UTILIZAÇÃO DE LODO DE LAVANDERIAS INDUSTRIAIS NA FABRICAÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS ACÚSTICOS. Cristiane Galassi 1. Paulo Henrique Souza Almeida 2

7 e 8 Novembro 2012

UTILIZAÇÃO DE LODO DE LAVANDERIAS INDUSTRIAIS NA

FABRICAÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS ACÚSTICOS

Cristiane Galassi

Paulo Henrique Souza Almeida

Priscila Pasti Barbosa

Janaina de Melo Franco

Célia Regina Granhen Tavares

A disposição, tratamento e reciclagem de resíduos têxteis constituem aspectos de grande importância na definição de políticas de gestão sustentável. Outro problema ambiental está relacionado ao ruído gerado pelo tráfego de veículos, principalmente na malha urbana. Assim, o uso de materiais absorvedores de energia sonora e de barreiras acústicas tem se difundido como uma alternativa eficaz para o controle de ruído. Com isso, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a viabilidade da incorporação do lodo de lavanderias industriais têxteis, por meio do processo de Solidificação/Estabilização em blocos cerâmicos acústicos (ressoadores de Helmholtz). Para tanto, foi utilizado lodo oriundo de dez lavanderias industriais têxteis do Município de Maringá - Pr e região. Foram produzidas amostras de blocos cerâmicos, em escala reduzida 1:5, utilizando formulação com 20% de lodo têxtil na massa de argila. Os resultados das análises químicas, físicas, e mecânicas dos blocos cerâmicos acústicos apresentaram-se dentro dos limites estabelecidos nas normas vigentes.

Palavras-chave: Lodo têxtil. Argila. Solidificação/Estabilização.

1 _{Mestranda, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia} Urbana-PEU, crisgalassi@yahoo.com.br

2 _{Doutorando, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia} Química-PEQ, phsoal@yahoo.com.br

3 _{Mestre, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia} Urbana-PEU, prispbarbosa@gmail.com

4 _{Mestre, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia} Urbana-PEU, janydemelo@gmail.com

5 _{Profª Drª, Universidade Estadual de Maringá-UEM, Programa de Pós-graduação em Engenharia} Urbana-PEU, celia@deq.uem.br

1. INTRODUÇÃO

Do ponto de vista ambiental e econômico, uma das maiores preocupações dos últimos anos é o montante cada vez maior de resíduos (efluentes líquidos, resíduos sólidos e emissões gasosas), quer de origem industrial ou urbana, gerados nas mais diversas atividades, que podem trazer, quando mal gerenciados, impactos ambientais negativos de grande monta.

Um dos impactos ambientais negativos, causados pelas atividades realizadas em lavanderias industriais têxteis, é o decorrente da geração de resíduos sólidos, que via de regra, não apresenta tratamento e destinação final adequado.

Por esta razão, a busca de valorização e metodologias de processamento desses resíduos, economicamente viáveis, é de extrema importância a fim de contribuir para o desenvolvimento sustentável.

A utilização de resíduos têxteis como matéria-prima secundária, em diferentes processos industriais, tem sido evidenciada pela necessidade de se obter alternativas aceitáveis de destinação final e de aproveitamento desses resíduos.

Ressalta-se a utilização de processos de solidificação/estabilização como opção de tratamento e aproveitamento de resíduos sólidos, com o objetivo de imobilizar elementos contaminantes presentes no mesmo. Pode-se observar a utilização de tais processos em tratamentos de materiais que contêm resíduos orgânicos e metais pesados.

Outro problema ambiental comum nas metrópoles brasileiras é o ruído gerado, principalmente pelo tráfego de veículos no meio urbano, o qual é capaz de provocar efeitos danosos à saúde da população (ALMEIDA et al., 2011).

Os blocos cerâmicos acústicos, denominados ressoadores de Helmholtz, atuam como barreiras acústicas para o controle do ruído. Os ressoadores possuem um sistema absorvedor de energia sonora, baseado na propriedade de absorver sons em frequências específicas, principalmente as mais baixas, segundo o seu dimensionamento.

A incorporação do lodo têxtil em argila cerâmica tem se mostrado uma solução ambientalmente correta para produção de novos materiais para a construção civil. Trabalhos anteriores como os Herek (2009) e Castro (2010), evidenciaram o potencial de utilização de 20% de do resíduo têxtil, como matéria-prima secundária, na fabricação de blocos cerâmicos convencionais e acústicos.

Assim, o objetivo do presente trabalho foi estudar a incorporação do lodo de lavanderias industriais têxteis, por meio do processo de Solidificação/Estabilização, em blocos cerâmicos acústicos (ressoadores de Helmholtz). A incorporação do lodo têxtil em matriz sólida foi realizada na proporção de 20% em relação à argila, em escala reduzida 1:5, produzindo-se blocos estruturais aplicáveis na construção civil.

2. ARGILA CERÂMICA

A argila é a principal matéria-prima utilizada na produção da cerâmica vermelha. Trata-se de um material natural, de estrutura terrosa e de textura fina (MINEROPAR, 2000).

Para a preparação de massas cerâmicas são utilizadas argilas que apresentam hidroplasticidade, fácil moldagem, e vitrificam a temperaturas relativamente baixas. Uma peça cerâmica densa e resistente pode ser produzida durante a queima sem que ocorra a sua fusão completa, de modo que sua forma desejada seja mantida (CALLISTER JR., 2009).

Na indústria de cerâmica vermelha os materiais argilosos utilizados são comercialmente denominados de “barro” e podem ser divididos em:

• Barro magro: quando o material argiloso contém certa quantidade de silte e areia fina, dando um contato áspero ao tato.

As argilas para telhas e tijolos são gordas, por exemplo, quando contém 80% de substâncias argilosas e magras quando contém 60% de areia e silte (MINEROPAR, 2000).

O processamento e as características finas do material cerâmico dependem da composição da argila em argilominerais (CALLISTER JR., 2009).

Os principais argilominerais presentes nas argilas são a caolinita, a mantmorilonita, a ilita e a clorita. Entre as impurezas presentes mais comuns estão incluídos a sílica, e os compostos (geralmente óxidos) à base de bário, cálcio, ferro, sódio e potássio, e também alguns materiais orgânicos (TELOEKEN, 2011).

De acordo com Callister Jr. (2009) a presença das impurezas e dos argilominerais influenciam na plasticidade, na água de moldagem e no comportamento durante a secagem e a queima dos blocos.

3. LODO TÊXTIL

A quantidade de resíduos têxteis tem aumentado significativamente em decorrência do crescimento acelerado da indústria têxtil. O resíduo gerado em maior quantidade, conhecido como lodo têxtil, quando coletado ou disposto inadequadamente provoca significativos impactos à saúde pública e ao ambiente.

O lodo têxtil apresenta consistência pastosa e, de forma geral, é composto de matéria orgânica e inorgânica, entre estas, corantes que contém diversos elementos químicos como alumínio, cromo, fósforo, magnésio, titânio, silício, cloretos, entre outros (COGO, 2011).

Martins (1997) relata que a exposição deste lodo ao ambiente é um grande problema enfrentado pelas lavanderias devido à solubilização de seus componentes.

Segundo Prim (1998) os lodos oriundos de lavanderias industriais apresentam uma elevada concentração de metais pesados e componentes tóxicos. A poluição devida ao metal pesado é extremamente perigosa, pela toxicidade aos seres humanos e a outras formas de vida animal e vegetal (VON SPERLING, 2005).

Dessa forma, soluções seguras e eficazes, nos casos de resíduos que contenham metais pesados, tem sido um grande desafio para as indústrias geradoras, em grande parte devido ao alto custo das alternativas de tratamento.

4. MATERIAIS E MÉTODOS

A argila cerâmica utilizada neste trabalho foi extraída da jazida formada por sedimentação aluvial, localizada próximo às margens do rio Ivaí no Município de Japurá - PR. A mesma foi caracterizada quanto ao teor de umidade e matéria orgânica total (Método Kiehl, 1985), pH (método da APHA, 2005), análise química (relacionada aos metais por meio da digestão ácida), análise granulométrica (ABNT NBR 7181:1984), limite de plasticidade (ABNT NBR 7180:1984), limite de liquidez (ABNT NBR 6459:1984), índice de plasticidade (ABNT NBR 7180:1984) e massa específica (método do picnômetro).

O resíduo (lodo) utilizado foi proveniente de 10 lavanderias industriais têxteis situadas na região de Maringá-PR. O lodo foi gerado no processo de tratamento primário dos efluentes, na fase de decantação. Estes resíduos foram coletados em estado levemente úmido, misturados e homogeneizados em quantidades iguais.

O lodo foi caracterizado quanto aos seguintes parâmetros: teor de umidade e matéria orgânica total (Método Kiehl, 1985), massa específica (método do picnômetro), pH (método APHA, 2005), análise química (relacionada aos metais por meio da digestão ácida) e quanto suas

características tóxicas relacionadas aos procedimentos de lixiviação (ABNT NBR 10005:2004) e solubilização (ABNT NBR 10006:2004). Para determinação dos elementos químicos dos extratos lixiviados e solubilizados, bem como do extrato da digestão ácida foi utilizado o espectrofotômetro de absorção atômica modelo SpectrAA 50B da Varian.

A caracterização da argila e do lodo referente à análise de superfície foi realizada por meio do ensaio de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), utilizando-se o Microscópio Eletrônico de Varredura modelo SS-550 da marca Shimadzu. Este ensaio permitiu a observação e análise macroestrutural da massa cerâmica e do resíduo têxtil.

A argila e o resíduo têxtil foram triturados em moinho com barras cilíndricas, passando em seguida pela peneira 10 com malha de 2 mm, para posterior mistura, em porcentagem de massa seca, e homogeneização. Após a mistura e homogeneização, a massa foi transferida para recipiente de amassamento, adicionando-se água de forma gradativa, até formar uma massa consistente com plasticidade a ponto de abastecer uma extrusora de laboratório.

Após a confecção, os blocos cerâmicos foram secos em temperatura ambiente em local fechado e ventilado, durante sete dias, para evaporação da água absorvida. Posteriormente, os blocos foram queimados no forno de uma cerâmica localizada na cidade de Floresta - PR, a 850oC durante 72 horas, garantindo as condições de queima de um processo industrial.

O resfriamento dos blocos ocorreu de forma natural por cinco dias, até alcançar a temperatura ambiente para o recolhimento do material pronto para análise.

Os ensaios de resistência à compressão e absorção de água foram realizados conforme procedimento descrito na ABNT NBR 15270-3:2005. A caracterização dos blocos cerâmicos referentes às análises químicas foi feita por meio da determinação de suas características tóxicas, relacionadas aos procedimentos de lixiviação (ABNT NBR 10005:2004) e solubilização (ABNT NBR 10006:2004).

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 Caracterização da argila

A Tabela 1 apresenta os resultados das análises de caracterização da argila utilizada para fabricação dos blocos cerâmicos acústicos.

Tabela 1: Características da argila

Parâmetros Argila

Aspecto Seco

pH 4,72

Massa específica (g.cm-3) 2,59 Matéria orgânica total (%) 5,27

Umidade (%) 3,93 Metais (mg.kg-1) Alumínio 12.728,00 Cádmio 7,85 Chumbo 98,00 Cobre 39,70 Ferro 18.186,00 Manganês 663,50 Prata 2,73 Sódio 4.764,40 Zinco 109,67

A alta concentração de alumínio presente na argila tende a aumentar a refratariedade e a temperatura de queima da massa. A formação de materiais refratários durante o processo de queima dos blocos confere a esses materiais propriedades térmicas, resistência à corrosão e abrasão.

Na Tabela 2 são apresentados os valores obtidos quanto à análise granulométrica e os limites de consistência da amostra de argila.

Tabela 2 - Análise granulométrica e limites de consistência da argila

Parâmetro Percentual (%) Argila (<0,002 mm) 51 Silte (0,002 mm – 0,06 mm) 27 Areia Fina (0,06 mm – 0,2 mm) 15 Areia Média (0,2 mm – 0,6 mm) 06 Areia Grossa (> 0,6 mm) 01 Limite de Plasticidade (LP) 19 Limite de Liquidez (LL) 56

Índice de Plasticidade (IP) 37

Observa-se na Tabela 2 um Limite de Plasticidade de 19%, que permite a obtenção de peças geométricas das mais variadas formas e com a resistência mecânica apropriada para seu manuseio. O Limite de Liquidez de 56% indica uma argila de alta compressibilidade, tornando a massa mais densa para o processo de extrusão.

A Figura 1 apresenta o gráfico do resultado da classificação granulométrica da amostra de argila cerâmica.

Figura 1 - Classificação granulométrica da argila

A composição de 51% de argila, 27% de silte, 15% de areia fina, 6% de areia média e 1% de areia grossa (Figura 1), proporciona grande capacidade de coesão, após o umedecimento adequado da massa cerâmica, para moldagem dos blocos de forma a adquirir alta densidade durante o processo de fabricação.

A Figura 2 apresenta as micrografias da argila. As análises foram realizadas com duas resoluções para amostra, uma resolução de 600x com poros de 20 μm e uma resolução de 1200x com poros de 10 μm.

Figura 2 - MEV para amostra de argila. (a) 600x (b) 1200x

As micrografias da argila evidenciam uma amostra homogênea e compacta, indicando características necessárias para uma boa resistência à compressão dos blocos cerâmicos.

5.2 Caracterização do lodo

Os resultados das análises de caracterização do lodo utilizado no presente trabalho encontram-se na Tabela 3.

Tabela 3 - Características do lodo têxtil

Parâmetros Lodo

Aspecto Levemente Úmido

pH 6,52

Massa específica (g.cm-3) 1,92 Matéria orgânica total (%) 42,20

Umidade (%) 20,73 Metais (mg.kg-1) Alumínio 123.670,00 Arsênio 540,00 Cádmio 12,00 Chumbo 120,40 Cobre 398,50 Cromo 163,25 Ferro 31.270,00 Manganês 2.060,00 Prata 53,50 Sódio 21.130,40 Zinco 438,60

Os elementos químicos alumínio, ferro e sódio são os metais que estão presentes em maiores quantidades no resíduo (Tabela 3). Nas lavanderias têxteis, o processo de tratamento do efluente

férrico como agentes floculantes. O sódio é proveniente, provavelmente, do agente antifungo utilizado no processo de tingimento das peças de vestuário.

As micrografias do lodo misto têm por objetivo analisar a porosidade da amostra (Figura 3). As análises foram realizadas com duas resoluções para amostra, uma resolução de 600x com poros de 20 μm e uma resolução de 1000x com poros de 10 μm.

Figura 3 - MEV para amostra de lodo misto. (a) 600x (b) 1000x

A Figura 3 mostra a presença de materiais que, provavelmente, são fibras têxteis de formatos e tamanhos variados do resíduo. Estes materiais poderão fornecer resistência quando incorporados à massa argilosa para a produção do bloco cerâmico acústico.

As Tabelas 4 e 5 apresentam os resultados das análises de caracterização tóxica do lodo têxtil, relacionadas aos ensaios de lixiviação (ABNT NBR 10005:2004) e solubilização (ABNT NBR 10006:2004), respectivamente.

Tabela 4 – Concentração de metais no extrato lixiviado Metais Concentração (mg.L-1) Limite Máximo (mg.L-1)

NBR 10004:2004 (Anexo F) Bário 0,02 70,00 Cádmio 0,04 0,5 Chumbo 0,23 1,0 Cromo 0,06 5,0 Prata 0,19 5,0

No extrato lixiviado do lodo misto, verifica-se que a concentração de nenhum dos metais relacionados na norma NBR 10004:2004 (Anexo F) está acima do valor de referência. Assim, o lodo têxtil pode ser classificado como um resíduo não perigoso, de classe II.

Tabela 5 – Concentração de metais no extrato solubilizado Metais Concentração (mg.L-1) Limite Máximo (mg.L-1)

NBR 10004:2004(Anexo G) Alumínio 0,51 0,200 Bário 0,390 0,700 Cádmio 0,012 0,005 Chumbo 0,160 0,010 Cromo 0,040 0,050 Ferro 1,755 0,300 Manganês 5,869 0,100 Sódio 397,31 200,000 Zinco 0,054 5,000

No extrato solubilizado do lodo misto, observa-se que as concentrações de alumínio, cádmio, chumbo, ferro, manganês e sódio, apresentam valores de concentração acima dos limites estabelecidos pela NBR 10004:2004, o que leva a classificar o lodo como um resíduo classe IIA - não inerte.

5.3 Caracterização do bloco cerâmico acústico

A Figura 4 ilustra graficamente o resultado do ensaio de resistência à compressão dos blocos cerâmicos acústicos produzidos em escala reduzida 1:5. Nesse ensaio verificou-se a capacidade de carga que os blocos cerâmicos acústicos suportavam, quando submetidos a forças aplicadas na direção do esforço que o bloco deve suportar durante o seu emprego, ou seja, perpendicular ao comprimento e na face destinada ao assentamento.

Figura 4: Resistência àcompressão em amostras dos blocos cerâmicos acústicos

Observa-se que com a incorporação de lodo houve uma tendência de redução do valor da resistência à compressão, este comportamento pode ser associado ao aumento da porosidade formada na queima dos blocos cerâmicos acústicos, devido principalmente à volatilização da matéria orgânica e da água durante o processo de queima presente no lodo.

A Figura 5 ilustra graficamente o índice de absorção de água, assim como os limites mínimos e máximos estabelecidos conforme NBR 15270-3:2005.

Figura 5: Índice de absorção de água em amostras dos blocos cerâmicos acústicos

Verificou-se que todos os blocos atenderam às especificações da ABNT NBR 15270-3:2005 para os limites máximo e mínimo estabelecidos pelas norma. Os blocos fabricados com o lodo incorporado à massa cerâmica apresentaram maior valor de absorção de água, em virtude da maior área superficial que as partículas de argila ocupam no bloco juntamente com a quantidade de poros, decorrente da volatilização da matéria orgânica durante o processo de queima dos blocos cerâmicos.

As Tabelas 6 e 7 referem-se às análises dos extratos lixiviados e solubilizados, segundo a ABNT NBR 10005:2004 e ABNT NBR 10006:2004, respectivamente, dos blocos fabricados somente com argila (controle) e dos blocos fabricados com incorporação de 20% de lodo têxtil na massa argilosa.

Tabela 6: Concentração de metais do extrato lixiviado dos blocos acústicos Metais Controle 20% lodo _{NBR 10004:2004 (Anexo F)} Limite Máximo (mg.L-1)

Arsênio 0,02 0,37 1,00 Bário 0,47 0,73 70,00 Cádmio 0,08 0,01 0,50 Chumbo 0,11 0,19 1,00 Cromo 0,09 0,02 5,00 Prata 0,06 0,05 5,00

O ensaio de lixiviação mostrou que nenhum elemento químico apresentou concentração acima do limite permitido no anexo F da ABNT NBR 10004:2004. Portanto, as amostras dos blocos cerâmicos acústicos podem ser classificadas como não perigosas.

Tabela 7: Concentração de metais do extrato solubilizado dos blocos acústicos Metais Controle 20% lodo _{NBR 10004:2004(Anexo G)} Limite Máximo (mg.L-1)

Alumínio 0,14 0,16 0,20 Chumbo 7.10-3 5.10-4 0,01 Manganês 0,05 0,08 0,01 Prata 0,01 0,04 0,05 Sódio 9,74 6,93 200,00 Zinco 0,67 0,05 5,00

O teste do extrato solubilizado mostrou que as concentrações dos metais estão abaixo dos limites estabelecidos no anexo G da ABNT NBR 10004:2004. Os elementos químicos contidos no lodo têxtil foram incorporados na massa cerâmica e permanecerão imobilizados no bloco, sem haver prejuízo ou risco de futura contaminação do solo durante a sua vida útil.

6. CONCLUSÃO

As análises de caracterização da argila mostraram que a argila utilizada se apresenta como uma matéria prima adequada para a produção de blocos cerâmicos, com limites de plasticidade dentro da faixa indicada para cerâmica vermelha e uma concentração apropriada de silte e argila.

Os resultados dos ensaios referentes às características tóxicas do resíduo (lodo têxtil), procedimentos de lixiviação e solubilização, mostraram que o mesmo deve ser enquadrado na classe II – A, ou seja, não perigoso e não inerte segundo a NBR 10004:2004 da ABNT.

Ainda relacionado às características tóxicas, os ensaios mostraram que a classificação do lodo têxtil leva à necessidade de processos de tratamento para a disposição em aterros industriais, ou o aproveitamento do resíduo, como por exemplo, matéria-prima para a construção civil.

Enfim, a incorporação de 20% lodo têxtil na matriz de argila para confecção de blocos cerâmicos acústicos não comprometeu a qualidade técnica do material, já que de acordo com os ensaios físicos e mecânicos, os resultados estiveram dentro dos limites permitidos pelas normas vigentes.

REFERÊNCIAS

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