22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
III-142 - AVALIAÇÃO DA TÉCNICA DE SOLIDIFICAÇÃO/ESTABILIZAÇÃO APLICADA A RESÍDUOS SÓLIDOS GERADOS EM CABINES DE PINTURA Maria Maia Monteiro (1)
Engenheira Química. Mestranda do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e Materiais (UFRGS). Pós-Graduação em gestão de resíduos industriais pela Carl Duisberg Gesellchaft e. V. (Alemanha).
Armando Borges de Castilhos Júnior (2)
Engenheiro Sanitarista. Doutor em Gestão e Tratamento de Resíduos pelo Institut National des Sciences Appliquèes de Lyon (França). Professor Adjunto IV do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental da UFSC. e-mail : Borges@ens.ufsc.br
Eduardo Ulisses Bastos e Silva (3)
Aluno de Graduação em Química na Universidade Federal de Santa Catarina.
Endereço(1):AV. Alegrete 349/301 Bairro: Petrópolis. Porto Alegre- RS CEP: 90460-100 - Brasil - Tel.: +55 (051) 3332.7740.
e-mail: maiamonteiro@yahoo.com.
RESUMO
As empresas do ramo de pintura industrial geram resíduos complexos como é o caso da "borra de tinta" e dos "resíduos sólidos" gerados em cabines de pintura. São resíduos problemáticos quando apresentam em suas formulações solventes e pigmentos. Os metais pesados fazem parte dos pigmentos inorgânicos, tais como: chumbo, cromo, cádmio e outros. Os resíduos de pintura industrial acabam sendo dispostos em aterros industriais. Na intenção de proporcionar uma maior proteção ambiental na disposição final de resíduos desta natureza, uma empresa da área de tratamento de resíduos industriais investiu em
gerenciamento de resíduos classe I, buscando um tratamento eficiente e adequado para esses resíduos considerados perigosos. A tecnologia de solidificação/estabilização
desenvolveu-se pela necessidade de se melhorar o manuseio de resíduo, prover um produto tratado com resistência e integridade estrutural, e principalmente reduzir a mobilidade de seus componentes tóxicos para o meio circundante. A empresa colaborou no financiamento de um projeto para Laboratório de Pesquisas em Resíduos Sólidos LARESO, com a
finalidade de avaliar as técnicas de S/E aplicadas em resíduos sólidos gerados em cabines de pintura industrial. O encapsulamento, também chamado de solidificação e estabilização, é um pré-tratamento pelo qual os constituintes perigosos de um resíduo são transformados e mantidos em suas formas menos solúveis ou tóxicas. Tais transformações ocorrem via reações químicas que fixam elementos, ou compostos tóxicos, em polímeros impermeáveis ou cristais estáveis, chamados adsorventes ou encapsulantes. Assim estabilizados, ficam menos agressivos ao meio ambiente e o espalhamento e a compactação ficam mais fáceis no aterro, e consequentemente a geração de percolado é menor.
PALAVRAS-CHAVE: solidificação/estabilização, resíduos sólidos de tintas, encapsulamento.
INTRODUÇÃO
Os resíduos sólidos estudados neste trabalho são o resultado da pulverização de tintas anticorrosivas em peças metálicas em cabines de pintura. Este material fixa-se no chão e na parede da cabine. Por outro lado, as tintas anticorrosivas contêm grande quantidade de compostos inorgânicos, tais como, os metais pesados que são colocados nas formulações de tintas na forma de pigmentos. A solidificação/estabilização é definida por alguns autores como uma técnica de pré-tratamento de resíduos no qual os constituintes perigosos são transformados e mantidos em suas formas menos solúveis ou tóxicas. Nesse processo, agentes de estabilização reagem com componentes perigosos do resíduo, formando novos compostos menos tóxicos e menos solúveis, com características físico-químicas estáveis.
As técnicas empregadas para a estabilização e solidificação dos resíduos sólidos oriundos de cabines de pintura são: tratamento "à frio" com a utilização de agentes estabilizantes como é o caso do cimento e a cal e o tratamento "morno" com a utilização de polímeros estabilizados termicamente através de reação química como as resinas poliéster". A
metodologia adotada para a estabilização e solidificação dos resíduos sólidos das tintas com o aglomerante misto "cimento/cal" é a seguinte: amostragem, caracterização do resíduo, preparação da argamassa, moldagem, aplicação da norma francesa NX31-212, aplicação da norma brasileira NBR–10005 e análises físico-químicas dos lixiviados obtidos dos ensaios de lixiviação realizados nos corpos de prova com diferentes razões de mistura.. A
metodologia utilizada para a estabilização e solidificação do resíduo sólido da tinta
"Primer" com a resina polimérica é similar a metodologia adotada com o cimento/cal, mas difere na etapa de preparação das misturas. Como ferramentas de avaliação das tecnologias aplicadas foram utilizadas a NF-X31-212 para testar os corpos maciços ou gerados por
procedimento de solidificação e a NBR -10005 para o teste de lixiviação. Para este trabalho foram escolhidos dois elementos químicos que estão presentes no resíduo sólido da tinta "Primer" são estes: o chumbo e o zinco.
OBJETIVOS
O trabalho realizado teve como objetivo principal mostrar que é possível aplicar a técnica de solidificação/estabilização em resíduos sólidos de tintas geradas na pintura industrial. Como objetivo específico, tem-se o propósito de fixar os elementos químicos nas matrizes testadas para as duas técnicas aplicadas.
METODOLOGIA
A metodologia utilizada para a aplicação da técnica de solidificação/estabilização (ou encapsulamento) no resíduo sólido da tinta "Primer" está representada no Fluxograma I - Descrição da metodologia I. A metodologia serve para a aplicação das duas técnicas no resíduo sólido "Primer". A tecnologia I foi utilizada para estabilizar e solidificar o resíduo sólido com os aglomerantes mistos cimento/cal. A tecnologia 2 utilizada para estabilizar e solidificar o resíduo sólido com a resina polimérica "Poliéster" é similar ao Fluxograma I diferenciando-se na etapa de preparação da amostra.. O interessante na aplicação das técnicas de solidificação/estabilização é encapsular o máximo de resíduo sólido com a menor quantidade possível de agente solidificante.
Fluxograma I -Descrição da metodologia I "encapsulamento com Ci/cal" ENSAIOS ANALÍTICOS
O método analítico utilizado para analisar os elementos químicos presentes na amostra bruta foi por Absorção Atômica. A amostra bruta do resíduo sólido da tinta "Primer" apresentou as seguintes características físico-químicas: Testes Físicos - pH= 7,65, teor de umidade (%) = 3,91, sólidos totais = 96,09 e densidade (g/cm3) = 1,56; Testes Químicos - Chumbo (mg/kg) = 380,00 e Zinco (mg/kg) = 220,00.
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
Para definir uma granulometria ótima de trabalho com o resíduo sólido foi necessário fazer uma análise granulométrica. O resíduo sólido "Primer" apresentou granulometria entre 0,2 - 0,6 mm correspondente a um solo arenoso de granulometria média. As granulometrias dos aglomerantes mistos estão na ordem de micrômetros.
Os aglomerantes utilizados para a técnica de S/E com cimento/cal são: cimento Portland CPII-F32 e a cal hidratada . Para a técnica de S/E com resinas poliméricas foi utilizadas resina poliéster com o catalisador peróxido de metil etil cetona. Os agentes encapsulantes usados na técnica S/E com cimento e cal são inertes e encapsulante utilizado na técnica com polímero é inflamável.
RESÍDUO SÓLIDO DA TINTA "PRIMER"
O resíduo sólido da tinta "Primer" apresenta-se com baixo teor de umidade e coloração vermelho-alaranjado intenso provavelmente correspondente aos pigmentos adicionados nas tintas. Resíduos com baixo teor de umidade apresentam condições favoráveis para a
aplicação da técnica de solidificação/estabilização. RAZÕES DE MISTURA (% MASSA)
Tabela 1 - Razões de mistura Ci/Cal/Resíduo
Resina Poliéster/Resíduo
(5% em peso da massa da resina) 40/20/40 56/3/41 * 30/20/50 48/2/50 20/20/60 37/2/61 Onde:
Ci/Cal/Resíduo - cimento/cal/resíduo sólido; - resina poliéster/catalisador/resíduo sólido.
A Tabela 1 refere-se as razões de mistura adotadas para a aplicação das duas técnicas de solidificação/estabilização. O primeiro quadro mostra as razões de mistura com o cimento, a cal e o resíduo sólido; o segundo quadro ilustra as razões de mistura entre a resina poliéster, o catalisador e o resíduo sólido.
DESCRIÇÃO DOS EXPERIMENTOS
Para o experimento confeccionados com ci/cal os corpos de prova (CP) foram realizados em triplicada para cada razão de mistura e também para o branco. Os corpos de prova confeccionados com ci/cal nas dimensões 4x4x8 cm foram submetidos a um tempo de hidratação do cimento de 14 dias ao ar livre. Em seguida foram submetidos a NF-X31-212 referente a norma francesa que testa corpos sólidos maciços ou gerados por um
procedimento de solidificação. Após serem submetidos a norma francesa os corpos de prova foram fragmentados para submeter-se ao teste de lixiviação da NBR-10005. Para o experimento confeccionado com a resina poliéster os corpos de prova apresentaram dimensão d x h com forma monolítica cilíndrica e o tempo de cura dos CPs variaram de 2 horas até 4 horas. O tempo de cura dos Cps aumentou proporcionalmente com o acréscimo do resíduo.
APLICAÇÃO DA NF-X31-212
A norma francesa XF31-212 de Jul/95 é específica para testar corpos maciços ou gerados por procedimentos de solidificação. A norma compreende três seções como: seção I- propõe um teste de pré-seleção dos resíduos sólidos maciços ou solidificados; seção II - propões testes de verificação da integridade e da perenidade da estrutura física; a seção III- propõe um teste de lixiviação nos corpos de prova .
Para a avaliação pela NF-X31-212 são estabelecidos valores limites pela norma para testar os corpos de prova. Parâmetros como a capacidade de desintegração do CP submersos em água entre outros estão presentes na norma francesa. O parâmetro que testa a capacidade de absorção de água dos CPs pode ser relacionado com a porosidade dos mesmos e o
parâmetro que testa a resistência à compressão serve para indicar a possibilidade de disposição em aterros.
ENSAIO DE LIXIVIAÇÃO
Os Cps das duas técnicas aplicadas para a S/E do resíduo sólido "Primer" foram submetidos ao ensaio de lixiviação da NB-10005 e não ao teste de lixiviação proposto na NF-X31-212. O equipamento utilizado foi o Jar Teste e o procedimento seguido foi o estabelecido pela norma.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Conforme os procedimentos propostos pela NF-X31-212 todos os corpos de prova testados (duas técnicas) apresentaram integridade e perenidade da estrutura física dentro dos limites propostos pela norma francesa, nos CPs onde incorporou-se maior quantidade de resíduo apresentaram estruturas mais porosas dentro dos limites da norma e também apresentaram a menor resistência à compressão. A norma francesa propõe limite máximo de 1 MPa para a resistência à compressão
RESULTADOS DOS TESTES DE LIXIVIAÇÃO
O resultado das análises químicas do lixiviado podem ser observados nos Gráficos 1 e 2. O Gráfico 1 representa o encapsulamento do resíduo sólido "Primer" com os aglomerantes mistos cimento/cal. O Gráfico 2 representa o encapsulamento do resíduo sólido "Primer" com a resina poliéster. Os elementos químicos acompanhados foram: chumbo e zinco..
Figura 1 – Elemento químico X lixiviado
No Gráfico 1 no canto direito estão as quantidades de resíduo incorporado nas matrizes. A razão de mistura com 60 % de resíduo sólido "Primer" incorporado corresponde a
"20/20/60" (cimento/cal/resíduo sólido "Primer"). Esta razão de mistura resultou numa matriz fraca em relação as matrizes de razões "30/20/50" e "40/20/40". O enfraquecimento da matriz esta relacionado com o aumento da porosidade (pode ser verificado nos ensaios propostos pela norma francesa Nf-x31-212 ).
Em matrizes porosas é mais provável de acontecer a penetração de metais nos poros do cimento por processo de difusão física e para uma melhor compreensão do comportamento em trabalhos futuros é necessário fazer uma análise microestrutural nos poros do cimento. Uma hipótese é que o metal de menor raio atômico pode difundir na estrutura do material e ficar preso nos poros de menor tamanho onde os metais de maior raio atômico não tenham acesso. Os elementos apresentam raio atômico nesta ordem: Pb > Zn .
A lixiviação dos elementos Pb e Zn foi menor na razão de mistura 20/20/60 onde
apresentou a maior porosidade. A lixiviação dos elementos ocorreu nesta ordem Pb > Zn . Provavelmente isto se deve a competição entre os metais por sítios ativos disponíveis. Uma
hipótese é que se formaram maiores ligações químicas entre o Pb e a etringita (complexo formado na hiratação do cimento) não ocorrendo o mesmo com o zinco, sendo assim, favorecendo a solubilização do chumbo em meio ácido (pH em torno de 5).
Apesar das condições competitivas entre os metais e os sítios ativos (onde o metal pode ligar-se quimicamente) os resultados demonstram que a quantidade de metal lixiviado foi proporcional a quantidade de metal presente na matriz, ou seja, aqueles metais que apresentaram maior quantidade estão nesta ordem Pb > Zn. Pode-se afirmar baseado em vários autores que a estabilização dos metais em matrizes de cimento dá-se através de mecanismos físicos (poros) e químicos (sítio ativos).
Figura 2 - Elemento químico x Lixiviado
Provavelmente o mecanismo de encapsulamento que ocorreu nas matrizes de resina poliéster com os resíduos sólidos pode ser considerado como microencapsulamento. Segundo LAGREGA, 1994 no microencapsulamento os contaminantes dos resíduos perigosos são entrelaçados nos cristais cristalinos da estrutura solidificada da matriz em níveis microscópicos. E como resultado disto, ainda que os materiais estabilizados degradem em tamanhos de partículas muito pequenas a maioria ficaria entrelaçada nos cristais.
No Gráfico 2 pode-se observar que provavelmente os elementos que lixiviaram menos demonstraram uma maior afinidade entre os metais e os sítios ativos presentes na matriz. Uma análise microestrutural é indicada para compreender o comportamento dos metais na matriz de resina poliéster.
CÁLCULO DA EFICIENCIA DA TÉCNICA SOLIDIFICAÇÃO/ESTABILIZAÇÃO A fórmula para calcular a eficiência de estabilização conforme CHANNEL e colaboradores (2000) é:
%EE=x 100 Onde:
EE – eficiência de estabilização (%)
CLt – concentração do lixiviado tratado (mg/kg)
Os Gráficos 3 e 4 representam os cálculos da eficiência de estabilização dos metais pesados nas matrizes das duas técnicas aplicadas para solidificar e estabilizar os poluentes presentes no resíduo sólido "Primer". Pode-se observar nos Gráficos 3 e 4 que as duas técnicas utilizadas para solidificar e estabilizar nas matrizes o chumbo e o zinco presentes no resíduo sólido da tinta "Primer'' apresentaram eficiência de estabilização acima de 99,7 % . Aplicando os limites estabelecidos na NB-10004 para o elemento chumbo a eficiência mínima exigida para a utilização da técnica de solidificação/estabilização é de 95 %.
VANTAGENS E DESVANTAGENS ENTRE AS TÉCNICAS
ENCAPSULAMENTO COM O CIMENTO/CAL
ENCAPSULAMENTO COM AS RESINAS POLIMÉRICAS Corpo solidificado maciço e pesado
Corpo de prova solidificado maciço e leve
Eficiência na fixação do chumbo e do zinco na matriz é acima de 99,75 % Eficiência na fixação do chumbo e do zinco na matriz é de 99,8 %
Material é inerte Material é inflamável Fácil operação
Necessita equipamento adequado Custo baixo
CONCLUSÕES
Embora o estudo não tenha sido aprofundado no aspecto das interações fisico-químicas entre o resíduo e os encapsulantes pode-se concluir que:
A metodologia empregada para a aplicação das duas técnicas foi apropriada para solidificar e estabilizar (imobilizar) os metais pesados nas matrizes;
Do ponto de vista quantitativo os resultados de lixiviação dos metais pesados estão de acordo com vários estudos realizados com matrizes de cimento, carece informação com matrizes poliméricas;
As razões de mistura com maior resíduo incorporado nas duas técnicas apresentaram os menores valores de lixiviação dos metais;
A norma francesa pode ser uma proposta prática para se analisar o comportamento do resíduo solidificado;
Espera-se contribuir com este estudo para uma disposição ambientalmente correta para os resíduos desta natureza e também venha a propor às empresas geradores ou responsáveis pelo seu tratamento e disposição, alternativas seguras e de baixo custo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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