid Hidrocarbon Fuels Bomb Calorimeter” - ASTM D-240-64. Os ensaios

ocorreram no Laboratório de Energia da Biomassa – SFB do departamento de

Engenharia Térmica e Fluídos da Faculdade de Engenharia Mecânica da UNICAMP.

Porém verificou-se que tanto o lodo líquido quanto o seco em estufa a 450 °C e 600

°C, não se mostraram aptos para serem utilizados como combustível na indústria

cimenteira, em razão do baixo poder calorífico superior (186 PCs - cal. Kg -1 ou 777,5

PCs J. Kg-1).

Metodologias de formulação de traços

Todo o conteúdo de dois CG foi seco em estufa a 65 °C, por três dias; em

seguida foi moído em moinho de facas até uma granulometria favorável para a

incorporação do material em diferentes atividades da construção civil.

Além do lodo desaguado “in natura”, também foram realizados testes de

incorporação de lodo calcinado (cinzas do lodo). Após desaguamento o lodo foi

retirado do CG, colocado no interior do forno tipo “Iglu” de uma cerâmica onde

ocorreu à queima do material durante 72 horas a uma temperatura aproximada de

900º – 950 ºC. O lodo calcinado também foi moído.

Preparação dos corpos de prova de argamassa estrutural (armada)

Foram utilizados lodos desaguados “in natura” e cinzas, em diferentes

proporções, tanto em substituição de areia como de cimento nas seguintes

proporções:

a) porcentagens de lodo desaguado “in natura” incorporada em substituição a

areia: 2%, 4% e 8%

b) porcentagens de cinzas de lodo incorporada em substituição a areia: 4%, 8%,

15%, 20% e 25%.

c) porcentagens de lodo desaguado “in natura” incorporada em substituição ao

cimento: 1,14%, 2,27% e 4,52%.

d) porcentagens de cinzas de lodo incorporado em substituição ao cimento:

15%, 20% e 25%.

O cimento utilizado para a preparação dos corpos de prova foi o Portland -

CPII – E32, com tempo de cura de 28 dias. Com relação a areia utilizada como

agregado foi realizado o teste de determinação da composição granulométrica

através da norma ABNT NBR 7211 (2005). A Tabela 5.16 apresenta a

caracterização do agregado miúdo utilizado (areia).

Tabela 5.16 - Caracterização do agregado (areia) conforme NBR 7211(2005), utilizado para confecção diferentes traços de argamassa armada.

Identificação da amostra: Agregado Miúdo – Areia Média

Dimensão Máxima Característica: 6,3 mm

Módulo de finura: 2,95

Classificação do agregado: Zona utilizável superior

5.5.2.1 - Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone

A norma NBR NM 67 (1998) propõe a determinação da consistência pelo

abatimento do tronco de cone. Esse teste consiste em padronizar a produção dos

corpos de prova através da verificação da plasticidade e da coesão dos

componentes da mistura na preparação da argamassa. A partir deste ensaio

verificou-se a necessidade de adição de uma pequena quantidade de água nas duas

situações estudadas.

5.5.2.2 - Procedimento para moldagem e cura de corpos de prova

Preconizado pela norma NBR 5738 (2008) a preparação da argamassa de

cimento aconteceu através de uma mistura mecânica, iniciando-se pela colocação

da água e, em seguida, os demais componentes. A moldagem dos corpos-de-prova

cilíndricos foi feita logo após o amassamento da argamassa, e o procedimento

utilizado para o preenchimento do molde foi o de “adensamento manual com haste”.

Os golpes foram distribuídos uniformemente em toda a secção transversal do molde.

Os corpos-de-prova, ainda nos moldes, foram colocados em câmara úmida,

onde permaneceram durante 24 horas, com a face superior protegida com uma

placa de vidro plano. Terminado esse período, os corpos-de-prova foram retirados

dos moldes e imergidos num tanque de água e cal, onde permaneceram por 28 dias

até o teste de ruptura.

Após 28 dias imersos em água, os corpos-de-prova foram retirados no

tanque, secados e capeados. A dosagem do material para o capeamento foi de 75

% de enxofre e 25 % de caulim, fundidos a uma temperatura de 136 ± 7 °C. Após o

capeamento os corpos-de-prova permaneceram em repouso por 4 horas para

garantir a solidificação do enxofre e também uma superfície linear para o ensaio de

ruptura.

5.5.2.3 - Determinação de peças de concreto para a pavimentação (PAVERS)

Foi utilizado lodo desaguado “in natura” e cinzas, em diferentes proporções,

tanto em substituição de areia como de cimento nas seguintes proporções:

a) porcentagens de lodo desaguado “in natura” incorporada em substituição

a areia: 2%, 4% e 8%.

b) porcentagens de cinzas de lodo incorporada em substituição a areia: 2%,

4%, e 8%.

c) porcentagens de lodo desaguado “in natura” incorporada em substituição

ao cimento: 2%, 4% 8% e 16%.

d) porcentagens de cinzas de lodo incorporado em substituição ao cimento: :

2%, 4% 8% e 16%.

Para avaliar o comportamento quanto à resistência a compressão de pisos

intertravados que receberam adição de 16% de cinza moídas em substituição ao

cimento foi proposto nova série de rompimento das peças de concreto, porem em

diferentes tempos de cura (3, 7, 14, 21 e 28 dias).

O cimento utilizado para a moldagem das peças de concreto foi o Portland –

CP V – ARI. Para caracterização da areia, foi realizado o teste de determinação da

composição granulométrica por meio da norma ABNT NBR 7211 (2005). Com

relação à utilização do agregado graúdo, utilizou-se o pedrisco, cuja determinação

da composição granulométrica baseou-se na norma ABNT NBR 7211 (2005). A

Tabela 5.17 apresenta a caracterização do agregado graúdo (pedrisco) utilizado

confecção dos corpos de prova. Tabela 5.17 - Caracterização do agregado graúdo (pedrisco) conforme NBR 7211(2005).

Dimensão Máxima

Característica:

9,5 mm

Módulo de finura: 5,64

Classificação do agregado: Aproximou-se de Agregado graúdo – Zona 4,75/12,5 com um

desvio máximo de 11% e com somatória dos desvios de 11%.

Na preparação dos pisos intertravados utilizou-se aditivo, classificado como

superplastificante. Este material é empregado na elaboração de concretos,

argamassas e caldas de cimento, com o intuito de modificar algumas propriedades

do material fresco ou endurecido, tornando-os mais fáceis de manusear, além de

melhorar suas características mecânicas. De acordo com a empresa produtora do

superplastificante, os principais benefícios do seu uso na produção dos pisos

intertravados, estão relacionados ao aumento da resistência à compressão, aumento

da durabilidade do concreto, da diminuição de fissuras e diminuição da relação

água/concreto.

5.5.2.4 - Preparação e cura das peças de concreto para pavimentação

Ar normas que orientam a determinação da resistência à compressão de

peças pré-moldadas de concreto destinadas à pavimentação de vias urbanas, pátios

de estacionamento ou similares, além de fixarem as condições exigíveis para sua

aceitação são: NBR 9780 (1967) e NBR 9781 (1987).

A preparação da massa de concreto deu-se por meio de uma mistura

mecânica, iniciou-se pela adição de água, em seguida, os demais componentes.

Para a moldagem das peças de concreto foi utilizado uma mesa vibratória, para

garantir uma homogeneidade de preenchimento da forma. Após 24 horas da

moldagem, as peças de concreto foram retiradas dos moldes e imergidas em um

tanque de água, onde permaneceram por 7 dias até o teste de ruptura. As peças de

concreto foram capeadas com a proporção de material descrita anteriormente.

5.5.2.5 - Ruptura dos corpos-de-prova e das peças de concreto para pavimentação

Após o capeamento dos corpos-de-prova, os mesmos foram rompidos por

meio de compressão após 3, 7, 14, 21, e 28 dias de tempo de cura. A pressão foi

direcionada para o centro dos pisos, aplicando-se a carga com uma velocidade

equivalente a 0,25 ± 0,05 MPa s-1.

5.5.2.5 - Resultados Alcançados

5.5.2.5.1 - Corpos de Prova: Ensaios de incorporação do lodo séptico em

substituição à areia para produção de argamassa estrutural.

Com a utilização do lodo séptico desaguado “in natura” verificou-se que ao

diminuir a porcentagem de lodo adicionado na mistura, os valores obtidos para

resistência à compressão (MPa) estiveram mais próximos aos valores

recomendados pela Norma ABNT 11173 (1990) que é de 25 MPa para argamassa

armada. A Figura 5.8 apresenta o resultado do ensaio de resistência à compressão

em função das porcentagens de lodo séptico “in natura” adicionado na mistura em

substituição à areia (agregado miúdo) após 28 dias de cura.

Figura 5.8: Ensaio de resistência à compressão em função das porcentagens de lodo séptico desaguado “in natura” adicionado na mistura de argamassa em substituição à areia (agregado

miúdo) após 28 dias de cura.

Portanto, verificou-se que substituir o agregado miúdo (areia) por lodo séptico

desaguado “in natura”, as porcentagens não devem ser superiores a 2 %, em razão

do comprometimento da resistência da argamassa para fins estruturais. Porém caso

essa porcentagem seja aumentada, aconselha-se a utilização dessa argamassa

apenas para fins paisagísticos e de revestimento não estrutural. Levando em

consideração a utilização dessa argamassa para assentamento de tijolos,

revestimentos de paredes e tetos, segundo a NBR 13279 (2005), a porcentagem de

lodo séptico desaguado “in natura” que poderia ser utilizado não deve ultrapassar a

8%, visto que para esse caso, valores de resistência a compressão são iguais ou

inferiores a 8 MPa (Figura 5.8).

Por meio da visualização, em grandes aumentos por meio da Microscopia

Eletrônica de Varredura, do lodo “in natura”, foi possível observar a influencia de

fragmentos orgânicos na resistência dos corpos de prova. Nas Figuras, 5.9, 5.10 e

5.11, mostram fragmentos de vegetal que ao se decomporem poderão levar ao

aparecimento de vazios, podendo ocasionar enfraquecimento da argamassa. Nas

figuras abaixo mostram imagens tomadas do interior de bolhas de ar, na argamassa

sem lodo (Figura. 5.12) apresentando aspecto liso e na Figura 5.13 com lodo “in

natura” demonstrado aspecto foliáceo, rugoso e com bordas irregulares, talvez

indícios de interferência na atividade pozolânica.

Figuras 5.9, 5.10 e 5.11 – Materiais de origem vegetal contidos no lodo desaguado “in natura”

moído. Possível micro interferente na resistência estrutural de argamassas. Figura. 5.11 material vegetal no interior da argamassa, verificado após teste de ruptura.

Figuras 5.12 e 5.13 – Argamassas sem adição de lodo (Figura 5.12) e argamassa com adição de lodo desaguado “in natura” moído (Figura 5.13), possível interferente na resistência estrutural

de argamassas.

Com o intuito de diminuir a influencia da matéria orgânica na resistência da

argamassa armada foram realizados ensaios com o lodo calcinado (cinzas) em

substituição da areia (agregado miúdo). Após 28 dias de cura procedeu-se o teste

de ruptura (Figura 5.14).

Figura 5.9 Figura 5.10 Figura 5.11

Figura 5.12 Figura 5.13

Figura 5.14: Ensaio de resistência à compressão em função das porcentagens de lodo calcinado (cinzas) adicionado na mistura de argamassa em substituição à areia (agregado

miúdo) após 28 dias de cura.

Verificou-se que apenas porcentagens iguais ou inferiores a 4 % de cinzas de

lodo adicionadas a argamassa estrutural em substituição da areia alcançou

resultados satisfatórios com relação ao atendimento da Norma ABNT NBR 11173

(1990). Para o atendimento da NBR 13279 (2005) todas as porcentagens de cinzas

de lodo utilizadas foram satisfatórias.

5.5.2.5.2 - Corpos de Prova: Ensaios de incorporação do lodo séptico em

substituição ao cimento para produção de argamassa estrutural

Os ensaios de resistência à compressão do lodo séptico desaguado “in

natura” em substituição ao cimento também foram avaliados, visto que o lodo pode

apresentar características de pozolanicidade, verificado em ensaios de

espectroscopia de raio x por meio de EDS (Capitulo 4). Os valores alcançados de

resistência foram superiores aos recomendados pela norma ABNT NBR 11173

(1990), nas porcentagens de 1,14 e 2.27, habilitando-os para serem usados na

argamassa armada nestas proporções. A Figura 5.15 apresenta os resultados

obtidos para o ensaio de resistência à compressão em função das porcentagens de

lodo séptico “in natura” adicionado na mistura em substituição ao cimento após 28

dias de cura.

Figura 5.15: Ensaio de resistência à compressão em função das porcentagens de lodo séptico desaguado “in natura” adicionado na mistura de argamassa em substituição ao cimento após

28 dias de cura.

Para o atendimento da NBR 13279 (2005) todas as porcentagens de lodo

séptico desaguado ”in natura” utilizadas foram satisfatórias.

Os ensaios de resistência à compressão com incorporação de cinzas na

argamassa estrutural em substituição ao cimento, após 28 dias de cura, também

foram avaliados (Figura 5.16), na expectativa de uma maior resistência, em razão de

ausência de matéria orgânica o que viabilizaria o seu uso na produção de

argamassa armada.

Figura 5.16: Ensaio de resistência à compressão em função das porcentagens de cinzas de lodo adicionado na mistura de argamassa em substituição ao cimento após 28 dias de cura.

Verificou-se que todas as porcentagens de cinzas de lodo adicionadas aos

corpos-de-prova (15 %, 20 % e 25 %) em substituição ao cimento tiveram resultados

relativamente satisfatórios com relação ao atendimento da Norma ABNT NBR 11173

(1990) para a argamassa armada que prevê uma resistência à compressão igual ou

superior a 25 MPa, porem os dados apontam para necessidade de mais estudos

para uma definição mais precisa do comportamento da adição de cinza, em

substituição ao cimento em razão do comportamento anômalo da mistura de com

20%. Para o atendimento da NBR 13279 (2005) todas as porcentagens de cinzas de

lodo utilizadas foram satisfatórias.

5.5.2.5.3 - Determinação das peças de concreto para a pavimentação (PAVERS):

Ensaios de incorporação do lodo séptico em substituição à areia

As porcentagens propostas tanto para o lodo séptico desaguado “in natura”

quanto para as cinzas de lodo em substituição a areia foram 2%, 4% e 8%. A Figura

5.17 apresenta os resultados obtidos para o ensaio de resistência à compressão em

função do tipo de lodo utilizado para o teste.

Figura 5.17: Ensaio de resistência à compressão em função do tipo de lodo utilizado para o teste de substituição de areia na produção de pisos intertravados (PAVERS).

De acordo com a ABNT NBR 9781 (1987) a resistência característica

estimada à compressão deve ser: a) maior ou igual a 35 MPa, para as solicitações

de veículos comerciais de linha; b) maior ou igual a 50 MPa, quando houver tráfego

de veículos especiais ou solicitações capazes de produzir acentuados efeitos de

abrasão.

Verificou-se que as peças de concreto para a pavimentação que tiveram

incorporação de cinzas de lodo apresentaram resistência à compressão muito

superior aos valores alcançados no controle. Para o lodo séptico desaguado “in

natura”, em qualquer porcentagem estudada, os valores foram inferiores ao

preconizados pela norma vigente, porem para o uso exclusivo de pedestres pode ser

uma opção.

5.5.2.5.4 Determinação das peças de concreto para a pavimentação (PAVERS):

Ensaios de incorporação do lodo séptico em substituição ao cimento As porcentagens propostas para a substituição de lodo ao cimento foram 2 %,

4 %, 8% e 16 % tanto para o lodo séptico “in natura” quanto para as cinzas de lodo.

A Figura 5.18 apresenta os resultados obtidos para o ensaio de resistência à

compressão em função do tipo de lodo utilizado para o teste.

Figura 5.18: Ensaio de resistência à compressão em função do tipo de lodo utilizado para o teste em substituição ao cimento na produção de pisos intertravados (PAVERS).

Nenhum dos traços estudados, seja com lodo “in natura” seja com cinzas,

atingiram valores de resistência a compressão próximos a 50 MPa, demonstrando

que pisos fabricados com estes traços não devem ser colocados em local com

trafego de veículos especiais, porém, porcentagens iguais ou inferiores a 16 %

poderão ser utilizados em locais de tráfego de veículos comerciais de linha, em

razão da resistência serem iguais ou superiores a 35 MPa.

Com intuito de conhecer o processo de ganho de resistência de pisos

intertravados, produzidos com grande quantidade de cinzas em substituição ao

cimento, foi realizado um novo teste de ruptura, variando-se os tempos de cura

(Figura 5.19).

Figura 5.19: Ensaio de resistência à compressão utilizando 16% de cinzas de lodo em substituição ao cimento em diferentes tempos de cura.

Verificou-se que a partir do sétimo dia de tempo de cura, os pisos

intertravados produzidos com cinzas de lodo tiveram valores de resistência a

compressão superiores ao de 35 MPa sugeridos pela norma NBR 9781 (2013),

habilitando-o para serem utilizados em localidades de trafego de veículos comerciais

de linha, porem recomenda-se que a instalação dos pisos seja feita obedecendo-se

28 dias de cura em razão do ganho de resistência, diminuindo perdas por quebra

durante o transporte e instalação. Porem ressalta-se que já no sétimo dia os valores

de compressão superaram a exigida na norma.

5.5.3 - Uso como condicionador do soloExperiência da UNICAMP

O lodo utilizado no experimento da UNICAMP é proveniente de um tanque

séptico multifamiliar, instalado no bairro Gramadão na cidade de São Miguel

Arcanjo, localizada no sul o estado de São Paulo. O lodo foi retirado do tanque por

meio da utilização de bombas hidráulicas e transferido para caixas, contendo

polímero catiônico baseado em poliacrilamida, na proporção de 4 Kg.Ton.ST -1. Após

intenso revolvimento, o lodo foi bombeado para dois contentores de geotêxtil (CG),

dando inicio ao processo de estabilização e desaguamento. Após seis meses, foram

coletadas amostras de lodo desaguado, de forma a determinar suas características

quanto à aptidão para o uso agrícola. Os dados referentes às análises do lodo

utilizado como fertilizante no cultivo de roseiras estão apresentados na Tabela 5.18.

Tabela 5.18 – Caracterização básica do lodo de tanque séptico desaguado em CG para cálculo da adubação de roseiras.

Parâmetro Unidade Resultados (base seca)Sólidos voláteis % 18,9Sólidos totais % 56,3Teor de umidade % 43,7Nitrogênio amoniacal mg Kg-1 1033,6Nitrito+Nitrato mg Kg-1 36,1Nitrogênio Total Kjeldahl g Kg-1 18,4Bactérias

Coliformes totais NMP 6,1 x 103

E. Coli NMP 1, x 10 1

Salmonella spp - ausenteHelmintos Número de ovos

(ovos/g de lodo-1) Ovos viáveis

Ascaris sp <0,1 0Trichuris sp <0,1 0Toxocara sp <0,1 0

Pela relação entre os sólidos totais e sólidos voláteis o lodo foi classificado

como estável (razão entre sólidos voláteis e sólidos totais menor que 0,7), não

necessitando de medidas de estabilização após seu desaguamento no CG. As

análises de coliforme e ovos viáveis de helmintos, classificaram o lodo como classe

A, podendo ser utilizado na agricultura. Segundo a CONAMA 375 a partir do ano de

2011, ficou proibido o uso de lodos classe B na agricultura.

Para o cálculo do nitrogênio disponível foi utilizado a fração de mineralização

(FM) igual a 20% sendo calculado, para aplicação de forma superficial baseado na

CONAMA 375.

De acordo com os dados obtidos pelas análises laboratoriais do lodo do

tanque séptico, de São Miguel Arcanjo, interior de São Paulo o teor de nitrogênio

disponível no lodo após seus desaguamento e estabilização realizado em

contentores de geotêxtil, foi em média de 4,02 KgN ha-1 em base seca.

Considerando-se a necessidade da cultura, a taxa de aplicação do lodo do tanque

séptico de São Miguel Arcanjo foi de 37,25 t ha-1. O lodo apresentou teor de umidade

de 43,7%, sendo necessário a aplicação de 85,24 t ha -1 do lodo estudado. O lodo foi

incorporado no solo em quatro aplicações anuais, visando o fornecimento de

nutrientes às roseiras durante todo o período de estudo.

Para o desenvolvimento da pesquisa, foram empregados quatro tratamentos

distintos: 1) utilizando a taxa de aplicação recomendada (1x); 2) utilizando 50% a

mais da taxa de aplicação recomendada (1,5x); 3) Utilizando adubação mineral

recomendada (NPK); 4) sem qualquer forma de adubação (branco). Para cada um

dos tratamentos apresentados foram desenvolvidas quatro réplicas distintas para

análise das médias entre os canteiros.

O experimento foi instalado em ambiente protegido (estufa) localizado nas

proximidades do hospital das clínicas da UNICAMP, em área experimental do

Departamento de Saneamento e Ambiente da Faculdade de Engenharia Civil,

Arquitetura e Urbanismo, no campus da UNICAMP, no município de Campinas-SP,

cujas coordenadas geográficas são 22º 49' latitude sul, 47º 03' longitude oeste e

altitude de 617 m. O clima, de acordo com a classificação de Koppen é Cwa –

tropical de altitude com chuvas no verão e secas no inverno e temperatura média do

mês mais quente superior a 22°C. De acordo com a CEPAGRI (Centro de Pesquisas

Meteorológicas e Climáticas Aplicadas à Agricultura da UNICAMP) a temperatura

anual média do ar é de 22,4ºC, com média de precipitação de 1424,5 mm.ano -1 e

umidade relativa do ar de 73 a 47%.

Foi utilizada estufa do tipo Arco, com cobertura de polietileno de baixa

densidade (PEBD) transparente, com espessura de 0,15mm aditivada contra raios

ultravioleta e difusor de luz. As laterais da estufa são fechadas com telas de

sombreamento (sombrite) e cortinas de plástico transparente. As dimensões das

estufas são de 16,0m (8,0+8,0m) de largura; 36,0m de comprimento e 4,5m de altura

máxima do pé-direito. A área total é de 576 m2.

A espécie de roseira utilizadas no experimento foi a Rosa Hybrida variedade

Ambiance que foram plantadas no solo em canteiros com as seguintes dimensões:

0,4m de largura por 0,2m de altura e 3,0m de comprimento, totalizando uma área de

9 m2 por canteiro. O delineamento experimental foi totalmente casualizado. Foi

realizada análise física (EMBRAPA, 1997) e química do solo (RAIJ, 1991), além da

correção da acidez pela aplicação de calcáreo. A irrigação era automatizada,

realizada por meio de gotejamento.

Resultado da qualidade e produtividade das roseiras

Com relação à análise da qualidade e produtividade da cultura, foram

realizadas diversas medidas. Por se tratar de uma planta de corte para

comercialização de hastes florais, as medidas foram realizadas após a colheita das

rosas do campo. Logo no começo da formação dos botões das rosas, foi feito um

encapuzamento, com redinhas de polietileno próprias para este fim. A colheita foi

realizada em todas as semanas de acordo com as recomendações de fazendas

produtoras de rosas, da cidade de Holambra, no interior de São Paulo, que

auxiliaram no manejo e cultura das roseiras.

Foram consideradas hastes comerciais aquelas que apresentavam botões

florais e hastes retas de tamanho maior que 30 cm (MARINHO et al., 2013). As

hastes foram avaliadas quanto ao seu tamanho total e diâmetro. O comprimento das

hastes foi medido entre o ponto de corte até o final do botão. O diâmetro da haste foi

determinado na sua parte inferior com a utilização de um paquímetro. Quanto aos

botões florais das rosas, o comprimento foi determinado a partir da base do botão,

enquanto que o diâmetro foi mensurado em sua parte mediana, em ambos os casos,

com a redinha, para manter o botão fechado.

Após a medida dos parâmetros referentes à qualidade do produto colhido, as

hastes florais foram acondicionadas em potes de vidro com água, distribuídas em

prateleiras em uma sala fechada, de forma a determinar a sua durabilidade. Para

favorecer a absorção da água pelas rosas, as hastes com flores foram cortadas na

porção inferior, a cada dois dias. As rosas foram consideradas não sadias e

descartadas quando observado a queda, secamento e/ou manchas nas pétalas.

As roseiras foram avaliadas por 120 dias e foram realizadas 20 colheitas de

rosas. Os valores referentes à produtividade estão apresentados na Figura 5.20 e

Tabela 5.19. No gráfico é possível analisar que as maiores produtividades foram

alcançadas nos tratamentos onde fora empregado o lodo séptico como forma de

adubação. Comparando-se os tratamentos na qual o lodo foi utilizado, as

produtividades foram similares nas duas taxas de aplicação de lodo. A produtividade

para esses dois tratamentos em que o lodo foi aplicado, mostrou-se 19% maior que

no tratamento em que a adubação mineral foi empregada (NPK - 10:10:10).

Entretanto, embora tenha havido essa diferença, ela não foi significativa, no período

avaliado, segundo o teste de Tukey a 5%, indicando necessidade de maior tempo de

estudo.

Já comparando-se a aplicação do lodo com o tratamento em que não houve

adubação foi observado uma produtividade de 90% maior quando o biossólido foi

utilizado (diferença estatística observada pelo teste de Tukey a 5%), demonstrando

o potencial desses lodos sépticos desaguados e estabilizados como condicionador

de solo para as culturas agrícolas.

Figura 5.20 - Valores médios referentes a produção de hastes florais de rosas no período de 120 dias em canteiros experimentais de 9m2 instalados na UNICAMP.

*Branco - Sem adubação; NPK - Adubação com adubo mineral; 1x - Adubação com lodo séptico na taxa recomendada; 1,5 x -

adubação com lodo séptico com 50% a mais da taxa recomendada

Tabela 5.19 - Valores médios da produtividade das roseiras no período de 120 dias em canteiros experimentais de 9m2 instalados na UNICAMP.

Produtividade Branco NPK 1x 1,5x

Médias 77,0±31,4a 124,5±13,7ab 146,5±7,6b 143,8±24,6b

Coeficiente de variação 0,41 0,11 0,05 0,17

*letras iguais representam correspondem a valores de médias sem diferença estatística pelo teste de Tukey (5%)

*Branco - Sem adubação; NPK - Adubação com adubo mineral; 1x - Adubação com lodo séptico na taxa recomendada; 1,5 x-

adubação com lodo séptico com 50% a mais da taxa recomendada

Os dados referentes à qualidade do produto colhido estão apresentados na

Tabela 5.20. Para todos os tratamentos utilizados, não houve diferenças

significativas em nenhum tratamento. Dessa forma, pode-se concluir que o uso de

lodo de tanque séptico no cultivo de rosas não traz prejuízos à cultura, podendo ser

empregado em larga escala para a produção de flores de corte mantendo a

qualidade do produto, a qual é essencial para garantia das vendas a preços

compensatórios.Tabela 5.20 - Dados referentes a qualidade do produto colhido roseiras plantadas em canteiros

experimentais de 9m2 instalados na UNICAMP.

Tratamentos TamanhoDiâmetro

caule

Diâmetro

botão

Altura

botão

Diâmetro

menor

Branco 40,4±7,2* 0,6±0,1* 3,3±0,5* 4,7±1,8* 0,3±0,4*

NPK 40,6±7,5* 0,5±0,1* 3,3±0,3* 4,7±2,8* 0,3±0,1*

1X 40,8±8,4* 0,6±0,3* 3,3±0,4* 4,7±2,6* 0,3±0,2*

1,5X 40,6±7,5* 0,6±0,1* 3,2±0,5* 4,6±2,1* 0,3±0,1*

* Valores médios relativos à coluna sem diferença estatística significativa pelo teste de Tukey (5%)

*B - Sem adubação; NPK - Adubação com adubo mineral; 1x - Adubação com lodo séptico na taxa recomendada; 1,5x -

adubação com lodo séptico com 50% a mais da taxa recomendada

Outro parâmetro importante quando se trata de plantas de corte, é a avaliação

do período de duração do pós-colheita. A durabilidade das rosas está ligada a

nutrição do vegetal. Diversas pesquisas tem demonstrado que a aplicação de lodos

de esgoto em geral, nas culturas agrícolas, melhora o potencial de absorção de

nutrientes das plantas, sobretudo de fósforo no tecido vegetal o que pode ser

benéfico, pois este elemento é responsável pelo aumentando o tempo de vida útil do

produto colhido. As análises da fertilidade foliar para nitrogênio, fósforo e potássio

estão apresentadas na Tabela 5.21. Entretanto, não foi observado diferenças entre

os grupos de tratamento estudados.Tabela 5.21 - Valores referentes à fertilidade foliar de rosas cultivadas no período de 120 dias

em canteiros experimentais de 9m2 instalados na UNICAMP.

Tratamento

Principais macronutrientes

N

(g kg-1)

P

(g kg-1)

K

(g kg-1)

Branco 20,3 1,6 18,9

NPK 20,3 1,9 17,0

1x 18,8 1,5 17,0

1,5x 20,1 1,6 17,1

*B - Sem adubação; NPK - Adubação com adubo mineral; 1x - Adubação com lodo séptico na taxa recomendada; 1,5 -

adubação com lodo séptico com 50% a mais da taxa recomendada

As análises do tempo de duração do pós-colheita estão apresentados na Figura 5.21.

Figura 5.21 - Durabilidade das rosas no pós-colheita, mantidas em vasos com água. *Branco - Sem adubação; NPK - Adubação com adubo mineral; 1x - Adubação com lodo séptico na taxa

recomendada; 1,5 - adubação com lodo séptico com 50% a mais da taxa recomendada

Diferente do esperado e de acordo com o observado, pela análise da

fertilidade foliar (em que não houveram diferenças na nutrição vegetal) foi possível

verificar diferenças entre as curvas de durabilidade de acordo com o gráfico acima.

De uma forma geral, o tempo de durabilidade máximo das rosas empregadas no

estudo, foi em torno de 13 a 15 dias.

As roseiras que foram fertilizadas com lodo de tanque séptico apresentaram

durabilidade ligeiramente menor. Para o tratamento em que foi utilizado a taxa de

aplicação correspondente 150% do nitrogênio necessário (1,5x), foi observado uma

redução significativa na porcentagem das rosas sadias já nos primeiros dias.

Para o tratamento que a taxa de aplicação de lodo foi a necessária para suprir

o nitrogênio (1x), a redução da porcentagem de rosas sadias, nos primeiros dias, foi

semelhante ao tratamento com NPK (redução aos seis dias), porém a diminuição do

percentual de rosas sadias foi mais acentuado após uma semana da colheita (entre

os dias sete e quatorze).

Para os dois tratamentos em que o lodo foi utilizado (1,5x e 1x), não foi

encontrado diferenças estatísticas significativas pelo teste Logrank a 5%, assim

como também não foi encontrado diferença significativa para o tempo de

durabilidade dos tratamentos adubados com NPK ou não adubados (branco). A

diferença estatística foi encontrada comparando-se os tratamentos em que o lodo foi

utilizado (1,5x e 1x) com o tratamento adubado com NPK, demonstrando que pode

haver alguma influência do lodo de tanque séptico na durabilidade das rosas

colhidas, embora não tenha sido observado diferenças na fertilidade foliar.

5.7 - REFERÊNCIAS ABNT. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Concreto – determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone: NM 67, 1996.

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AGRADECIMENTOS

- A Faculdade de Tecnologia da Universidade Estadual de Capinas, a seus técnicos

e docentes responsáveis, onde foram realizados os ensaios com corpos de prova;

- A Universidade Estadual Paulista UNESP, campus de Rio Claro, Departamento de

Biologia, laboratório de Microscopia Eletrônica, onde foram realizadas as imagens

de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e espectroscopia de Raio X – EDS.

Ao Prof. Dr. Carlos Alberto Anaruma IB - UNESP pela colaboração no treinamento

de operação do MEV.