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EFEITO DA DATA DE COLETA DE LODO DE ETA NAS PROPRIEDADES FÍSICAS DE CORPOS DE PROVA CERÂMICOS COM LODO INCORPORADO
P. Aléssio, S. R. Teixeira
Rua Roberto Simonsen, 305 – Presidente Prudente – SP, C. Postal 467,
Departamento de Física, Química e Biologia , Universidade Estadual Paulista -
UNESP Campus de Presidente Prudente.
RESUMO
Foram avaliadas as propriedades de massas cerâmicas com lodo de ETA
incorporado. Amostras de lodo foram coletadas mensalmente, durante um ano, na
data da lavagem do decantador, junto com a medida da régua do nível do rio que
alimenta a ETA/SABESP/Prudente. A distribuição granulométrica de cada amostra
foi determinada para avaliar a influência da quantidade de chuva, na região à
montante, na textura das amostras. Corpos de prova (CPs) foram conformados
usando uma argila com 0, 10, 15 e 20% de lodo incorporado. Após a queima em
cinco temperaturas diferentes foram submetidos aos seguintes ensaios tecnológicos:
absorção de água , massa específica aparente, perda de massa ao fogo, porosidade
aparente, resistência mecânica à flexão e retração linear. Os resultados mostram
que a data da coleta do lodo influencia as propriedades cerâmicas dos CPs, como
resultado da influência na distribuição granulométrica dele.
Palavras-chave: lodo, ETA, cerâmica vermelha, granulometria, rain.
INTRODUÇÃO
O lodo gerado em Estações de Tratamento de Água - ETA são classificados
como resíduos sólidos, devendo, portanto, ser devidamente tratado e disposto sem
que provoquem danos ao meio ambiente. A crescente preocupação dos órgãos
1
ambientais, devido aos riscos à saúde e ao meio ambiente, tem restringido ou
proibido a disposição deste resíduo no ambiente (córregos, aterros, solo etc.).
Uma das técnicas aplicadas na preparação do lodo para disposição é a
desidratação, resultando numa torta com concentração de sólidos de 60 a 70%. Esta
torta pode ser destinada para: adubação, incineração, aterro sanitários de lixos
urbanos, compostagem com lixo urbano entre outras possibilidades. Dentre as
várias possibilidades de disposição destaca-se a sua incorporação em massas
cerâmicas para produção de tijolos e telhas (1 - 6).
A Indústria Cerâmica Vermelha (Olarias e Cerâmicas) é um setor muito
importante e disseminado por todo território nacional. Ela utiliza como matéria-prima
básica argilas comuns, totalizando um consumo superior a 80 milhões de
toneladas/ano (7). O lodo de ETA, principalmente o proveniente de tratamento de
água de superfície, pode ser incorporado à massa cerâmica, tendo em vista sua
composição mineralógica, sem alterar de forma significativa as propriedades físicas
das peças produzidas. O aspecto principal da incorporação do lodo à massa
cerâmica seria a contribuição na minimização de um problema ambiental,
considerando que, no momento, a argila representa uma parcela insignificante no
valor final do produto.
Em trabalho anterior (3,4) foi verificado que dependendo da época do ano, isto é,
da quantidade de chuva mensal, a distribuição granulométrica do lodo varia. Como a
argila é responsável pela plasticidade da massa cerâmica e a areia e o silte são
materiais não-plásticos, uma grande variação nas concentrações deles no lodo,
resultará em alterações significativas nas propriedades da massa cerâmica, na qual
ele for incorporado.
O objetivo deste trabalho é verificar as mudanças na textura do lodo, em função
do período e da quantidade de chuva na área da captação de água da ETA, e nas
propriedades cerâmicas de corpos de prova, com lodo incorporado.
MATERIAIS E MÉTODOS
As amostras foram coletadas mensalmente, no dia de limpeza do tanque de
decantação nº1, da ETA-SABESP de Presidente Prudente. Cada amostra (12 litros)
era coletada em seis locais diferentes (início, meio e fim), dois litros em cada ponto
(Figura 1). Para avaliar a quantidade de chuva durante a captação de água (período
2
de acúmulo de lodo), foi utilizada a medida da régua que dá o nível do rio no ponto
de coleta.
Figura 1: Locais de coleta
As amostras foram secas
análise granulométrica, foram
misturadas.
Para a análise de textura
usando água oxigenada (8). Pa
de partículas) do material foi us
matéria orgânica, foi utilizado o
Os corpos de prova foram
20%) de lodo (coletados em
incorporado a uma argila usad
anterior (12). Corpos de prova
triplicatas, usando uma prens
mufla (Figura 2). As proprie
específica aparente (MEA), po
(MRF), retração linear (RL) e
acordo com a literatura (13,14).
3
1 2 3 4 5 6
do lodo dentro do tanque de decantação.
em estufa a 110°C, destorroadas, moídas e, após a
peneiradas (peneira # 40, abertura de 0,42 mm) e
foi oxidada a matéria orgânica presente nas amostras,
ra a determinação da textura (distribuição de tamanho
ado o método da pipeta (9,10). Para a determinação da
método Walkley-Black (11).
conformados com várias porcentagens (0, 10, 15 e
abril, junho, agosto, outubro, dezembro e janeiro),
a na produção de tijolo furado, analisada em trabalho
(~20g cada, 60 x 20 x ~5 mm) foram prensados, em
a hidráulica manual e queimados em um forno tipo
dades cerâmicas absorção de água (AA), massa
rosidade aparente (PA), módulo de ruptura à flexão
perda de massa ao fogo (PF), foram avaliadas de
Figura 2: Corpos de prova (outubro) com 10, 15 e 20% de lodo incorporado
queimados em temperaturas de 850, 900, 1000, 1100 e 1150ºC
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Textura e Matéria Orgânica
A Figura 3 apresenta as porcentagens médias de areia, argila, silte e matéria
orgânica nas amostras da ETA, para três repetições. Estas amostras apresentam
concentrações de argila que dão uma plasticidade para a massa cerâmica, maior
que o valor ideal para fabricação de telhas e capas (15). As concentrações de areia e
silte, em alguns casos estão acima ou abaixo dos valores limites, respectivamente.
Ela também mostra a variação da granulometria e matéria orgânica em função do
mês de coleta das amostras.
Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan --0
10
20
30
40
50
60
AREIA ARGILA MO SILTE
Méd
ias
Meses de coleta
Figura 3: Curva de variação mensal da distribuição de tamanho de grãos e
concentração de matéria orgânica (MO) do lodo.
A Figura 4 mostra o nível do rio (valor médio do mês), no ponto de coleta de
água. Nestes gráficos pode-se observar que: a argila acompanha a variação e a
areia varia inversamente com as mudanças do nível do rio, ou seja, quando o nível
sobe a concentração de argila aumenta e a de areia diminui.
4
Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan --1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
MED.REGUA
Méd
ias
Meses de coleta
Figura 4: Medida da régua que dá o nível de água do rio no ponto de coleta em para
cada mês de coleta.
A concentração de argila parece não variar com pequenas variações no nível
do rio. Nos dez meses de coleta, o mês de agosto apresentou menor nível d’água no
rio e menor valor de concentração de argila com maior valor para areia. Com nível
mais baixo e, portanto menor turbidez (menos argila), a água aspirada pela bomba
de dentro da caixa de coleta arrasta a areia do fundo da caixa, resultando numa
concentração de areia maior do que a de argila.
Ensaios Tecnológicos
Foi observado que, em geral, a incorporação de lodo piora as propriedades das
peças cerâmicas. Os valores de referência usados para comparação foram retirados
das referências citadas no texto. Devido a grande quantidade de dados, a seguir
serão apresentados os gráficos para algumas amostras, embora a discussão inclua
todas as amostras.
Até 1000ºC a retração linear (< 5 %) está abaixo dos valores limites máximos
estabelecidos, para todas as amostras (Figura 5a). Para temperaturas maiores, a
RL é maior que o valor limite de 6%. Apesar da variação da granulometria das
amostras, com a quantidade de chuva, a retração linear é aproximadamente igual
para todas as amostras, inclusive para a massa cerâmica sem lodo. Portanto, não foi
observada uma influência da data de coleta do lodo na retração linear,
5
provavelmente porque a incorporação de lodo não altera significativamente a
concentração de areia (quartzo) na amostra, ou seja, a retração é controlada pelo
“barro”. Pode-se observar também, que ocorre uma pequena variação na retração
entre 850 e 1000o C e, a partir daí, um aumento abrupto (~três vezes). Na primeira
parte a variação é pequena porque as principais reações na amostra já aconteceram
em temperaturas abaixo de 850o C. Na segunda faixa de temperaturas (>900o C)
está ocorrendo a formação de novas fases (cristalização) e, para temperaturas
maiores, a fusão de alguns minerais (por exemplo quartzo) acelera o processo de
sinterização com formação de fase líquida e vitrificação.
A absorção d’água (Figura 5.b) aumenta com a concentração de lodo, sendo
mais alta quanto maior for a concentração de resíduo incorporado. Por outro lado,
como era esperado, a AA diminui com a temperatura de queima e várias amostras
apresentam AA < 25 %, mesmo a 850o C, valor limite máximo para produção de
tijolos furados. Outras amostras apresentaram valores entre 25 e 29 %, podendo ser
usadas para produzir tijolos maciços. Para temperaturas maiores que 900o C alguns
valores de AA foram menores do que 20 %, que é o valor recomendado para
produção de telhas. Com relação ao mês de coleta, é observada uma pequena
variação mostrando que o lodo com mais areia tem maior absorção de água.
850 900 1000 1100 11500
2
4
6
8
10 barro abr10 abr15 abr20
Ret
raçã
o Li
near
Que
ima
(%)
Temperatura (ºC)
(a)
6
850 900 950 1000 1050 1100 1150
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
barro out15 dez15 jan15
AA(%
)
Temperatura (ºC)
(b)
Figura 5: Gráfico (a) da retração linear do mês de abril nas porcentagens de lodo e
o barro puro e (b) da absorção de água nas amostras com 15 % de lodo
incorporado nos meses de coleta, em função das temperaturas de queima.
A massa específica aparente (Figura 6.a) e a porosidade aparente (Figura
6.b) pioram com a incorporação de lodo. A MEA obtida em 850o C é maior que o
limite mínimo estabelecido (>1,7 g/cm3) para as amostras com 10 % de lodo, exceto
para os meses de abril e agosto. As outras concentrações (15 e 20 %) passam do
valor limite a partir de 1000o C, exceto para os meses de abril, junho e agosto.
Nestes três meses, a concentração de areia no lodo foi maior que para os outros
meses considerados. A porosidade aparente apresenta um comportamento
condizente com o observado para a MEA, ou seja, quando a MEA cresce a PA
diminui. A 850o C, todas as amostras apresentam PA maior que o valor limite
máximo estabelecido (<35 %). Também, é observado que as amostras com maior
concentração de areia apresentam pequenas variações na PA quando queimadas
de 850 até 1000o C. É observada uma queda acentuada na PA de 1000 a 1100o C,
principalmente nas amostras com mais areia (abril, junho e agosto), provavelmente
associada a formação de fase líquida. Estes comportamentos da PA e MEA podem
estar associados a maior concentração de material não-plástico (areia e silte), no
lodo, que altera o comportamento dos corpos de prova durante a secagem e
queima.
7
2,0
2,1
2,2
2,3
2,4 barro jun15 ago15 abr15
fica
Apar
ente
Figura 6
Tod
à flexão
MPa), se
8
(a)
850 900 950 1000 1050 1100 11501,5
1,6
1,7
1,8
1,9
Mas
sa E
spec
í
Temperatura (ºC)
850 900 950 1000 1050 1100 1150
10
15
20
25
30
35
40
barro out10 dez10 jan10
PA(%
)
Temperatura (ºC)
(b)
: Gráfico (a) da massa específica aparente e (b) da porosidade aparente,
nas amostras com 10 % de lodo incorporado nos meses de coleta em
função das temperaturas de queima.
as as amostras com mistura de lodo apresentam boa resistência mecânica
sempre (> 10 MPa), Figura 7, para produzir até telhas (valor limite > 6,5
ndo. O menor valor recomendado para tijolos maciços é de 2 MPa e para
tijolo furado é de 5,5 Mpa. De 850 a 1000o a incorporação de lodo piorou a
resistência mecânica de todas as amostras, inclusive fazendo seu valor diminuir com
a temperatura de queima. De 1000 para 1150o C, todos os valores de MRF voltam a
crescer com a temperatura. Este comportamento diferente da resistência mecânica
em temperaturas próximas de 1000 e 1100o C, além do material não plástico do
lodo, pode estar associado à composição mineralógica das argilas e a concentração
dos argilominerais, que sofrem cristalização e mudanças de fases, próximo destas
temperaturas.
Como já mencionado, o comportamento dos corpos de prova durante a
secagem e queima está associado com a textura da amostra, ou seja com o mês de
coleta, pois quanto maior a concentração de areia e silte maior é a quantidade de
material não plástico na amostra. O quartzo vai influenciar a sinterização da amostra
(formação de pescoço, de fase líquida, vitrificação).
850 900 950 1000 1050 1100 115010
15
20
25
30
35
barro out10 out15 out20
MR
F(M
Pa)
Temperatura (ºC)
Figura 7: Gráfico da resistência mecânica à flexão nas amostras de outubro com 10,
15 e 20% de lodo incorporado em função das temperaturas de queima
CONCLUSÃO
- A textura do lodo varia com o nível do rio (quantidade de Chuva), quanto mais
baixo o nível do rio maior a concentração de areia no lodo. Portanto, o mês de
coleta do lodo vai alterar de forma diferente as propriedades dos corpos
cerâmicos.
9
- As alterações na distribuição granulométrica ocorrem somente para variações
grandes no nível do rio.
- A incorporação de lodo sempre piora as propriedades cerâmicas dos corpos
de prova.
- Todos os corpos de prova com lodo incorporado apresentam resistência
mecânica à flexão adequada para produção de tijolos e telhas (> 10 MPa).
- Os resultados mostram que pode ser incorporado 10 % de lodo à massa
cerâmica, para temperatura de queima de 850o C, sem alterar de forma
significativa as propriedades do barro puro.
- Maiores concentrações de lodo podem ser incorporadas em amostras
queimadas em temperaturas maiores que 850o C.
- Esses resultados dependem das propriedades da massa cerâmica utilizada.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao CNPq pela bolsa de iniciação científica, concedida à
aluna Priscila Aléssio, à SABESP pelas amostras e dados fornecidos.
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(1/2): 31-35, janeiro/abril 1997.
EFFECT OF THE SLUDGE COLLECT DATE FROM WATER TREATMENT PLANTS ON THE PHYSICAL PROPERTIES OF CERAMIC BODIES WITH
INCORPORATED SLUDGE
ABSTRACT
This work evaluated the properties of ceramic mass with sludge from water treatment
plant (WTP) incorporated. The samples were collected monthly, during the decanter
laundering, throughout 10 months, together with the water level in the river that feeds
the WTP SABESP/ Presidente Prudente. The distribution of the particles size, of
each sample, was determined in order to evaluate the influence of the amount of
rain, up stream, in the texture of the samples. Ceramic bodies for tests were pressed
uniaxially, in triplicates, using clay with 0, 10, 15 and 20% of sludge incorporated.
After burning in five different temperatures they were submitted to the following
technological tests: water absorption, apparent specific mass, loss of mass to the
fire, apparent porosity, mechanics resistance to the flexion and linear shrinkage. The
results show that the sludge collection date influences the ceramic properties of the
ceramic bodies, as resulted of the sludge grain size distribution.
Key – words: sludge, water treatment plant, red ceramic, texture, rain
12
