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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E MEIO AMBIENTE DISSERTAÇÃO DE MESTRADO ELIZA ANIK LEAL DE OLIVEIRA UTILIZAÇÃO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA EM MASSA ARGILOSA PARA PRODUÇÃO DE TIJOLO CERÂMICO Belém - PA 2019
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
CURSO DE MESTRADO EM CIÊNCIA E MEIO AMBIENTE DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
ELIZA ANIK LEAL DE OLIVEIRA UTILIZAÇÃO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA EM MASSA
ARGILOSA PARA PRODUÇÃO DE TIJOLO CERÂMICO
Belém - PA 2019
ELIZA ANIK LEAL DE OLIVEIRA
UTILIZAÇÃO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA EM MASSA
ARGILOSA PARA PRODUÇÃO DE TIJOLO CERÂMICO
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação do Mestrado Profissional em Ciências e Meio Ambiente do Instituto de Ciências Exatas e Naturais (ICEN) da Universidade Federal do Pará (UFPA) como requisito para obtenção do grau de mestre.
Orientador: Prof. Dr. Jandecy Cabral Leite
Belém - PA 2019
UTILIZAÇÃO DO LODO DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUA EM MASSA ARGILOSA, PARA PRODUÇÃO DE TIJOLO CERÂMICO.
ELIZA ANIK LEAL DE OLIVEIRA
Dissertação de mestrado submetida para banca de qualificação ao Programa
de Pós-Graduação de Mestrado Profissional em Ciência e Meio Ambiente da
Universidade Federal do Pará (UFPA).
Aprovada em 25 de Março de 2019.
FICHA CATALOGRÁFICA
Dados Internacionais de Catalogação na Publicidade (CIP) de acordo com ISBD Biblioteca ICEN/UFPA-Belém-PA
O48u Oliveira, Eliza Anik Leal de
Utilização do lodo de estação de tratamento de água em massa argilosa para produção de tijolo cerâmico/Eliza Anik . Leal de Oliveira.-2019.
Orientador : Jandercy Cabral Leite Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Pará, Instituto de Ciências Exatas e Naturais, Programa de Pós- Graduação em Ciências e Meio ambiente, 2019.
1. Impacto ambiental. 2. Resíduos sólidos. 3. Água-
Estações de tratamento. 4. Reaproveitamento ( Sobras, refugos, etc.). 5. Lodo. I. Título. .
CDD 22. ed. – 363.7
Elaborado por Leila Maria Lima Silva – CRB-458/81
DEDICATÓRIA
“Dedico este trabalho a Deus, que com sua infinita
sabedoria”, foi e sempre será, um importante guia
na minha trajetória.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por me conceder a oportunidade de ampliar
meus conhecimentos, dando-me forças para superar as dificuldades durante esta
caminhada, me animando nos momentos difíceis, reestabelecendo em meu
pensamento que só vencemos as dificuldades com perseverança e que a verdadeira
sabedoria é o resultado do reconhecimento de que nada somos sem sua permissão.
À Universidade Federal do Pará – UFPA e ao Instituto de Tecnologia e
Educação Galileo da Amazônia – ITEGAM por proporcionarem o Curso de Mestrado
na cidade de Manaus-AM contribuindo com essa iniciativa para o desenvolvimento
pessoal e intelectual daqueles que tem interesse em ampliar seus conhecimentos na
pesquisa e obterem uma maior qualificação para o sucesso profissional.
Ao orientador Prof. Dr. Jandecy Cabral Leite, pela paciência com que me
orientou, pois veio contribuir para este programa de mestrado.
Aos professores da Pós-Graduação Mestrado Profissional em Ciência e Meio
Ambiente que muito colaboraram para a elaboração desta dissertação.
À Estação Programa Mais Água – PROAMA, por ter cedido o resíduo sólido e à
empresa Cerâmica Montemar Ltda, por ter cedido a argila, ambas matérias-primas de
suma importância utilizadas nesse estudo.
À Universidade Federal do Amazonas - UFAM, por permitir o uso do laboratório
de Geoquímica, para realização dos ensaios físicos e químicos.
Ao corpo técnico do Departamento de Geociências da Universidade Federal do
Amazonas - UFAM, pelo apoio e atenção para com realização das análises de
difração de Raios-X.
A todo corpo técnico do laboratório de química do Grupo Crowfoot da Escola
Superior de Tecnologia da Universidade do Estado do Amazonas- UEA, pela
orientação e apoio na realização das análises de Fluorescência de Raios-X.
Ao Instituto Nacional de Pesquisa da Amazônia – INPA, por permitir o uso do
Laboratório Temático Institucional Química de Produtos Naturais – LTQPN.
À minha a minha mãe Auziene de Freitas Leal por me ter dado força e me
incentivado para participar do Programa de Pós-Graduação Mestrado Profissional em
Ciência e Meio Ambiente.
Enfim, agradeço a todos os amigos e familiares que direta ou indiretamente
contribuíram com carinho e atenção durante a construção dessa pesquisa.
Muito obrigado!
RESUMO
As Estações de Tratamento de Água (ETA) transformam água bruta em potável, para consumo humano, através de operações unitárias e métodos convencionais de coagulação, floculação, decantação, filtração e desinfecção. Durante esse processo de purificação é gerado um resíduo com características sólidas. Esse subproduto, oriundo da adição de substâncias químicas é denominado lodo, e possui autopoder degradador, com possibilidades de impactos negativos que, se lançados de forma in natura no meio ambiente, causam sérios danos ao solo e à vida aquática. Em busca de soluções capazes de minimizar os impactos ambientais proveniente de ETA e reduzir custos relativos à destinação final dos resíduos gerados, o presente trabalho por objetivo avaliar a potencialidade de uso do lodo de ETA, por meio de incorporação à massa argilosa para a fabricação de tijolos, a fim de apresentar uma alternativa de destinação ambientalmente correta a esse resíduo. O lodo e argila passaram por caracterizações químicas e mineralógicas, por meio de distribuição granulométrica, análise de fluorescência de raios-X, difração de raios-X. As amostras foram homogeneizadas nas proporções de 0%, 12%, 14% e 18% de lodo em argila de cerâmica vermelha, prensadas a 25 Mpa, e posterior produção de corpos-de-prova que em seguida foram queimados até temperatura de 900ºC. Após sinterização, foram realizados ensaios físicos e mecânicos, para avaliar a qualidade do produto final, por meio de análise das propriedades de perda ao fogo, retração linear, absorção de água, massa específica aparente, porosidade aparente, tensão de ruptura à flexão, umidade e plasticidade. Os resultados dos ensaios laboratoriais com as proporções de resíduo incorporado na massa argilosa demonstram influenciar nas propriedades físicas e mecânicas do material cerâmico. Os resultados apresentados mostram semelhança ao recomendado e que apesar das amostras de 18% (lodo), em relação a argila demonstrarem variação na composição química devido sua elevada taxa de matéria orgânica, pôde ser observado que ambas tiveram como composto majoritário o SiO2, Al2O3 e Fe2O3. Comparando os resultados com os parâmetros estabelecidos na NBR 15270-1, 2 e 3/2005, comprovou-se que o lodo de ETA pode ser incorporado em até 18% na massa argilosa, para fabricação de tijolos.
Palavras Chaves: Estação de tratamento de água, resíduos sólidos, reciclagem.
ABSTRACT
The Waste Water Treatment Plants (WWTP) transforms raw water into drinking water for human consumption through unit operations and conventional coagulation, flocculation, decantation, filtration and disinfection methods. During this purification process a residue with solid characteristics is generated. This by-product, which comes from the addition of chemical substances, is called sludge, and has degraded self-power, with possibilities of negative impacts that, if released in nature in the environment, cause serious damages to the soil and aquatic life. In the search for solutions capable of minimizing the environmental impacts from waste water treatment plant (WWTP) and reduce costs related to the final destination of the waste generated, the present work aims to evaluate the potential use of WWTP sludge by incorporating clay slurry to the production of bricks, in order to present an alternative environmentally correct destination for this waste. Sludge and clay underwent chemical and mineralogical characterization, through granulometric distribution, X-ray fluorescence analysis, X-ray diffraction. The samples were homogenized in the proportions of 0%, 12%, 14% and 18% of sludge in red clay, pressed at 25 MPa, and later production of test specimens which were then burned to a temperature of 900ºC. After sintering, physical and mechanical tests were performed to evaluate the quality of the final product, by means of analysis of the properties of fire loss, linear retraction, water absorption, apparent specific mass, apparent porosity, flexural rupture stress, moisture and plasticity. The results of the laboratory tests with the residue proportions incorporated in the clay mass demonstrate influence on the physical and mechanical properties of the ceramic material. The results presented show a similarity to that recommended and that despite the 18% (sludge) samples, in relation to the clay showed a variation in the chemical composition due to its high organic matter content, it was observed that both had SiO2, Al2O3 and Fe2O3. Comparing the results with the parameters established in NBR 15270-1, 2 and 3/2005, it was verified that the WWTP sludge can be incorporated in up to 18% in the clay mass for the manufacture of bricks.
Keywords: Waste water treatment plant, recycling, solid waste.
LISTA DE FIGURAS Figura 1: Classificação dos resíduos sólidos......................................................................... 29
Figura 2: Fluxograma dos procedimentos e análises realizados. .......................................... 34
Figura 3: Mapa de localização do PROAMA. ........................................................................ 36
Figura 4: Resíduo bruto (4a), resíduo moído e peneirado (4b). ............................................. 37
Figura 5: Mapa de localização da Olaria Cerâmica Montemar. ............................................. 37
Figura 6: Peneiramento e lavagem da amostra ..................................................................... 39
Figura 7: Peneiras para o material grosso ............................................................................ 40
Figura 8: Peneiras para o material fino ................................................................................. 40
Figura 9: Prensa pneumática utilizada para conformação das pastilhas de amostras ........... 43
Figura 10: Pastilha com Argila (à esq.) e pastilha com lodo de ETE (à dir) ........................... 44
Figura 11: Espectrômetro para fluorescência de Raios-X. .................................................... 44
Figura 12: Equipamento de Difração de Raios-X .................................................................. 45
Figura 13: Estufa de secagem e esterilização ....................................................................... 46
Figura 14: Moinho de Bolas. ................................................................................................ 46
Figura 15: Pesagem da matéria-prima com resíduo. ............................................................. 47
Figura 16: Balança de precisão utilizada na pesagem de matéria-prima para posterior
conformação dos corpos de prova. ........................................................................................ 48
Figura 17: Prensa (a), Prensagem (b), Remoção do corpo de prova (c). .............................. 48
Figura 18: Forno Mufla utilizado para queirma dos corpos de prova ..................................... 50
Figura 19: Recipiente para o teste de Absorção de água. ..................................................... 53
Figura 20: Flexímetro (a); Teste de TRF (b); rompimento do corpo de prova (c). .................. 56
Figura 21: Distribuição granulométrica da argila. .................................................................. 57
Figura 22: Distribuição granulométrica do resíduo. ............................................................... 58
Figura 23: Difratograma de Raios-X da argila. ...................................................................... 61
Figura 24: Difratograma de Raio -X no resíduo de ETA. ...................................................... 62
Figura 25: Difratograma de Raios-X dos CP após a queima, com 18% de resíduo. .............. 63
Figura 26: Curva de queima dos corpos de prova. ................................................................ 64
Figura 27: Retração linear nos corpos de prova. ................................................................... 66
Figura 28: Absorção de água dos corpos de prova. .............................................................. 67
Figura 29: Porosidade aparente dos corpos de prova. .......................................................... 68
Figura 30: Massa específica aparente dos corpos de prova ................................................. 69
Figura 31: Tensão de ruptura dos corpos de prova. .............................................................. 70
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: As 15 Resoluções CONAMA sobre resíduos sólidos. ............................................ 32
Tabela 2: Classificação dos solos. ........................................................................................ 38
Tabela 3: Formulação e homogeneização da massa cerâmica ............................................. 47
Tabela 4: Valores de densidade verde dos corpos de prova. ................................................ 49
Tabela 5: Temperatura de queima dos corpos de prova ....................................................... 51
Tabela 6: Densidade real dos grãos das amostras de argila e lodo. ...................................... 59
Tabela 7: Composição química em porcentagem da argila, resíduo e massa cerâmica com
18% de resíduo. ..................................................................................................................... 60
Tabela 8: Medidas dos corpos de prova após secagem em temperatura à 110°C. ............... 64
Tabela 9: Resultados dos ensaios físicos e mecânicos. ........................................................ 65
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS °C - Grau Celsius
AA - Absorção de Água
ABNT - Agência Brasileira de Normas Técnicas
Al - Alumínio
ARSAM - Agência Reguladora dos Serviços Concedidos do Estado do Amazonas DNER ME -
Departamento Nacional de Estrada de Rodagem Método de Ensaio
DRX - Difração de Raios-X
ETA - Estação de Tratamento de Água
FC - Fator de Correção
Fe - Ferro
FRX - Fluorescência de Raios-X
g - Grama
K - Caulinita
MEA - Massa Específica Aparente mm- Milímetro
MPa - Megapascal
Ms - Massa seca
Mu - Massa úmida
PA - Porosidade Aparente
PF - Perda ao Fogo
PROAMA - Programa Água para Manaus
Q - Quartzo
RL - Retração Linear
SANEPAR - Companhia de Saneamento do Paraná
TRF - Tensão de Ruptura à Flexão
TU - Teor de umidade
UEA - Universidade do Estado do Amazonas
UFAM - Universidade Federal do Amazonas
UNICAMP - Universidade Estadual de Campinas.
SUMÁRIO
CAPÍTULO I ....................................................................................................................... 15
1.1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 15
1.2 Problema ...................................................................................................................... 17
1.3 Contextualização e justificativa da proposta de estudo................................................. 17
1.4 OBJETIVOS ................................................................................................................. 20
1.4.1 Objetivo Geral ....................................................................................................... 20
1.4.2 Objetivos Específicos ............................................................................................ 20
1.5 Contribuição e relevância do tema ........................................................................... 20
1.6 Delimitação da pesquisa........................................................................................... 21
1.7 Escopo da dissertação ............................................................................................. 21
CAPÍTULO II – REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................ 23
2.1 O Tratamento de água.......................................................................................... 23
2.1.1 Coagulação química .......................................................................................... 23
2.1.1.1 Fatores que influenciam a coagulação ........................................................ 24
2.1.1.2 Os Efeitos do pH ........................................................................................... 25
2.1.2 Geração de lodo nas ETA ................................................................................ 25
2.1.2.1 Características de lodos das ETA ................................................................... 26
2.1.2.2 Remoção de água ......................................................................................... 26
2.1.3 Disposição final de lodo de ETA ...................................................................... 28
2.2 O Resíduo sólido (lodo de ETA) ............................................................................... 28
2.3.1 LEIS AMBIENTAIS (Federal, Estadual, e Municipal) ............................................. 30
2.3.2 A constituição de 1988 e o Meio Ambiente ............................................................ 31
2.3.3 Resoluções Conama, a Constituição de 1988 e o Meio Ambiente ......................... 31
CAPÍTULO III – PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ................................................. 34
3.1 Coleta das matérias-primas. ..................................................................................... 35
3.1.1 Resíduo de ETA (lodo)....................................................................................... 35
3.1.2 Argila ................................................................................................................. 37
3.2 Caracterização das matérias-primas ........................................................................ 38
3.2.1 Preparo das Amostras para ensaios caracterização .......................................... 38
3.2.2 Ensaio de granulometria por peneiramento ........................................................ 40
3.2.3 Determinação do teor de umidade das amostras de solo ................................... 41
3.2.4 Densidade Real dos Grãos ................................................................................ 42
3.2.5 Fluorescência de Raios-X (FRX) ........................................................................ 43
3.2.6. Difração de Raios-X (DRX) ............................................................................... 44
3.3 Preparação dos corpos de prova .............................................................................. 45
3.3.1 Preparo das amostras ....................................................................................... 45
3.3.2 Formulação e Homogeneização ........................................................................ 47
3.3.3 Prensagem ........................................................................................................ 48
3.3.4 Secagem dos Corpos de Prova ......................................................................... 50
3.3.5 Queima dos corpos de prova ............................................................................. 50
3.4 Ensaio físicos e mecânicos ...................................................................................... 51
3.4.1 Umidade de Prensagem (UP) ............................................................................ 52
3.4.2 Perda ao fogo (PF) ............................................................................................ 52
3.4.3 Retração Linear (RL) ......................................................................................... 53
3.4.4 Absorção de água (AA)...................................................................................... 53
3.4.4.1 Massa imersa (Pi) ........................................................................................... 54
3.4.4.2 Massa úmida do corpo de prova (Pu) ............................................................. 54
3.4.5 Porosidade Aparente (PA) ................................................................................. 55
3.4.6 Massa específica aparente (MEA) ..................................................................... 55
3.4.7 Tensão a ruptura à flexão (TRF) ........................................................................ 55
CAPÍTULO IV – RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................. 57
4.1 Caracterização das amostras ................................................................................... 57
4.1.1 Análise Granulométrica da Argila ....................................................................... 57
4.1.2 Análise granulométrica do resíduo ..................................................................... 58
4.1.3 Densidade real dos grãos (DR) .......................................................................... 59
4.1.4 Fluorescência de Raio – X ................................................................................. 59
4.1.5 Difração de Raios-X ........................................................................................... 60
4.2 Análises físicas e mecânicas .................................................................................... 63
4.2.6 Porosidade Aparente (PA) ................................................................................. 68
4.2.7 Massa específica aparente (MEA) ..................................................................... 69
4.2.8 Tensão de ruptura à flexão (TRF) ...................................................................... 70
CAPÍTULO V - CONSIDERAÇÕES FINAIS....................................................................... 72
5.1 CONCLUSÃO ........................................................................................................... 72
5.2 Recomendações para trabalhos futuros ................................................................... 73
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 74
CAPÍTULO I
1.1 INTRODUÇÃO
As intervenções do ser humano sobre o meio ambiente, para satisfazer as suas
necessidades, têm provocado a exploração contínua dos recursos naturais gerados
os impactos ambientais. Segundo Flogliatti et al (2004), é considerado impacto
ambiental qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e/ou biológicas do
meio ambiente, provocada direta ou indiretamente por atividades antrópicas que
podem afetar a saúde, a segurança e/ou a qualidade dos recursos naturais
Os impactos ambientais causados pelo alto índice de resíduos sólidos são
consequências da necessária expansão econômica e o avanço tecnológico, impondo
à sociedade um ritmo consumista. Este conceito de consumo da sociedade moderna
contribui com as diversas fontes geradoras de resíduos provenientes, das atividades
de indústria, comércio, minério, pesca, abastecimento de água, residências entre
outros.
Com objetivos de uma produção mais limpa e competitividade comercial, as
empresas tem cada vez mais se preocupado com a redução e destinação correta dos
resíduos gerados em seus processos produtivos, e ciclo de vida útil dos produtos.
Esta preocupação visando sempre diminuir ao mínimo possível, os custos com
tratamento de resíduos sólidos e os impactos negativos ao meio ambiente.
Com a globalização e com a respectiva elevação do consumo de água o
homem passou a buscar novas formas de obter água em boas condições de uso
(TAKADA et al., 2013).
As Estações de Tratamento de Água para abastecimento público (ETA’s)
transformam água inadequada para o consumo humano em água sanitariamente
segura, em conformidade com o padrão de potabilidade estabelecido no Brasil
através da Portaria nº 2.914/11 do Ministério da Saúde (TSUTIYA et al., 2001).
A indústria da água de abastecimento, quando utiliza o tratamento completo ou
convencional (coagulação, floculação, decantação e filtração), realiza processos e
operações como a introdução de produtos químicos, que geram o resíduo (REIS et
al., 2006).
Esse subproduto, gerado da adição de produtos químicos e água, é
denominado lodo e é composto basicamente de partículas de solo, material orgânico
16
carreado para água bruta. De acordo com Richter (2003), o lodo de ETA é
considerado como um resíduo composto de água e sólidos suspensos contidos na
própria água, acrescidos dos produtos químicos aplicados durante o processo de seu
tratamento. Grandin et al.(1993), complementam essa constituição com resíduos
sólidos orgânicos e inorgânicos provenientes da água bruta, tais como algas,
bactérias, vírus, partículas orgânicas em suspensão, colóides, areias, argila, siltes,
cálcio, magnésio, ferro, manganês, etc. Outros metais pesados podem fazer parte dos
sedimentos em águas fluviais devido a poluentes arrastados pelo deflúvio superficial
urbano ou mesmo por despejos de efluentes industriais nos mananciais que
alimentam as estações de tratamento.
A quantidade de lodo é dependente da qualidade físico-química das águas
bruta e tratada e dos coagulantes e produtos utilizados no processo de sua
potabilização. Desta forma, o volume gerado passa a ser diretamente proporcional à
dosagem de coagulante utilizado no processo, o qual varia entre 0,2 e 5% do volume
total de água tratada pela ETA.
O lodo gerado nas ETA’s normalmente tem destino final inadequado, ficando
exposto ao ambiente, contaminando-o (Castro et al, 2015). E a decomposição do solo
e a contaminação de mananciais e lençol são exemplos de danos ambientais
causados pela destinação inadequada dos resíduos (Silva et al., 2013).
Há muito tempo o destino do resíduo de ETA’s vem sendo os cursos d’água
próximo às estações. No entanto, as atuais legislações estão restringindo e, até
mesmo, proibindo esta prática. Segundo a Política Nacional de Resíduos Sólidos lei
12.305/10 e a NBR 10.004/871, estes lodos, classificados como resíduos sólidos,
devem ser minimizados, reutilizados e/ou reciclados, ficando proibido seu lançamento
em corpos d’água.
Esse material é um composto capaz de provocar poluição ambiental, por conter
substâncias químicas que, se forem dispostos no ambiente sem o devido tratamento,
podem causar sérios danos ambientais no solo e à vida aquática. Os metais pesados
como cobre, zinco, níquel, chumbo, cádmio, crômio, manganês e, em especial,
alumínio e ferro, presentes no lodo, possuem ações tóxicas (Botero, 2009). A
toxicidade também se deve às reações sofridas durante o processo, forma e tempo de
retenção, características do curso d’água, composição e impurezas e outros produtos
químicos empregados no tratamento da água (Barroso et al., 2001).
17
1.2 Problema
Para Hoppen et al., (2005), a geração de resíduos de ETA aumentou, devido
ao uso de maiores concentrações de produtos químicos, uma vez que a qualidade da
água dos rios é péssima e a demanda por água potável é maior.
Soares et al (2014), afirma que o lodo é considerado o maior passivo ambiental
do setor, visto que a preocupação com sua correta disposição, sem prejudicar o meio
ambiente, vem ganhando crescente atenção, devido a sua composição, com a
presença de metais.
Devido aos custos elevados e restrições ambientais, muitos países vêm
buscando alternativas viáveis economicamente e ecologicamente corretas, para
disposição final dos resíduos gerados em estação de tratamento de água - ETA.
Katayama, (2012), afirma que, embora a maioria dos países desenvolvidos já tenham
adequado seus sistemas para tratar os lodos, os países subdesenvolvidos ainda
lançam esse material diretamente nos cursos d’água e poucas estações têm se
preocupado com o tratamento de disposição do resíduo.
A Política Nacional de Resíduos Sólidos, Lei n° 12.305 (Brasil, 2010), veda o
lançamento do resíduo in natura no meio ambiente e remete a necessidade de
reaproveitar os resíduos decorrentes das atividades humanas, devendo ser disposto
adequadamente (BILDHAUER, D. C. et al.2015).
Nos textos da Política Nacional de Recursos Hídricos – Lei n° 9.433/97 e da Lei
de Crimes Ambientais – Lei n° 9.605/98, considera crime ambiental o lançamento do
lodo de ETA in natura, porém, segundo Tsutiya (2001:1) é frequente a disposição do
lodo nas águas próximas às estações.
Segundo Jimenez (2011), para superar os problemas ambientais causados
pelo lodo, são necessários o desenvolvimento de novos materiais e busca de novas
soluções construtivas, como sistemas de reutilização e reciclagem. O autor afirma
que, são necessários estudos que permitam a utilização dos resíduos de ETA na
indústria cerâmica.
1.3 Contextualização e justificativa da proposta de estudo
Um dos resíduos que apresentam potencial para serem reciclados em
cerâmica vermelha são os lodos gerados nas Estações de Tratamento de Água - ETA
18
(PINHEIRO et al., 2014). As características físicas e químicas do lodo de ETA´s são,
muitas vezes, similares as dos materiais na fabricação dos tijolos: argila.
(KATAYAMA, 2012).
Por muitos anos indústria cerâmica tem a argila como principal matéria-prima
para fabricação dos tijolos e produtos similares. A argila é utilizada como material de
construção desde 4.000 a.C., mas não se sabe ao certo época e local de origem do
primeiro tijolo. O homem teria passado a usar blocos secos ao sol quando as pedras
naturais começaram a ficar escassas. O termo Cerâmica (do grego, keramike,
derivação de keramos) compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos,
moldados durante sua fase plástica e submetidos à cocção, a temperaturas entre
900°C e 1.000°C. Neste processo, denominado Queima, a argila plástica adquire
rigidez e resistência, mediante a fusão de alguns componentes da massa (LEMOS,
2015).
No Brasil, a cerâmica tem sua origem na Ilha de Marajó, que compreendia
técnicas de raspagem, incisão, excisão e pintura altamente elaboradas. Destarte, a
tradição ceramista não chegou ao Brasil com os portugueses, nem veio junto com a
bagagem cultural dos africanos.
Os colonizadores, instalando as primeiras olarias, apenas estruturaram e
concentraram mão de obra, modificando o processo nativo, muito rudimentar, com as
tecnologias da época, a exemplo do uso do torno e conferindo simetria e acabamento
mais refinado às peças (LEMOS, 2015).
As olarias estão entre os empreendimentos com características negativa
quanto os impactos ambientais decorrentes de suas atividades, principalmente, a
exploração da argila. A extração de recursos naturais, com intuito de explorar a argila,
para fabricação de tijolos cerâmicos, causam impactos ambientais negativos, afirma
Kopezinski (2000). A respeito disso Portela e Gomes (2005) confirmam os impactos
ambientais envolvidos envolve o desmatamento, a poluição do ar e do solo; esgotos a
céu aberto, possibilidade de esgotamento da jazida de argila.
Apesar dos impactos a indústria cerâmica tem uma importante contribuição na
economia do Brasil, girando entorno de 1% do produto interno bruto PIB, segundo
Associação Brasileira de Cerâmica (BUSTAMENTE, 2000).
A matéria prima utilizada na produção de tijolos cerâmicos, ou seja, a argila é
composta normalmente por diferentes espécies mineralógicas que se misturam
durante o processo de formação. As características e a constituição dos produtos
19
cerâmicos dependem desses minerais ou compostos químicos qualitativos e
quantitativamente e de outros parâmetros próprio da matéria prima como
granulometria, comportamento térmico e o comportamento na presença de água.
O depósito de matéria-prima argilosa existente é extenso na região de Cacau
Pirera, distrito do Município de Iranduba e contribui para a expansão da indústria
oleira. Para fabricação de tijolos, a matéria-prima mais utilizada é a argila. A argila é
um sedimento constituída essencialmente por um grupo de minerais que recebem o
nome de argilominerais, formados por silicatos de Al, Fe e Mg hidratados, afirma
Coelho (2007).
A indústria cerâmica é uma das que mais se destaca na reciclagem de
resíduos industriais e urbanos, pois possui uma elevada produção, o que permite a
utilização de um grande volume de resíduo. A reutilização dos resíduos sólidos é uma
alternativa que deve ser considerada, pois atenua o impacto ambiental e colabora
para a diminuição do uso de recursos Naturais (SILVA, 2015:399).
Os estudos sobre a utilização do lodo na matriz cerâmica são importantes e
necessários, pois já houve estudos que obtiveram resultados satisfatórios (JIMENEZ,
2011).
A motivação desse trabalho é contribuir com a diminuição da extração mineral
da argila, bem como a redução do lançamento do lodo em lixões e corpos d’água, que
como anteriomente descrito, causam elevados impactos ambientais e problemas de
saúde pública.
Por estas razões há necessidade de coleta e uso do lodo gerados nas ETA’s
com uma alternativa para o reaproveitamento no polo oleiro, bem como contribuindo
com a redução do mesmo.
Partindo desse princípio, este estudo visa à possibilidade de utilização do lodo
de Estação de Tratamento de Água em massa argilosa para produção de tijolo
cerâmico, a fim de viabilizar uma disposição final adequada do resíduo.
20
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo Geral
Avaliar a influência da incorporação do lodo proveniente da estação de
tratamento de água de abastecimento da cidade de Manaus como matéria-prima para
fabricação de tijolos cerâmicos no polo oleiro de Iranduba.
1.4.2 Objetivos Específicos
- Caracterizar a argila e o lodo de ETA por meio de ensaios laboratoriais.
- Avaliar as características físicas e propriedades mecânicas do material cerâmico
após adição do resíduo de Estação de Tratamento de Água- ETA em proporções
de 0%, 12%, 14% e 18%.
- Determinar a melhor concentração de lodo incorporado no material cerâmico.
1.5 Contribuição e relevância do tema
Polo Mineral Mineral do Amazonas (2014) destaca que, o Polo Oleiro de
Iranduba/Manacapuru, região metropolitana de Manaus, apresenta 32 indústrias, cuja
distribuição de produção varia em: Até 100,000 tijolos/mês: 4 empresas; de 100 até
400,000 tijolos/mês: 7 empresas; mais de 400,000 tijolos/mês: 9 empresas.
Pinto e Pinheiro (2013), afirmam que a produção oleira depende diretamente
dos recursos naturais, com destaque para a argila e a madeira. A exploração da
jazida de argila do polo de Iranduba, margem direita do rio Negro, é considerado
negativo, devido aos impactos ambientais. Os autores afirmam que os impactos
promovidos pela atividade oleira destacam-se abertura de vala para extração da argila
o desmatamento para retirada da madeira, a produção de fumaça.
Tanto a extração da argila, quanto a geração de lodo de ETA, causam sérios
problemas ambientais na água, solo e ar. Contudo, Aquino et al (2015), afirma que, o
problema de descarte do lodo seria resolvido se incorporasse, com sucesso, o lodo
em massa argilosa.
Para este caso, a incorporação lodo no material cerâmico, contribui para a
21
redução da poluição, e ao mesmo tempo viabiliza uma alternativa para produção de
tijolos nas olarias.
1.6 Delimitação da pesquisa
Verificando-se a necessidade de se reduzir os impactos ambientais gerados
pelos resíduos sólidos produzidos pelas estações de tratamento de água na Cidade
de Manaus percebe-se que é necessário desenvolver técnicas para destinação final
adequada e tratamento do lodo. Para isso acredita-se que as ETA’s devem se
adequar buscando soluções a problemática dos resíduos sólidos, uma vez que é
preciso rever os modelos de produção e consumo, adotando leis que visam resgatar
os resíduos na origem, procurando a reutilização ou reciclagem. Assim sendo, será
necessário buscar parcerias, principalmente com empresas do polo ceramista nas
proximidades.
É na busca de resposta para as questões que se define os objetivos desse
trabalho, pois procura-se compreender os impactos ambientais gerados por resíduos
sólidos nos processos de tratamento de água na Cidade de Manaus, visto que o
descarte incorreto desses resíduos ameaça igarapés, rios e lençóis freáticos, e até
mesmo o aterro sanitário municipal. A pesquisa propõe como uma alternativa para
uma destinação final adequada do resíduo gerado no processo de decantação em
estações de tratamento de água na Cidade Manaus. A presente pesquisa estará
embasada em uma série de normas e legislação, tendo a Lei Nº 12.305/2010 como
marco principal, pois trata da Política Nacional de Resíduos Sólidos.
1.7 Escopo da dissertação
No Capítulo I, apresenta-se a Introdução, problema, a justificativa da
dissertação, os objetivos, a contribuição e relevância da pesquisa, a delimitação do
tema e o escopo da dissertação.
No Capítulo II, aborda-se sobre a revisão bibliográfica e os resíduos sólidos.
Discorre-se sobre o tratamento de água, os processos de coagulação e floculação, a
influência do pH, a geração e características de lodo nas ETA, a disposição final de
lodo de ETA, os Resíduos sólidos a Classificação dos Resíduos Sólidos, além dos
processos de reciclagem de lodo, bem como as normas e legislação, as Leis
22
ambientais (federal, estadual, e municipal), a constituição de 1988 e o meio ambiente,
as mais importantes resoluções do CONAMA no que se refere a resíduos sólidos,
como a Constituição de 1988 procede legalmente sobre o meio ambiente e a Lei nº
12.305/2010 Política Nacional dos Resíduos Sólidos (PNRS).
No Capítulo III, elenca-se os procedimentos metodológicos aplicados ao
estudo. A formulação do problema e o design da pesquisa. Os Participantes. A coleta
e análise de dados.
No Capítulo IV, discute-se os resultados encontrados sobre a possibilidade da
incorporação do lodo proveniente da estação de tratamento de água de
abastecimento da cidade de Manaus como matéria-prima para fabricação de tijolos
cerâmicos no polo oleiro de Iranduba.
No Capítulo V, apresentam-se as considerações finais referentes aos
resultados do estudo e sugestões para trabalhos futuros.
23
CAPÍTULO II – REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 O Tratamento de água
A água consumida pelo homem é fonte de bem estar e saúde, necessitando de
tratamento para retirada de impurezas que se encontram em forma de partículas em
suspensão e partículas em estado coloidal. Entende-se por estado coloidal as
partículas com diâmetro menores que 1m, sendo que as de diâmetro superior a 1m
são conhecidas como limo. A remoção destas partículas é realizada através do
processo de coagulação/floculação (ACHON, 2003).
2.1.1 Coagulação química
É importante termos clareza dos termos “coagulação” e “floculação” e que
existe diferença entre eles que não podem ser confundidos.
O termo coagulação vem do latim “coagulare” que significa juntar. Este
processo descreve o efeito produzido pela adição de um produto químico a uma
dispersão coloidal que se traduz em uma desestabilização das partículas através da
redução das forças que tendem a mantê-las separadas. Neste caso as partículas
passam a aglomerar-se possibilitando contato entre elas, formando partículas de
tamanho submicroscópico.
A floculação se caracteriza pela formação de partículas sedimentáveis, a partir
de partículas desestabilizadas de tamanho coloidal. O termo floculação também é
derivado do latim “floculare” que significa formar um floco semelhante a uma estrutura
porosa muito fibrosa. Ao contrário da coagulação onde as forças primárias são de
natureza eletrostática, a floculação ocorre através de um mecanismo de formação de
pontes químicas (forças de Van der Waals). Macroscopicamente a floculação
transforma as partículas coaguladas de tamanho submicroscópico em outras mais
visíveis facilitando a sedimentação por gravidade que ocorre no processo de limpeza
da água (LORA, 1975).
Temos noticia de tratamento de água para o consumo humano, inclusive com o
emprego de substâncias químicas (sais de alumínio), desde o ano 70 a.C. Segundo o
historiador da época, chamado Plínio, os sais de alumínio eram conhecidos como
24
argila da Itália, que era já naquela época uma mercadoria importante do comercio
mundial, pois possuía a capacidade de transformar “águas amargas em potáveis”
(LORA, 1975).
Em geral as águas apresentam impurezas originárias da decomposição do
solo, da dissolução de minerais e da decomposição da vegetação, todos dissolvidos
na água. Além do mais, a necessidade da coagulação aumenta cada vez mais devido
ao aumento da poluição das águas e o crescimento acelerado da população do
mundo (MACEDO,1964)
As impurezas contidas nas águas sejam de origem natural ou provocadas pelo
homem, são da origem orgânica ou inorgânica. As inorgânicas são responsáveis pela
variação da turbidez sendo que o sabor e odor são causados pelas substâncias
orgânicas dissolvidas.
As partículas que produzem turbidez são classificadas de acordo com seu
tamanho, as moléculas possuem tamanho médio de 50m. A fração de moléculas
com diâmetro superior a 1m são conhecidas com o nome de limo e se sedimentam
facilmente quando a água fica em repouso. Por outro lado as partículas com
diâmetro menores que 1m conhecidas como coloidais permanecem em suspensão
durante longos períodos de tempo e por isso torna-se necessário a coagulação para a
sua eliminação (HARDENBERG, 1964).
Portanto, a necessidade de coagulação é para que as partículas coloidais
formem agregados maiores e desta forma aumentem sua velocidade de
sedimentação. A formação de partículas maiores a partir de outra menores é
importante para uma fase de limpeza da água conhecida por filtração (PAIXÃO,
2005).
2.1.1.1 Fatores que influenciam a coagulação
Para alcançar um padrão adequado de coagulação da água tem que se levar
em consideração uma rede complexa de variáveis tais como o pH, turbidez,
composição química da água, tipo de coagulante e fatores físicos tais como a
temperatura e as condições de mistura. Estas interações são tão complexas que
teoricamente é impossível determinar um padrão adequado de coagulante para uma
dada amostra de água, portanto a quantidade de coagulante é determinada
empiricamente para cada tipo de água (FAIR, 1973).
25
2.1.1.2 Os Efeitos do pH
Existe uma escala de pH para uma dada amostra de água dentro da qual se
registra uma boa coagulação/floculação em menor tempo possível. A variação desta
escala é influenciada pelo tipo de coagulante que podem ser utilizados, pela
composição química da água e a concentração do coagulante (PAIXÃO, 2005).
Os coagulantes mais utilizados são sais de alumínio (sulfato de alumínio) ou
sais de ferro (cloreto de ferro) denominados de coagulantes metálicos. Os
coagulantes metálicos precipitam e coagulam com maior rapidez, sendo que o pH
deve ficar entre 5,8 e 7,8. Dependendo da turbidez e da presença de íons na água
esta variação sobe para 6 a 7,8 (BABBITT, 1999).
2.1.2 Geração de lodo nas ETA
As estações de tratamento de água captam água de rios, realizam tratamento
adequado e a distribuem sob forma de água potável aos centros de consumo
humano. Os processos utilizados nestas estações são, regra geral, os seguintes
(RICHITER, 2003):
Oxidação
Coagulação
Floculação
Decantação
Filtração
Desinfecção
Estabilização do pH
Fluoretação
Na oxidação é injetado cloro na água bruta captada para oxidar os metais
presentes dissolvidos, principalmente o ferro e o manganês. Na coagulação adiciona-
se cal para manter o pH no nível adequado e logo após sais de alumínio ou sais de
ferro como coagulante primário para formar os flocos de impurezas. Em contato com
a água este coagulante reage quase que instantaneamente, promovendo uma reação
de hidrólise, resultando na formação de determinados compostos que irão,
juntamente com as impurezas presentes, constituir os flocos, que serão separados
posteriormente nas unidades de decantação e filtração (Gerenciamento Ambiental
26
Técnicas & tecnologias, 2000).
Na floculação a água é misturada em tanques, com flocos de impurezas
maiores iniciando-se a fase de decantação. Após a decantação a água passa por
filtros com antracito, areia e cascalho retendo as impurezas que não foram
sedimentadas nas etapas anteriores (RICHITER, 2003) Essas impurezas retiradas da
água originárias principalmente dos decantadores e das águas de lavagem dos filtros
são denominadas de lodo de estação de tratamento de água-lodo de ETA. As
características dessas impurezas dependem das condições da água bruta retirada do
manancial, dosagens e produtos químicos utilizados e a forma de limpeza dos filtros
dos decantadores.
A lagoa de lodo é o local de disposição do lodo após sua retirada dos
decantadores e a seguir é enviado aos leitos de secagem onde a água livre é drenada
podendo, dependendo da estação de tratamento, ser retornada ao sistema de
tratamento.
Boa parte das estações de tratamento de água realizam as limpezas
periódicas, em média uma vez por mês, manualmente, ou seja, esvaziando o
decantador e lavando o fundo. Temos então a seguinte seqüência de tratamento da
água em uma ETA: coagulação – floculação – sedimentação – filtração – retirada do
lodo - fluoretação (BABBITT, 1999).
2.1.2.1 Características de lodos das ETA
Devido à adição de sais de alumínio ou sais de ferro para provocar a
coagulação dos resíduos existentes na água bruta os hidróxidos desses sais passam
a ser os principais componentes químicos do lodo e, além disso, partículas orgânicas
e inorgânicas. Na ausência de algas e outros materiais orgânicos no manancial, a
fração orgânica do lodo torna-se desprezível e o lodo passa a ter características de
estabilidade química, sendo composto apenas de matéria inorgânica, tais como areias
finas, limos e argilas (WAG, 1996).
2.1.2.2 Remoção de água
Os hidróxidos formados devido aos sais adicionados durante o processo de
coagulação dificultam a desidratação do lodo durante a fase de secagem tornando-o
27
gelatinoso e volumoso e de viscosidade tixotropica. Um parâmetro amplamente
utilizado para avaliação da dificuldade de remoção de água é a “resistência específica
de filtração”. Quanto maior o valor deste parâmetro, mais difícil à remoção, por
filtração, da água do lodo (PAIXÃO, 2005). Os lodos produzidos nas ETA usando sais
de alumínio ou sais de ferro como coagulantes apresentam resistência específica que
varia de 5x1012 a 50x1012mg/kg. Lodos com resistência específica superior a 5x
1012mg/kg são de difícil desidratação e os de valores menores a 1x1012m/kg são
fáceis de serem desidratados portanto os lodos gerados nas ETAs são de difícil
desidratação(M.A.P. REALI, 1999).
Todo lodo consiste numa combinação de uma fase sólida com uma fase
liquida. As diferentes formas físicas da água no lodo exercem influência marcante na
maior ou menor dificuldade de separação da fase liquida da sólida (M.A.P. REALI,
1999). São definidos os estados físicos da água. em ordem crescente de dificuldade
de desidratação, ou seja apresentam maiores facilidades de retirada a água livre
seguido de água intersticial, água vicinal e finalmente água de hidratação pois
apresentam ligações química com a superfície das partículas sólidas (M.A.P. REALI,
1999).
Água livre: Água não associada com partículas sólidas;
Água intersticial ou capilar: Água ligada mecanicamente, a qual se encontra presa
aos interstícios dos flocos;
Água vicinal: Constituídas por diversas camadas de molécula de água fisicamente
ligadas às quais encontram-se firmemente presas à superfície da partícula por
meio de pontes de hidrogênio;
Água de hidratação: água ligada quimicamente à superfície das partículas sólidas
Uma melhor eficiência nas operações de redução da quantidade de água
existente nos lodos é através da adição de cal ou soluções de polímeros sintéticos
conhecidos como polieletrólitos (M.A.P. REALI, 1999). Os polímeros sintéticos são
classificados em polímeros aniônicos, polímeros catiônicos, polímeros não iônicos,
sendo relacionadas com as cargas apresentadas por suas moléculas em solução
aquosas (PAIXÃO, 2005).
28
2.1.3 Disposição final de lodo de ETA
O sistema de tratamento do lodo envolve técnicas cujas pertinências são
influenciadas dentre outros fatores pelas características do lodo, da área disponível,
do clima local e condições ambientais da região. A maioria das estações de
tratamento lança-o direto na rede de esgoto, sem qualquer tipo de tratamento, a não
ser a presença de um tanque para controle e regularização da vazão de lançamento
(M.A.P. REALI, 1999). Uma alternativa usualmente adotada consiste na utilização de
lagoas ou leitos de secagem, sendo que depois de seco o lodo é encaminhado para
aterros na própria estação de tratamento (PAIXÃO, 2005).
Em regiões de clima temperado onde o lodo apresenta dificuldade de
desidratação, as lagoas de lodo são transformadas em leito de secagem, colocando
drenos no fundo das lagoas. Após o período de secagem, tanto no caso de lagoas
quanto de leitos deve-se promover a remoção, por dragagem, do lodo concentrado no
fundo das unidades para posterior destinação final, que dependendo de uma análise
técnica e ambiental pode ocorrer das seguintes formas (M.A.P. REALI, 1999).
Disposição em aterros sanitários;
Co-disposição com biosólidos;
Disposição controlada em certos tipos de solos;
Aplicações industriais diversas como fabricação de tijolos;
Incineração de resíduos.
2.2 O Resíduo sólido (lodo de ETA)
A NBR 10.004 (ABNT, 1987) define resíduos sólidos como resíduos nos
estados sólido e semi-sólido que resultam de atividades da comunidade, de origem
industrial, doméstica, hospitalar, comercial, agrícola, de serviços e de varrição.
Ficam incluídos nesta definição os lodos, proveniente de sistemas de
tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de
poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o
seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d´água, ou exijam para isto
soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia
disponível. Verifica-se ainda que os resíduos comerciais possuam composição de
acordo com o tipo de comércio gerador.
29
A Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT, através da NBR
10004/04, define os resíduos sólidos da seguinte forma: Resíduos no estado sólido e
semissólido, que resultam de atividades de origem industrial, doméstico, hospital,
comercial, agrícola, de serviços públicos, como varrição, poda de árvores entre
outros. Consideram-se também resíduos sólidos os lodos provenientes de sistemas
de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle
de poluição, bem como determinados líquidos, cujas particularidades tornem inviável
o seu lançamento na rede pública de esgotos ou corpo d'água, ou exijam para isso
soluções técnicas e economicamente inviáveis em face à melhor tecnologia disponível
Agência Brasileira de Normas Técnica (ABNT, 1987). Para todos estes resíduos
existem várias classificações, como resíduos classe: I - Perigosos; resíduos classe II
– Não perigosos; resíduos classe II A – Não inertes; resíduos classe II B – Inertes,
perigosos e não perigosos, inertes e não inertes (Figura 1).
Figura 1: Classificação dos resíduos sólidos.
Fonte: NBR10004:2004 (Adaptado).
Segundo a NBR 10004/04 para se obter um laudo de classificação pode ser
baseado exclusivamente na identificação do processo produtivo, quando do
enquadramento do resíduo nas listagens dos anexos A ou B da referida lei. Deve
constar no laudo de classificação a indicação da origem do resíduo, descrição do
processo de segregação e descrição do critério adotado na escolha de parâmetros
analisados, quando for o caso, incluindo os laudos de análises laboratoriais. Os
laudos devem ser elaborados por responsáveis técnicos habilitados.
30
Entre os resíduos de alto impacto ao meio ambiente, destaca-se o resíduo
proveniente da estação de tratamento de água, o lodo de ETA. Este resíduo
considerado como Resíduos Classe I – Perigosos: onde estes em função de suas
características de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxidade e
patogenicidade, pode apresentar riscos à saúde pública, provocando ou contribuindo
para o aumento de mortalidade ou incidência de doenças ou apresentar efeitos
adversos de alto impactos ao meio ambiente, quando manuseados ou disposto de
fora inadequada.
2.3 NORMAS E LEGISLAÇÃO
A legislação brasileira que trata sobre a temática meio ambiente nos mostra
que essas leis estão entre as mais completas, visto que uma tímida atenção por parte
de empresas e serviços a essa problemática até meados da década de 70, quando
tem início o surgimento das leis ambientais de forma relacionadas.
2.3.1 LEIS AMBIENTAIS (Federal, Estadual, e Municipal)
Aqui se faz necessário relacionar as principais Leis Brasileiras que cuida
especificamente do meio ambiente. Dentro desse contexto, verifica-se a criação da
Lei nº 6.938 de 17.01.1981, que institui a Politica Nacional do Meio Ambiente e o
Sistema Nacional de Meio Ambiente (Sisnama) que é a estrutura adotada para a
gestão ambiental no Brasil, e é formado pelos órgãos e entidades da União, dos
Estados, do Distrito Federal e dos Municípios responsáveis pela proteção, melhoria e
recuperação da qualidade ambiental no Brasil, e surge com o objetivo de estipular,
definindo que o poluidor deve ser obrigado a indenizar e/ou recuperar os danos
ambientais que causar podendo ainda o Ministério Público propor ações de
responsabilidade civil por danos causados ao meio ambiente, cria ainda, a
obrigatoriedade de estudos e relatório de impacto ambiental.
Buscou-se conhecer ainda a Lei nº 7.347 de 24.07.1985 que é a Lei da Ação
Civil Pública, que trata da ação civil pública de responsabilidade por danos causados
ao meio ambiente, ao consumidor e ao patrimônio artístico turístico ou paisagístico,
de responsabilidade do Ministério Público Brasileiro.
31
2.3.2 A constituição de 1988 e o Meio Ambiente
No que diz respeito ao meio ambiente, o Art. 225 da Constituição Federal
Brasileira de 1988, que preceitua que “todos temos direito ao meio ambiente
ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial a sadia
qualidade de vida, impondo-se ao Poder Público e a coletividade, o dever de defendê-
lo e preserva-lo para os presentes e futuras gerações”. Assim sendo, verifica-se o
sistema capitalista vigente e o acelerado crescimento da sociedade, juntamente com
avanço tecnológico, levaram os legisladores a ter a preocupação com meio ambiente,
visto que num passado muito recente, o homem se aproveitava dos recursos naturais
de forma inconsciente, uma vez que não se tinha uma ponderação entre os benefícios
e o malefício que resultaria num meio ambiente degradado, acreditando que esses
recursos seriam inesgotáveis, sem pensar em uma possível degradação, apenas
utilizava o que a natureza lhe dispunha de uma forma cada vez mais rápida e mais
degradante.
No entanto com o grande avanço tecnológico percebeu-se que a sociedade
vem se desenvolvendo ao longo dos séculos e com isso trazendo prejuízos
irreparáveis ao meio ambiente. Observa-se ainda que juntamente com esse
desenvolvimento tivemos o processo de produção de mercadorias, onde as indústrias
baseadas na exploração da mão de obra humana e de recursos naturais, dentre o
surgimento de inúmeros fatores que vem contribuindo significativamente para essa
degradação progressiva. Dentro desse contexto, observa-se que diante desses
fatores houve a necessidade de se criar um artigo especifico que tratasse da questão
do meio ambiente.
2.3.3 Resoluções Conama, a Constituição de 1988 e o Meio Ambiente
O Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA é o órgão consultivo e
deliberativo do Sistema Nacional do Meio Ambiente-SISNAMA, foi instituído pela Lei
Nº 6.938/81, que dispõe sobre a Política Nacional do Meio Ambiente, regulamentada
pelo Decreto-Lei Nº 99.274/90. O CONAMA é composto por Plenário, CIPAM, Grupos
Assessores, Câmaras Técnicas e Grupos de Trabalho. O Conselho é presidido pelo
Ministro do Meio Ambiente e sua Secretaria Executiva é exercida pelo Secretário-
32
Executivo do MMA.
O CONAMA tem por função assessorar, estudar e propor ao Governo, as
linhas de direção que devem tomar as políticas governamentais para a exploração e
preservação do meio ambiente e dos recursos naturais. Além disso, também cabe ao
órgão, dentro de sua competência, criar normas e determinar padrões compatíveis
com o meio ambiente ecologicamente equilibrado e essencial à sadia qualidade de
vida. Existem atualmente 15 Resoluções CONAMA que tratam direta ou indiretamente
da gestão ou gerenciamento dos resíduos sólidos ou perigosos (Tabela 1).
Tabela 1: As 15 Resoluções CONAMA sobre resíduos sólidos.
Resolução CONAMA nº. 469/2015
Altera a Resolução nº 307, de 05 de julho de 2002, que estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil. - Data da legislação: 29/07/2015 - Publicação DOU, de 30/07/2015, páginas 109 e 110 - Altera art. 3º da Resolução CONAMA nº 307/2002.
Resolução CONAMA nº. 452/2012
Dispõe sobre os procedimentos de controle da importação de resíduos, conforme as normas adotadas pela Convenção da Basiléia sobre o Controle de Movimentos Transfronteiriços de Resíduos Perigosos e seu Depósito."
Resolução CONAMA nº.
450/2015 Dispõe sobre recolhimento, coleta e destinação final de óleo lubrificante usado ou contaminado.
Resolução CONAMA nº. 416/2009
Regulamenta a prevenção à degradação ambiental causada por pneus inservíveis e sua destinação ambientalmente adequada, e dá outras providências." A Resolução Aplicada aos Resíduos Sólidos Revoga as Resoluções nº 258/ 1999 e nº 301/2002.
Resolução CONAMA nº.
404/2008
Estabelece critérios e diretrizes para o licenciamento ambiental de aterro sanitário de pequeno porte de resíduos sólidos urbano.
Resolução CONAMA nº. 401/2008
Estabelece os limites máximos de chumbo, cádmio e mercúrio para pilhas e baterias comercializadas no território nacional e os critérios e padrões para o seu gerenciamento ambientalmente adequado, e dá outras providências.".
Resolução CONAMA nº.
373/2006
Define critérios de seleção de áreas para recebimento do Óleo Diesel com o Menor Teor de Enxofre-DMTE, e dá outras providências."
Resolução CONAMA nº.
362/2005
Dispõe sobre o recolhimento, coleta e destinação final de óleo lubrificante usado ou contaminado." - Com a Revogação da Resolução nº 09, de 1993. Alterada pela Resolução nº 450, de 2012.
Resolução CONAMA nº.
358/2005 Dispõe sobre o tratamento e a disposição final dos resíduos dos serviços de saúde e dá outras providências.
Resolução CONAMA nº.
348/2015 Altera a Resolução CONAMA no 307, de 5 de julho de 2002, incluindo o amianto na classe de resíduos perigosos.
Resolução CONAMA nº.
316/2002 Dispõe sobre procedimentos e critérios para o funcionamento de
sistemas de tratamento térmico de resíduos".
Resolução CONAMA nº.
307/2002 Estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil".
33
Resolução CONAMA nº.
017/1994
Prorroga o prazo do Grupo de Trabalho Interministerial, criado pela Resolução CONAMA nº 007/94, que adota definições e proíbe a importação de resíduos perigosos - Classe I - em todo o território nacional, sob qualquer forma e para qualquer fim, inclusive reciclagem"
Resolução CONAMA nº.
005/1993
Dispõe sobre o gerenciamento de resíduos sólidos gerados nos portos, aeroportos, terminais ferroviários e rodoviários.". Alterada pela Resolução nº 358, de 2005.
Resolução CONAMA nº.
006/1991 Dispõe sobre a incineração de resíduos sólidos provenientes de estabelecimentos de saúde, portos e aeroportos"
Nesse aspecto, a RESOLUÇÃO CONAMA nº 307, de 5 de julho de 2002
Publicada no DOU no 136, de 17 de julho de 2002, altera a Resolução no 348/04
(alterado o inciso IV do art. 3o), estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para
a gestão dos resíduos da construção civil, mas também vem estabelecer em seu Art.
2º. Para efeito desta Resolução, são adotadas as seguintes definições:
V - Gerenciamento de resíduos: é o sistema de gestão que visa reduzir,
reutilizar ou reciclar resíduos, incluindo planejamento, responsabilidades, práticas,
procedimentos e recursos para desenvolver e implementar as ações necessárias ao
cumprimento das etapas previstas em programas e planos; e que vem preceituar
ainda sobre o processo de reciclagem em sua alínea.
VII - Reciclagem: é o processo de reaproveitamento de um resíduo, após ter
sido submetido à transformação;
Dentro desse contexto verifica-se a necessidade e a importância de se utilzar o
processo de reciclagem para minimizar as consequências dos resíduos sólidos
gerados em estações de tratamento de água para o meio ambiente, o que significa a
necessidade de se estabelecer uma definição de políticas públicas capazes de
apresentar resultados eficientes.
34
CAPÍTULO III – PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Para o presente estudo foram utilizadas duas matérias primas: lodo de Estação
de Tratamento de Água (ETA) e argila. Durante a pesquisa de campo na empresa
cerâmica Montemar, situada no km 30 da rodovia Manuel Urbano, Estado do
Amazonas, município de Iranduba, foi realizada a coleta da primeira matéria prima:
argila. A segunda matéria-prima, lodo, foi coletado da Estação de Tratamento de Água-
ETA, do Programa Água para Manaus- PROAMA. Na Figura 2 está contido, de forma
simplificada, o procedimento experimental utilizado.
Figura 2: Fluxograma dos procedimentos e análises realizados.
Fonte: Jimenez, 2011(Adaptado).
35
A etapa 1, inicia-se com a coleta da amostra de solo (argila) e do resíduo
orgânico (lodo). Em seguida, na etapa 2, os materiais passaram por processo de
preparo, através de secagem (argila) e preparação da amostra para ensaios físicos,
segundo NBR ABNT 6457/86- Amostras de solo- Preparação para ensaios de
compactação e ensaios de caracterização. E também, pelo processo de moagem
(lodo).
Posteriormente, na etapa 3, caracterizou-se os dois materiais, por meio do
ensaio de granulometria, conforme a norma ABNT NBR 7181/82 – Solos – Análise
granulométrica. O processo de peneiramento e especificações das peneiras está
conforme a norma ABNT NBR NM-ISO 2395/ 97- Peneiras de Ensaio e ensaio de
peneiramento – Vocabulário. Também fez parte desta análise de índices físicos, a
densidade real dos grãos da argila e do lodo, conforme a norma DNER-ME 093/94. E
finalizando com a composição química, em teste da fluorescência de raios-X.
Na etapa 4, foi realizado preparo das amostras, para confecção dos corpos de
prova, através de secagem, moagem, homogeneização, prensagem, secagem e
queima. O resíduo foi misturado em massa argilosa em proporções de 0%, 12%, 14% e
18%. Na última etapa, com a finalidade de estudar as propriedades físicas e mecânicas
dos corpos de prova após queima, realizaram-se os cálculos de retração linear (RL),
absorção de água (AA), massa específica aparente (MEA), tensão de ruptura flexão
(TRF), difração de raios-X (DRX).
3.1 Coleta das matérias-primas.
3.1.1 Resíduo de ETA (lodo)
O lodo é gerado no processo de tratamento de água convencional, para
abastecimento urbano, nas unidades de decantação e limpeza dos filtros da ETA.
O resíduo foi coletado da Estação Programa Água para Manaus – PROAMA,
localizado no bairro Armando Mendes, zona leste da cidade de Manaus (Figura 3). Tem
capacidade de tratar 210 mil litros de água por dia, atende todos os bairros da zona
norte e leste, beneficiando cerca de 500 mil habitantes.
No mapa do estado do Amazonas, consta um ponto vermelho, que na figura a
seguir demonstra a localização da cidade de Manaus e nela, o ponto na cor amarela,
36
que evidencia a área do PROAMA na circularidade amarela.
Figura 3: Mapa de localização do PROAMA.
Fonte: Imagem landsat 8. IBGE, 2010.
O resíduo foi embalado em saco de fibra de juta revestido com polietileno e
levado para o laboratório de Geoquímica, da Universidade Federal do Amazonas -
UFAM. Realizou-se o processo de secagem, destorroamento, moagem e ensaios de
umidade, granulometria e de densidade.
A Figura 4 (a) e (b) mostra o resíduo em seu estado bruto e após moagem da
matéria bruta peneiramento, respectivamente.
37
4a 4b
Figura 4: Resíduo bruto (4a), resíduo moído e peneirado (4b).
3.1.2 Argila A Figura 5 apresenta a localização da Olaria Cerâmica Montemar de onde foi
realizada a coleta da argila.
Figura 5: Mapa de localização da Olaria Cerâmica Montemar.
Fonte: Imagem landsat 8, IBGE, 2010. A amostra de solo foi retirada do terreno por meio de um sistema mecânico com
o auxílio de uma retroescavadeira e da caçamba.
O material foi acondicionado em toneis de papelão vedado com abraçadeira de
38
aço e levado ao laboratório de Geoquímica, da Universidade Federal do Amazonas -
UFAM, onde passou pelo processo de desmanche dos grãos e homogeneização do
material para determinação do teor de umidade, análise granulométrica e de densidade
real dos grãos.
3.2 Caracterização das matérias-primas
3.2.1 Preparo das Amostras para ensaios caracterização
As amostras coletadas (argila e resíduo sólido - lodo) passaram por uma
secagem ao ar livre, até chegar próximo da umidade higroscópica, sobre uma lona.
A norma utilizada para este método de ensaio foi a ABNT NBR 6457/86 -
Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de
caracterização. Onde se determina o desmanche dos torrões, tomando cuidado para
não quebrar os grãos, homogeneizando assim a amostra e passando pelo repartidor de
⅜” para redução da amostra, na obtenção de uma amostra mais representativa na
quantidade suficiente para realização do ensaio.
A Tabela 2 demonstra a classificação dos solos de acordo com o tamanho dos
grãos, conforme a ABNT NBR 6502/95.
Tabela 2: Classificação dos solos.
Tipo de solo Diâmetro dos grãos (mm)
Argila ˂ 0,002
Silte 0,06- 0,002
Areia 2,0- 0,06
Seixo ˃2,0
Fonte: ABNT NBR 6502/95
Após a preparação das amostras, foi pesado 2000g de cada amostra na balança
de precisão e passado na peneira de número N° 10 com abertura de malha de
2,00mm. O material retido na peneira foi identificado como material grosso. Do material
passante, foi pesado 200g e identificado como material fino (Figura 6).
39
Figura 6: Peneiramento e lavagem da amostra.
Em seguida, os materiais passaram pelo processo de lavagem em água
corrente. O material grosso, com o auxílio da peneira de N° 10 com abertura da malha
de 2,00mm e o material fino na peneira de Nº 20 com abertura da malha 0,075mm,
para que não houvesse perda de material durante a lavagem. Esse processo de
lavagem do material é feito, a fim de retirar toda a argila revestida nos grãos.
As amostras foram colocadas em recipiente metálico e postos na estufa elétrica,
controlada automaticamente pelo seu termostato em temperatura de 110 C°, por 24
horas.
Após esse período, foram feitos os peneiramentos dos materiais grosso e fino,
através de uma sequência de peneiras formando um conjunto especificado conforme a
norma ABNT NBR NM-ISO 2395/97 - Peneiras de Ensaio e ensaio de peneiramento –
Vocabulário.
O material Grosso (argila e Lodo) que ficou retido na peneira de nº10 foi lavado
com água corrente até que a água fique limpa (transparente) devolvendo o material da
peneira para o recipiente de aluminio e levando – o para a estufa a temperatura de
110º C novamente onde permanecerá por 12horas, após as 12 horas o material seco
será retirado da estufa e realizado o processo de peneiramento passando pelas
seguintes peneiras: 112”, 1”, 3 4”, 3 8”, Nº4, Nº10 (Figura 7).
40
Figura 7: Peneiras para o material grosso.
O material fino (argila e Lodo) que ficou retido na peneira de nº200 foi lavado
com água corrente até que a água fique limpa (transparente) devolvendo o material da
peneira para o recipiente de aluminio e levando – o para a estufa a temperatura de
110º C novamente onde permanecerá por 12 horas, após as 12 horas o material seco
foi retirado da estufa e realizado o processo de peneiramento passando pelas
seguintes peneiras: Nº16, Nº30, Nº40, Nº50, Nº100, Nº200, (Figura 8).
Figura 8: Peneiras para o material fino.
Depois de peneirar anotou-se o peso de cada amostra retida na peneiramaterial
e realizaram-se os devidos cálculos.
3.2.2 Ensaio de granulometria por peneiramento O ensaio de granulometria por peneiramento está normatizado pela ABNT NBR
7181/ 82 – Solos – Análise granulométrica.
A granulometria é determinada através de uma sequência de peneiras em ordem
crescente, ou seja, da abertura de malha mais fechada até a malha mais aberta.
41
O material retido em cada peneira foi pesado na balança de precisão e anotado
as informações obtidas.
Para obtenção dos resultados em % do peneiramento foi utilizado as seguintes
expressões matemáticas (ABNT NBR 15.270-3):
Massa total da amostra seca
𝑀𝑠 =(𝑀𝑡 − 𝑀𝑔)
(180 + ℎ) 𝑥 100 + 𝑀𝑔
(1)
Sendo:
Ms = massa total da amostra seca;
Mt = massa total da amostra seca ao ar;
Mg = massa do material seco retido na peneira de 2,0mm;
h = umidade higroscópica do material passado na peneira de 2mm.
Porcentagem de materiais que passam nas peneiras 16, 30, 40, 50, 100.
𝑄𝑔 =(𝑀𝑠 − 𝑀𝑖)
𝑀𝑠 𝑥 100
(2) Sendo:
Qg = porcentagem do material passado em cada peneira;
Ms = massa total da amostra seca;
Mi = massa do material retido acumulado em cada peneira.
3.2.3 Determinação do teor de umidade das amostras de solo
Existem duas normas que prescrevem esse método de ensaio: a ABNT NBR
6457/ 86 – Amostras de solo - Preparação para ensaios de compactação e ensaios de
caracterização, onde há uma breve, mas também essencial descrição da análise, e a
norma DNER – ME 213/ 94 – Solos – Determinação do teor de umidade, onde há mais
detalhes sobre os procedimentos.
Para verificação do teor de umidade do solo, foram pesadas, em balança
sensível a 0,1g, 3 cápsulas de alumínio numeradas em 01, 02 e 03, e adicionado uma
42
pequena quantidade de material úmido e pesado novamente. As cápsulas foram
levadas à estufa controlada, automaticamente, em 110ºC pelo seu termostato por 24
horas, com o objetivo de eliminar completamente toda a massa de água retida nela.
Após a secagem, o material foi pesado.
Para obter o teor de umidade utilizou-se a expressão (ABNT NBR 15.270-3):
ℎ =𝑀 − 𝑀
𝑀 − 𝑀 𝑥 100
(3)
Sendo:
h = teor de umidade, em %;
M1 = massa do solo úmido mais a massa do recipiente, em g;
M2 = massa do solo seco mais a massa do recipiente, em g;
M3 = massa do recipiente (cápsula metálica com tampa) em g.
3.2.4 Densidade Real dos Grãos
Os ensaios ocorreram nas amostras de argila e do resíduo orgânico (lodo)
separadamente.
Para determinar a densidade real dos grãos foi utilizado o picnômetro de 50ml
com rolha esmerilhada. O objetivo é a eliminação do ar existente nas micropartículas
das amostras em análise.
A norma que prescreve o método de ensaio é a DNER-ME 093/ 94 – Solos –
Determinação da densidade real.
Inicialmente pesou-se o picnômetro vazio (P1) e foi inserido 20g da amostra
em seu interior (P2). Cobriu-se em excesso com água destilada o material e aqueceu-
se o picnômetro com auxílio da tela de amianto para evitar o contato direto da chama
com a vidraria, deixando a água ferver por 15 minutos. Durante esse período de
fervura da água, foi agitado esporadicamente o picnômetro para evitar o
superaquecimento. O objetivo do aquecimento é expulsar todo o ar existente entre as
micropartículas das amostras.
Após o período supracitado, deixou-se o equipamento esfriar em temperatura
ambiente. Então, foi inserida água destilada até o gargalo do picnômetro e levou-se
para o banho de água em temperatura ambiente por mais 15 minutos, e anotou-se a
43
temperatura do banho (t). Em seguida o picnômetro foi retirado do banho e com
auxílio de um pano limpo e seco foi enxugado. Pesou-se o picnômetro mais a
amostra (P3). A seguir, retirou-se todo o material de dentro do equipamento. Lavou-
se e encheu-se o picnômetro completamente, com água destilada e pesou-se (P4).
Para obter a densidade real dos grãos usou-se a seguinte fórmula (ABNT NBR 15.270-3):
𝐷𝑡 =𝑃 − 𝑃
(𝑃 − 𝑃 ) − (𝑃 − 𝑃 )
(4) Sendo:
Dt = densidade real do solo à temperatura t;
P1 = peso do picnômetro vazio e seco, em g;
P2 = peso do picnômetro mais a amostra, em g;
P3 = peso do picnômetro mais amostra, mais água, em g;
P4 = peso do picnômetro mais água, em g.
3.2.5 Fluorescência de Raios-X (FRX)
As análises químicas da argila e do lodo, de fluorescência de Raios-X foram
realizadas no laboratório de Química do Grupo Crowfoot da Escola Superior de
Tecnologia da Universidade do Estado do Amazonas.
Para analises das amostras o resíduo e argila foram conformados em pastilhas
de ácido bórico, prensadas em prensa pneumática de marca Rigaku, modelo PCA 30
(Figura 9).
Figura 9: Prensa pneumática utilizada para conformação das pastilhas de amostras.
44
Na Figura 10, observa-se a pastilha de ácido bórico conformada com matéria-
prima para as análises de fluorescência.
Figura 10: Pastilha com Argila (à esq.) e pastilha com lodo de ETE (à dir).
Após conformação as amostras foram colocadas no Espectrômetro para
fluorescência de Raios-X, da marca RIGAKU, Modelo Supemini (Figura 11), afim de se
quantificar os elementos químicos presentes nas amostras.
Figura 11: Espectrômetro para fluorescência de Raios-X.
3.2.6. Difração de Raios-X (DRX)
As análises de difração de Raios-X foram realizadas no laboratório de
mineralogia, do Departamento de Geociência da Universidade Federal do Amazonas-
UFAM. Para a análise da estrutura e identificação da composição mineralógica da
argila e do lodo de ETA, foi utilizado o aparelho de difração de Raios-X, da marca LAB
– X SHIMADZU, modelo XRD- 6000 com tubo de Raios-X cerâmico e anodo de cobre
(Figura 12).
45
Figura 12: Equipamento de Difração de Raios-X.
As condições instrumentais utilizadas foram: 5° a 7° em 2Ɵ; voltagem de 40
KV e corrente de 30 mA; tamanho do passo: 0,017° em 2Ɵ e 10,34s o tempo/passo;
fenda divergente 1/4° e ante espalhamento de 1/2°; máscara de 10mm; amostra em
movimento circular com frequência de 1 rotações/s. O software usado para o
processamento de dados foi o Origem Pro 8.
3.3 Preparação dos corpos de prova
O preparo das amostras, bem como formulação, homogeneização,
prensagem, secagem e ensaios físicos e mecânicos dos corpos de prova (CP) foram
realizadas no laboratório de Geoquímica no Departamento de Geociência da
Universidade Federal do Amazonas- UFAM. A norma utilizada para estes métodos
de ensaio foi a ABNT NBR 6457/86.
Foram confeccionados CP com mistura do resíduo e argila em proporções de
12%, 14% e 18%, para realização das análises após secagem e queima, seguindo as
etapas de homogeneização, prensagem, secagem e queima, conforme fluxograma
anteriormente apresentado (Figura 2).
Também foi confeccionado CP com 0% de resíduo, para servir de parâmetro
de comparação entre as porcentagens.
3.3.1 Preparo das amostras
As amostras passaram por secagem e esterilização na estufa modelo MA033
da MARCA Marconi (Figura 13), a 110°C, por 24 horas para remoção da umidade, no
laboratório de Geociência da Universidade Federal do Amazonas - UFAM.
46
Figura 13: Estufa de secagem e esterilização.
Em seguida os materiais foram moídos (Figura 14). O equipamento com vaso
cerâmico chiarioiti de 10 litros, da marca QUIMIS cuja finalidade é destorroar e
reduzir o tamanho dos grãos. A argila e o resíduo foram moídos separadamente por
2 horas. O material é colocado dentro do vaso cerâmico e este recipiente, por sua
vez, sob o equipamento. E, quando acionado, faz com que o moinho realize
movimentos circulares e as bolas contidas dentro do aparelho realiza o processo de
destorroamento dos materais.
Figura 14: Moinho de Bolas.
Posteriormente, cada amostra, foi passada na peneira de mecha 120mm. O
material passante foi usado para formulação da massa cerâmica e confecção dos
corpos de prova.
47
3.3.2 Formulação e Homogeneização
Para a formulação e homogeneização da massa cerâmica foi utilizada a
balança analítica de marca Adventurer OHUS, modelo ERC Classe II, calibrada de
acordo com a Portaria n° 002/2004. Na Figura 15, tem-se a pesagem da matéria-
prima com o resíduo.
Figura 15: Pesagem da matéria-prima com resíduo.
Nessa etapa, pesou-se a matéria-prima variando a concentração de resíduo
em 0%, 12%, 14% e 18%, com umidade de 10%, para facilitar a conformação
durante a prensagem dos corpos de prova, conforme Tabela 3.
Tabela 3: Formulação e homogeneização da massa cerâmica
Corpos de
prova
Massa
cerâmica
% em peso de matéria prima
Argila Resíduo Umidade Total
1 0% 90 0 10 100 2 12% 78 12 10 100 3 14% 76 14 10 100 4 18% 72 18 10 100
Cada mistura foi submetida a um processo de homogeneização por 30 minutos
em moinho de bolas. Após a mistura a massa cerâmica foi pesada através de uma
balança analítica com capacidade máxima de 310g e mínima de 0,001g, da marca
Adventurer OHUS, modelo AR 3130 Classe II, com cabine, calibrada de acordo com a
portaria do Imetro/Dimel nº 002/2004 (Figura 16). A quantidade de matéria-prima para
48
cada corpo de prova foi de 30g.
Figura 16: Balança de precisão utilizada na pesagem de matéria-prima para posterior conformação dos corpos de prova.
3.3.3 Prensagem
Para obtenção dos corpos de prova, a massa cerâmica passou pelo processo de
prensagem, cuja etapa obtém-se a forma estrutural da peça (Figura 17).
Figura 17: Prensa (a), Prensagem (b), Remoção do corpo de prova (c).
Foram confeccionados 5 (cinco) corpos de prova, para cada porcentagem de
resíduos, num total de 20 (vinte). Para alcançar a forma estrutural desejada, a massa
foi colocada no molde e levados a uma prensa hidráulica marca MARCONI, com
capacidade máxima de 2 toneladas sob pressão de 25MPa. Posteriormente os corpos
49
de prova foram expulsos do molde utilizando-se a mesma prensa.
Em seguida, através do uso do paquímetro analógico digital 200mm/8 de
precisão, marca ZAAS Precision, modelo Stainless Hafoi, graduação de 1/129ʺ 0,05 ʺ
mm, exatidão de ±0,05, aferiu-se os corpos de prova, para determinação da
comprimento, largura e espessura, respectivamente. As dimensões foram da ordem de
72,03 x 31, 67 x 7,77 mm, com peso médio de 29, 57g, obtidos através da balança
analítica da marca Adventurer OHUS, modelo AR 3130 Classe II, com capacidade de
0,001g à 310g, calibrada de acordo com a portaria do INMETRO/DIMEL n° 002/2004.
Desprezou-se a força da gravidade, para que fosse determinado a densidade verde do
material.
As medições e pesagem são fundamentais para obtenção de massa e volume,
variáveis que serão utilizadas para determinar a densidade.
A densidade foi determinada através da fórmula:
D =m
V (g/cm³)
(5) Onde:
D = Densidade
m = Massa
V = Volume
Deste cálculo foi obtido os resultados para cada uma das formulações em
diferentes proporções de argila, resíduo e umidade respectivamente, evidenciado na
(Tabela 4). Este resultado tem como objetivo prever hipoteticamente os possíveis
resultados que serão obtidos nos ensaios físicos e mecânicos.
Tabela 4: Valores de densidade verde dos corpos de prova.
Corpos de prova
Massa cerâmica
% em peso de matéria-prima
Densidade verde
(g/mm³) Argila Resíduo Umidade 1 0% 90 0 10 0,00163 2 12% 78 5 10 0,00166 3 14% 76 7 10 0,00166 4 18% 72 10 10 0,00168
50
3.3.4 Secagem dos Corpos de Prova
Com a secagem objetivou-se a eliminação da umidade na superfície dos corpos
de prova, por evaporação e por difusão na parte interna. Para evitar a perda de
umidade de forma acelerada tomou-se o cuidado em controlar a temperatura de
secagem, pois um efeito negativo dessas contrações pode ocorrer quando a taxa de
evaporação for maior que a taxa de difusão, a superfície irá secar, contraindo seu
volume mais rapidamente que no interior, ocasionando deformações nas amostras.
Para secagem dos corpos de prova foi utilizado a estufa da marca MA033 da
marca MARCONI, série FO7170, com temperatura a 110°C por 24h.
Após esse período, as amostras foram pesadas e dimensionadas, visando
verificar a expansão ou retração dos minerais expostos a essa temperatura.
3.3.5 Queima dos corpos de prova
Os corpos de prova- CP foram levados para o laboratório Temático Institucional
de Química de Produtos Naturais-LTQPN, no Instituto Nacional de Pesquisa da
Amazônia- INPA, onde foi realizada a queima em forno mufla microprocessado, marca
QUIMIS (Figura 18).
Figura 18: Forno mufla utilizado para queima dos corpos de prova.
A Tabela 5 apresenta as variações de temperatura durante a queima, bem como
os patamares.
51
Tabela 5: Temperatura de queima dos corpos de prova.
% em peso de matéria-prima
Corpos de prova
Temperatura de Queima (°C)
Argila Resíduo Quant. Tempo Inicial
Variação temperatura
5min.
Variação temperatura
5min.
Variação final de
temperatura 30min.
90 0 5 30°C 450°C 600°C 900°C 78 12 5 30°C 450°C 600°C 900°C
76 14 5 30°C 450°C 600°C 900°C
72 18 5 30°C 450°C 600°C 900°C
A temperatura de sinterização a 900°C, com (três) patamares diferentes, sendo
o 1o (primeiro) mantido por 00h05min a 450°C, a 2o (segundo) mantido por 00:05min a
600°C e a variação final mantida por 00:30min a temperaura de 900°C, somando um
tempo total de 02h:40min (duas horas e quarenta minutos) de queima. A temperatura
inicial foi de 30°C e taxa de refrigeração pós queima se manteve em 75°C por hora em
um intervalo de 12h00min (doze horas).
Após a queima, as massas dos corpos de prova, foram pesadas na balança
analítica da marca Adventurer OHUS, modelo AR 3130 Classe II, com capacidade de
0,001g à 310g, calibrada de acordo com a portaria do INMETRO/DIMEL n° 002/2004,
bem como o valor do comprimento, largura e espessura, medidos no paquímetro
analógico digital 200mm/8 de precisão, marca ZAAS Precision, modelo Stainless
Hafoi, graduação de 1/129ʺ 0,05 ʺ mm, exatidão de ±0,05, afim de analisar,
respectivamente, e verificar a retração linear.
3.4 Ensaio físicos e mecânicos
Através dos ensaios físicos e mecânicos, avaliam-se as propriedades da
cerâmica, que é de suma importância, pois determinam a qualidade do produto, cujos
parâmetros são estabelecidos pelas NBR’s 15.270-1, 15.270-2, 15.270-3. Foram
realizados os seguintes ensaios:
Umidade de prensagem (UP);
Perda ao fogo (PF);
Retração Linear após a queima (RL);
52
Absorção de Água (AA);
Porosidade Aparente (PA);
Massa Específica Aparente (MEA);
Tensão de Ruptura à Flexão (TRF);
Difração de Raio X (DRX)
3.4.1 Umidade de Prensagem (UP)
A umidade de prensagem foi obtida utilizando-se os valores medidos de massa
úmida e massa seca de cada amostra, realizadas antes e após a secagem,
respectivamente. O valor de umidade de prensagem calcula-se através da equação
(ABNT NBR 15.270-3):
𝑈 (%)(𝑀𝑢 − 𝑀𝑠)
𝑀𝑠𝑥100 (𝑔)
(6)
Onde:
U = Umidade
Um = Massa úmida
Ms = Massa seca
3.4.2 Perda ao fogo (PF)
Para calcular o valor do percentual da variação de massa após queima a
900ºC, utilizou-se a equação de perda ao fogo (ABNT NBR 15.270-3):
𝑃𝐹 (%) =(𝑀𝑠 − 𝑀𝑞)
𝑀𝑠𝑥100 (𝑔)
(7)
Onde:
PF = Perda ao fogo
Ms = Massa seca
Mq = Massa após queima
53
3.4.3 Retração Linear (RL)
Os corpos de prova foram medidos seus comprimentos antes da secagem (L0)
e após a queima (L1), onde se determinou a retração linear dos corpos de prova após
a queima, através da seguinte equação (ABNT NBR 15.270-3):
𝑅𝐿 (%) =L0 − L1
L0𝑋 100 (𝑚𝑚)
(8)
Onde:
L0 = Comprimento verde
L1 = Comprimento após queima
3.4.4 Absorção de água (AA)
O ensaio de absorção de água está normatizado pela NBR 15.270-3. Os corpos
de prova foram colocados em um recipiente, que foi preenchido com água à
temperatura ambiente, em volume suficiente para mantê-los totalmente imersos (Figura
19).
Figura 19: Recipiente para o teste de Absorção de água.
Após gradativo aquecimento do recipiente, a água em seu interior, entrou em
ebulição e permaneceu fervendo por 2h. Foi reposto o volume de água evaporado do
recipiente, para que a imersão dos corpos de prova não fosse comprometida. Após
esse período, os corpos de prova foram resfriados via substituição lenta da água
quente, por água à temperatura ambiente.
54
Estando a água do recipiente à temperatura ambiente, os corpos de prova
saturados foram removidos e colocados em bancada para permitir o escorrimento do
excesso de água.
A água remanescente foi removida com auxílio de um pano limpo e úmido,
observando-se que o tempo decorrido entre a remoção do excesso de agua na
superfície e o término das pesagens não foi inferior a 15min, como estabelece a norma.
Após esse processo as medidas das amostras foram novamente aferidas. Para cálculo
de absorção de água das amostras, a equação utilizada (ABNT NBR 15.270-3) foi:
𝐴𝐴 (%) =Pu − Ps
Ps𝑋 100 (𝑔)
(9)
Onde,
Pu = massa do corpo úmido (g)
Ps = massa corpo seco (g)
3.4.4.1 Massa imersa (Pi)
Cada corpo de prova teve sua massa medida, quando imerso em água. O tempo
que a água ficou em ebulição foi suficiente para que a água penetrasse nos poros
abertos formados pela queima dos corpos de prova. Usou-se os valores dessa medida
para realização do cálculo da porosidade aparente e da massa específica aparente.
3.4.4.2 Massa úmida do corpo de prova (Pu)
Após a medida da massa imersa (Pi), foram retirados os corpos de prova da
água, em seguida enxugados com papel absorvente e, novamente foi medido a massa
úmida dos corpos de prova fora da água (Pu). Os dados dessa medida, além de
mostrar a variação da massa devido a absorção de água pelos poros abertos
formados durante a queima dos corpos de prova, também é importante para os
cálculos da porosidade aparente e massa especifica aparente.
55
3.4.5 Porosidade Aparente (PA)
A porosidade aparente das amostras foi determinada da seguinte equação (ABNT NBR 15.270-3):
𝑃𝐴 (%) =Pu − Ps
Pu − Pi𝑋 100 (𝑔)
(10)
Sendo:
PA = Porosidade da Aparente
Pi = massa do corpo imerso em água (g)
Pu = massa do corpo úmido
Ps = massa do corpo seco
3.4.6 Massa específica aparente (MEA)
A massa específica aparente é a média da densidade dos corpos de prova, a
qual foi calculada utilizando-se a seguinte equação (ABNT NBR 15.270-3):
𝑀𝐸𝐴 (%) =Ps
Pu − Pi𝑋 100 (𝑔)
(11)
Sendo:
MEA = Massa Específica Aparente Ps = massa corpo seco (g)
Pu = massa corpo úmido (g)
Pi = massa do corpo imerso em água (g)
3.4.7 Tensão a ruptura à flexão (TRF)
Na medida de tensão e ruptura à flexão foi determinada através de um
flexímetro, marca NANNETTI FAENZA, (Figura 20).
56
Figura 20: Flexímetro (a); Teste de TRF (b); rompimento do corpo de prova (c).
Os corpos de prova foram alinhados sobre os mancais fixado na base do
equipamento, com distância entre as peças da ordem de 18% (vinte por cento), em
relação ao comprimento do corpo de prova. O aparelho foi calibrado utilizando-se as
programações de número 13, existente no equipamento.
57
CAPÍTULO IV – RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Caracterização das amostras
4.1.1 Análise Granulométrica da Argila
De acordo com os resultados da análise granulométrica (Figura 21), nota-se
que mais de 80% da argila possui granulometria inferior a 0,075mm (# 200 ABNT).
Figura 21: Distribuição granulométrica da argila.
A ABNT NBR 6502/95, classifica as partículas dos solos de acordo com o
diâmetro dos grãos, sendo que o solo argiloso possui granulometria menor que
0,002mm, esse tipo de solo de granulação fina e bem agrupado, possui características
de alta plasticidade, o que depois de úmido, facilita a moldagem dos tijolos. Essa
afirmação é confirmada por Rocha (2013:26), em estudo realizado com o solo, da
mesma região de Iranduba/Am, analisadas neste trabalho, que a argila que por sua vez
é um composto químico que apresenta uma granulometria muito fina e, quando
umedecidas com água, formam uma mistura com certa plasticidade.
Análise granulométrica do solo da região do Pará, realizadas por Jimenez
(2011) observou que mais de 70% da argila possuía grão inferior a 0,038mm (#400
1,18 0,6 0,42 0,3 0,15 0,075 Abertura (mm)
% passante
100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00
0,00
%
58
ABNT) e essas características foram importantes para incorporação do lodo em mistura
cerâmica.
4.1.2 Análise granulométrica do resíduo Para a condução da caracterização granulométrica do lodo foi utilizada a norma
ABNT NBR 7181/ 84.
É possível perceber nos resultados da análise granulométrica do lodo de ETA na
(Figura 22), onde mostra o percentual do material passante de acordo com as
aberturas da peneira, que o resíduo possui graduação contínua nas peneiras de 0,3 a
0,075, isto é, o material analisado está bem graduado.
Figura 22: Distribuição granulométrica do resíduo.
Possivelmente sem espaços vazios o que evita a porosidade do material e
aumenta a sua resistência mecânica. Observa-se, também que, mais de 50% do
material possuem dimensões inferiores a 0,42% o que facilita a homogeneização entre
os grãos de argila e resíduo.
Na análise granulométrica de resíduo de ETA, realizada por Silva et al (2015),
constatou que, a distribuição do tamanho das partículas ficou na faixa de 0,001 a
1,2mm, esses resultados mostraram uma faixa ampla de distribuição do tamanho das
partículas, pois optou por usar os resíduos que saíram do triturador sem uma
classificação prévia da granulometria. Ainda Silva el al (2015), verificou que as
1,18 0,6 0,42 0,3 0,15 0,075 Abertura da Peneira (mm)
% passante
100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00
0,00
%
59
partículas de lodo apresentaram um perfil irregular devido não ter obtido uma
granulometria padrão no processo de preparação das partículas de lodo. Neste estudo,
o formato bem graduado e contínuo do resíduo de lodo de ETA é considerado um
resultado positivo, pois com a graduação regular decrescente de tamanhos de grãos,
facilita a homogeneização e agregação das partículas do solo durante o cozimento.
4.1.3 Densidade real dos grãos (DR) Os resultados da densidade real dos grãos de argila e lodo (Tabela 6) refletem a
presença de minerais e matéria orgânica presentes no solo.
Tabela 6: Densidade real dos grãos das amostras de argila e lodo.
Norma: DNER-ME 093/94 Argila Lodo Norma: DNER-ME 093/94 Argila Lodo
Picnômetro 1 2 Peso do picnômetro +
amostra + água (g) 159,55 160,01
Temperatura °C 25 26 Peso do picnômetro
+ água (g) 151,19 152,20
Peso picnômetro (g) 47.46 47,46 Peso do material seco (g) 20,0 20,0
Peso do picnômetro + amostra seca (g)
67, 47 66,15 Densidade real dos grãos
(g/cm3) 1,717 1,718
Os limites de densidade real variam entre 2,3 a 2,9 g/cm³, pode-se observar na
Tabela 6 que, tanto a argila quanto o resíduo possuem densidade real baixa, entre
1,717 e 1,718, respectivamente, o que caracteriza um solo com elevada matéria
orgânica, influenciando, de forma positiva, na porosidade, pois poucas cavidades
porosas, não fragilizam o material cerâmico.
4.1.4 Fluorescência de Raio – X Observa-se que, os resultados de fluorescência de Raios-X, tanto na argila
quanto no resíduo (lodo), apresentaram maior concentração nos compostos de óxido
de alumínio (Al2O3) à 51,33% e Óxido de Silício (SiO2) à 55,41 (Tabela 7). O óxido de
silício está presente, em grande parte, na base da estrutura dos argilosminerais,
portanto a presença desse composto nos materiais analisados era esperada, quanto ao
A12O3, é devido, principalmente, ao tipo de coagulante (sulfato de Alumínio) utilizado
durante a purificação da água na Estação de Tratamento da PROAMA. Esse fato foi
constatado por Campelo (2006), em análises dos elementos do lodo e argila, onde
60
encontrou maior concentração de Óxido de Alumínio (Al2O3) e Óxido de Silício (SiO2),
devido ao tipo de coagulante usado na decantação e características de sedimentação
mineralógica da região amazônica. Barbosa (2000) constatou em estudos que, a maior
predominância de elementos no lodo era de alumínio, ferro e sílica; sendo que, a maior
teor foi de alumínio, devido ao uso de sulfato de alumínio como coagulante. Essa
semelhança química entre os materiais corrobora para adição do lodo na massa
argilosa para fabricação de tijolo cerâmico, pois evitam reações indesejadas durante o
processo de queima dos corpos de prova.
Tabela 7: Composição química em porcentagem da argila, resíduo e massa cerâmica com 18% de
resíduo.
Composto
Concentração (%)
Argila Resíduo Massa cerâmica com
18% de resíduo incorporado
Al₂O₃ 51, 33 55,41 51,40 CaO 0,01 3,95 0,15
Cl 0,006 0,04 0,005 Cr₂O₃ 0,008 - - Fe₂O₃ 2,71 6,61 3,30 K₂O 0,37 1,25 0,41 MgO 0,18 0,48 0,21 MnO 0,005 0,03 - Na₂O 0,14 0,31 0,22 Nb₂O5 0,003 0,02 0,003 P2O₂ 0,06 0,31 0,04 Rb₂O 0,002 - - SiO₂ 45, 74 36,38 42,16 SO₃ 0,05 1,44 0,08
4.1.5 Difração de Raios-X Os resultados da caracterização microestrutural de materiais cristalinos,
realizada por meio de difratometria de Raios-X, na argila estão apresentados na Figura
23. É possível observar que, as fases mais acentuadas são: quartzo (SiO2) com pico
majoritário, seguido de caulinita (Al2Si2O5(OH)4), isso se deve ao fato de que a maior
parte dos minerais argilosos do estado do Amazonas são oriundas de depósitos
residuais formados de alterações de rochas da Formação Alter do Chão compostas,
entre outros, por quartzo e caulinitas. Afirmam Campos (2008),que a maior parte da
região do polo cerâmico de Manacapuru-Iranduba é constituída desses dos depósitos
61
2Ɵ
residuais. Alguns estudos da argila extraída das margens do Rio Guamá, no Pará
(JIMENEZ, 2011) indicam que o mineral quartzo é majoritário, seguido de caulinita que
também foi encontrado naquela região.
O mineral de quartzo, encontrado neste estudo (Figura 23), confirma a
composição química encontrada na análise de fluorescência de Raios-X, uma vez que
a composição química do quartzo é dióxido de sílica, que por sua vez tem influencia na
expansão térmica durante o cozimento.
Figura 23: Difratograma de Raios-X da argila.
500
100
0
Q= QUARTZO K=CAULINITA
10 20 30 40 50 60
Inte
nsid
ade
62
600
400
200
0 10 20 30 40 50 60 2Ɵ
É possível perceber que, o mineral majoritário de maior intensidade encontrado
no resíduo, assim como na análise da argila, é o quartzo, seguido da caulinita (Figura
24).
Figura 24: Difratograma de Raio -X no resíduo de ETA.
Q = QUARTZO K = CAULINITA
Essa semelhança de minerais entre a argila e o lodo, são de extrema
importância, devido aos benefícios físicos e mecânicos, de incorporação do resíduo à
massa argilosa (SILVA, 2008).
Na Figura 25 tem-se os resultados do difratograma de Raio-X, nos corpos de
prova com proporção de 18% de resíduo, após a queima a 900°C. É possível perceber
que, houve um aumento favorável dos picos de quartzo e redução da intensidade de
caulinita. A redução de caulinita ocorreu devido a sinterização dos corpos de prova,
com a organização linear dos minerais presentes, melhorando a qualidade do produto
final (CAMPELO, 2006).
Inte
nsid
ade
63
Figura 25: Difratograma de Raios-X dos CP após a queima, com 18% de resíduo.
Q = QUARTZO K = CAULINITA
Esse comportamento ocorre devido a adição de resíduo que favorece o
aparecimento de hematita e quanto mais resíduo adicionado, o ferro existente no lodo
tende de acelerar as reações de estado sólido, dando lugar a uma nova fase cristalina,
a cristobolita (PAIXÃO, 2005). Tartari el al (2011) em análise de argilas exploradas na
região do Oeste do Paraná, observou que, as argilas haviam três principais minerais:
caulinita, mineral de silicato de alumínio hidratado, o quartzo mineral de óxido de silício
e a hematita mineral de óxido de ferro.
4.2 Análises físicas e mecânicas
4.2.1 Secagem dos corpos de prova
É possível notar, nos resultados das médias das dimensões e peso dos corpos
(Tabela 8) que, após a secagem, ocorreu uma contração em todas as dimensões das
amostras, demostrando que houve uma eliminação da umidade o que favorece melhor
desempenho mecânico do produto. Apesar da contração do volume dos corpos de
prova, não foi observado nenhuma ocorrência de defeito nas amostras.
1500
1000
500
0
10 20 30 2Ɵ
40 50 60
Inte
nsid
ade
64
Tabela 8: Medidas dos corpos de prova após secagem em temperatura à 110°C.
1 0% 72,11 31,49 7,70 26,87 2 12% 72,06 31,49 7,82 26,98 3 14% 72,09 31,52 7,89 26,88 4 18% 72,08 31,49 7,92 26,93
Médias 72,08 31,49 7,83 26,91
4.2.2 Curva de queima O forno tipo mufla foi previamente programado para elevar a temperatura até
900°C em 2h:30min de queima, bem como permaneceu nos dois primeiros patamares
por 5 minutos e no último por 30 minutos.
A linha azul claro representa a temperatura ideal programada na mufla e a linha
em vermelho repreenta a temperatura real de queima, onde se percebe uma variação
mais acentuada cerca de 120°C. (Figura 26).
Figura 26: Curva de queima dos corpos de prova.
Os resultados mostram que, houve um cozimento das peças de forma
controlada, pois teve reduzida oscilação de temperatura durante a queima,
ocasionando um excelente resultado, pois os corpos de prova ao fim da queima não
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143454749515355575961
Te
mp
era
tura
em
ºC
Tempo de queima (min)
Temperatura Real Temperatura Ideal
Corpos de
prova
Massa
cerâmica
Dimensões após secagem (mm)
Peso (g) Comprimento Largura Espessura
0 84 115 197 227
65
apresentaram deformações ou fissuras.
Durante a queima dos corpos de prova é importante controlar a temperatura
para evitar a perda de água repentina que causará excessiva retração e
consequentemente fissuração (HENTGES, 2012:15).
4.2.3 Análises físicas e mecânicas nos corpos de prova após a queima a 900°C. Na Tabela 9 têm-se, a média dos resultados físicos e mecânicos dos ensaios de
retração linear (RL), absorção de água (AA), porosidade aparente (PA), massa
específica aparente (MEA), tensão de ruptura (TR), e tensão de ruptura à flexão (TRF)
realizados nos corpos de prova após a queima na temperatura de 900°C, com 4
concentrações de resíduo: 0%, 12%, 14% e 18% de incorporação na massa cerâmica,
sendo para cada formulação produção de 5 corpos de prova.
Tabela 9: Resultados dos ensaios físicos e mecânicos.
Formulação ENSAIOS FÍSICOS E MECÂNICOS
Resíduo Argila Água RL (%)
AA (%)
PA (%)
MEA (%)
TRF (Kgf/mm2)
0% 90 10% 3,31 16,22 21.01 1,76 2,40 12% 78 10% 3,37 11,63 19,95 1,67 2,35 14% 76 10% 3,37 11,20 17,75 1,67 2,20 18% 72 10% 3,60 8,73 15,45 1,75 1,80
4.2.4 Retração Linear (RL) É possível notar nos resultados da retração linear, após a queima em
temperatura em torno de 900°C, em função dos percentuais de 0%, 12%, 14% e 18%,
de resíduo adicionado na formulação da massa argila (Figura 27) que, a retração linear
aumentou com o incremento do teor de lodo à massa argilosa em todos os
percentuais, esse fato se deve ao processo de sinterização dos corpos de prova
aquecidos a altas temperaturas. O agrupamento das moléculas é um fator importante
e necessário no cozimento dos materiais cerâmicos, pois faz com que ocorra o
endurecimento e, consequentemente, dar resistência do produto final. Afirma Callister
(2012), que durante o cozimento as peças se contraem devido à ocorrência de
coalescência das partículas de pó pelo processo de sinterização.
66
Figura 27: Retração linear nos corpos de prova.
Askeland (2011:455), afirma que a força motriz da sinterização é a redução da
superfície do pó. Jimenez (2011) destaca que esse comportamento, indica um
favorecimento no processo de sinterização dos corpos de prova. Esse processo de
sinterização que ocorre durante a queima, cria uma alteração na estrutura microscópica
devido aos minerais, como o quartzo, fazendo com que a peça fique sólida, o que
resulta em boa resistência do produto cerâmico.
De acordo com a ABNT (NBR 15270-3/05), todos os valores de retração estão
de acordo com os limites estabelecidos pela norma que é abaixo de 8%. a
incorporação do lodo de ETA no processo de fabricação de tijolos cerâmicos, nas
proporções de 0%, 3%, 5% e 10% de resíduo, houve um aumento na retração linear,
em temperatura de sinterização à 900°C, devido, possivelmente, a presença de matéria
orgânica que volatiza na queima (JIMENEZ, 2011). Esse comportamento indicou que a
matéria orgânica volatizou na queima do material cerâmico em elevadas temperaturas.
4.2.5 Absorção de água Os resultados de ensaio de absorção de água dos corpos de prova em função
dos percentuais de resíduos adicionados na argila de 0%, 12%, 14% E 18%, podem
ser observados na Figura 28.
18% 14% 12%
% Resíduo
0%
3,7
3,6
3,5
3,4
3,3
3,2
3,1
RL
% (
mm
)
67
Figura 28: Absorção de água dos corpos de prova.
É possível notar que, quanto maior a quantidade de resíduo incorporado à
massa argilosa, menor é a ocorrência de absorção de água. Callister, (2012) afirma
que cada uma das matérias-primas influencia as mudanças que ocorrem durante o
processo de cozimentos e as características da peça acabada. Neste caso, a absorção
da água diminui com o incremento do teor de lodo à massa argilosa em todas as
proporções, confirmando que, quanto mais sinterizado estiver o material em função da
temperatura de queima, maior será a retração linear, e diminuirá absorção de água,
devido ao agrupamento das moléculas. O decréscimo de AA é esperado devido à
grande presença de propriedade argilosa e baixa presença de areia. Almeida (2015)
afirma, a matéria orgânica, assim como a umidade, são parâmetros importantes que
podem influenciar na qualidade final dos blocos cerâmicos.
A umidade é importante para determinar o manuseio do lodo, pois um alto teor
de umidade pode prejudicar o encaminhamento dos componentes de fabricação,
obstruindo passagens ou aderindo-se às partes do sistema (TSUTIYA, 2001).
De acordo com a ABNT (NBR 15270-3, 2005), o limite máximo e mínimo de
água é de 8% a 22%, respectivamente. Nota-se, que os resultados de teor de umidade,
encontram- se dentro dos limites permitido pela norma, implicando num bom resultado
do material estudado.
% Resíduo
18% 14% 12% 0%
18 16 14 12 10
AA
% (
g)
68
4.2.6 Porosidade Aparente (PA)
Argumenta Callister (2012), que após a compactação das partículas de pó na
forma desejada, haverá poros ou espaços vazios entre as partículas e que, após o
tratamento térmico a maior parte dessa porosidade será eliminada, entretanto certa
porosidade residual permanece. Os resultados das médias da porosidade aparente,
após a queima a 900°C, em função das formulações com percentual de resíduo em
0%, 12%, 14% e 18%, adicionado à massa cerâmica, está apresentada na Figura 29.
Figura 29: Porosidade aparente dos corpos de prova.
Percebe-se que em temperatura de 900°C, há uma contração nos corpos de
prova provocando a redução da porosidade. Callister (2012) afirma que essas
mudanças microestruturais de contração e redução dos poros ocorrem durante o
cozimento. Durante o cozimento, a peça conformada contrai-se e apresenta uma
redução em sua porosidade, juntamente com uma melhoria em sua integridade
mecânica. A porosidade aparente diminui com a elevação da temperatura e a
diminiuição da absorção de água é semelhante a redução da da porosidade.
Para o presente estudo, o percentual de porosidade nas peças é muito
importante, pois quanto maior a porosidade e a absorção da água, menor será a
resistência e a qualidade do tijolo cerâmico, além de outras vantagens. Pois a baixa
porosidade tem como positividade, maior conforto térmico e menor possibilidade de
infiltração para os devidos fins de utilização no processo construtivo e estruturação.
% Resíduo
18% 14% 12% 0%
PA
% (
g)
69
Porém, a porosidade total altera negativamente, as propriedades mecânicas das
cerâmicas; contudo, por outro lado, aponta que a porosidade pode ser útil para
aumentar a resistência a choque térmico (ASKELAND, 2008).
É possível admitir que, por essas características, de baixa porosidade, as
proporção de 0%, 12%, 14% e 18% de resíduo incorporado à massa cerâmica, não
comprometerá a resistência à flexão, por isso o que se pretende neste estudo, é a
incorporação com sucesso do lodo na argila para fabricação de tijolo, uma vez que, o
esperado é um material não resistente ao choque e sim, um produto que suporte e
resista a tensão nele aplicado, em conformidade com a norma NBR 15270-1,2,3/05.
4.2.7 Massa específica aparente (MEA) Os resultados da massa específica aparente dos produtos cerâmico foram
analisados em função da temperatura de queima para as formulações de 0%, 12%,
14% e 18% de resíduo incorporado à massa argilosa (Figura 30).
Figura 30: Massa específica aparente dos corpos de prova
É possível notar que em temperatura a 900°C houve um aumento da MEA em
todas as formulações. Esse fato, também, foi evidenciado por Souza (2010), que teve a
MEA aumentada sob a influência de temperaturas elevadas. É possível perceber que a
MEA das proporções ficou entre 1,85% e 2%. Essa pequena diferença entre os valores
demonstra um bom desempenho do resíduo adicionado à massa argilosa. Pois, o
aumento da massa ocorrera devido a função da densidade do lodo incorporado, bem
% Resíduo
18% 14% 12% 0%
1,74 1,72 1,7
1,68 1,66 1,64 1,62 1,6
ME
A %
(g
)
70
como a matéria orgânica que dissipa no processo de queima dos corpos de prova.
Aquino (2015) constatou uma diminuição da massa específica com o aumento
de teor de resíduo, esse fato ocorreu devido à adição de resíduo de lodo da indústria
têxtil em até 25g, na produção de blocos cerâmicos de vedação, com elevada
temperatura a 1150°C.
A porosidade aparente e a massa específica aparente estão associadas com a
absorção da água (TEIXEIRA, 2006). Houve um aumento da massa e diminuição da
absorção da agua, bem como da porosidade aparente, essas características são
esperadas, pois favorecem positivamente a resistência do produto final.
4.2.8 Tensão de ruptura à flexão (TRF) Pode-se notar que, as médias dos resultados de tensão de ruptura à flexão
(TRF) em função da temperatura de queima de 900º C dos corpos de prova, nas
formulações de 0%, 12%, 14% e 18% (Figura 31) houve uma diminuição na TRF com a
incorporação do resíduo.
Figura 31: Tensão de ruptura dos corpos de prova.
Esse fato era esperado, uma vez que, foi observado uma boa sinterização, ou
seja, boa união das partículas existentes nos corpos de prova, resutados que se
repetiram nos ensaios de retração linear, absorção de água, massa específica aparente
e confirmada com o ensaio de tensão à ruptura, pois os valores encontrados estão
dentro do que é preconizado pela norma 15270-3/05.
18% 14% 12%
% Resíduo
0%
2,50
2,30
2,10
1,90
0,90
0,40 TR
F %
(K
gf/
mm
²)
71
A diminuição da TRF devido ao acréscimo de resíduo à massa cerâmica era
esperada, contudo não influencia negativamente os corpos de prova. Teixeira et al
(2006) em ensaios, demonstrou que, a TRF, diminuiu com a concentração de lodo
adicionado a massa cerâmica, confirmando um bom resultado final do material.
72
CAPÍTULO V - CONSIDERAÇÕES FINAIS 5.1 CONCLUSÃO
Por meio da caracterização granulométrica das amostras de solo, pode-se
concluir que a argila possui mais de 80% de granulometria inferior a 0,075mm (# 200
ABNT), sendo classificado como solo argiloso.
Em relação ao resíduo de lodo, mais de 50% do material sanitizados possuem
dimensões inferiores a 0,42% de graduação contínua, conforme ABNT NBR 7181/82,
o que facilita a homogeneização entre os grãos de argila e resíduo.
Devido ao tipo de coagulante usado na decantação e características de
sedimentação mineralógica da região amazônica, a análise química por fluorescência
de Raios-X, tanto na argila, quanto no resíduo de lodo de ETA, os elementos
encontrados em maior concentração foram o Óxido de Alumínio (Al2O3) e Óxido de
Silício (SiO2).
Foi identificado, no ensaio de Raios-X, elevada presença de quartzo (SiO2),
Caulinita (Al2Si2O5(OH)4) na argila e no resíduo. Isso se deve ao fato de que a maior
parte dos minerais argilosos do estado do Amazonas é oriunda de depósitos
residuais formados de alterações de rochas da Formação Alter do Chão compostas,
entre outros, por quartzo e caulinitas. O que facilita, devido às características
semelhantes das duas matérias-primas a mistura para fabricação de tijolo.
As análises físicas e mecânicas como absorção de água, porosidade
aparente, massa específica aparente e tensão de ruptura à flexão, mostram que o
lodo de ETA nas proporções de, no máximo, 18%, pode ser incorporado em massa
argilosa para fabricação de tijolo com resultados satisfatórios, pois estão em
conformidade com os parâmetros estabelecidos pela ABNT (NBR 15270-1,2 e 3 de
2005).
Contribuir com a diminuição da extração mineral da argila, bem como a
redução do lançamento do lodo em lixões ou corpos d’água, trará benefícios para o
meio ambiente com a redução dos impactos gerados pelas olarias e estações de
tratamento de água para abastecimento público na capital do estado e para o
município de Iranduba.
73
5.2 Recomendações para trabalhos futuros
Visando contribuir para as pesquisas futuras que permitam a continuação de
composições formuladas com as argilas e o resíduo de lodo de ETA pode-se sugerir
os seguintes pontos:
- Estudar a viabilidade economica da aplicação das de argilas e resíduo de lodo de
ETA que atenderam as normas vigentes;
- Realizar um estudo piloto em uma indústria cerâmica para se verificar a
possibilidade da utilização das composições ótimas in loco;
- Analisar as composições estudadas em outras temperaturas de sinterização para
revestimento e blocos cerâmicos.
74
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