AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE E DURABILIDADE DO RESÍDUO SÓLIDO SINTÉTICO ATRAVÉS DA ESTABILIZAÇÃO POR SOLIDIFICAÇÃO

Clarice Oliveira da Rocha 1

Amanda de Paula Ramos2

André Luiz Fiquene de Brito 3

1,2Mestrandas do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química – PPGEQ3 Professor Doutor da Universidade Federal de Campina Grande – PPGEQ

RESUMO: Os resíduos sólidos industriais (RSI) têm exigido uma atenção particular, por parte do poder público e daqueles que se preocupam com o Meio Ambiente. Esses resíduos têm sido dispostos de forma inadequada, crescendo, então, a necessidade de desenvolver mecanismos para promover a conscientização e a busca para a implantação de tecnologias capazes de minimizar os impactos ambientais causados pela disposição destes resíduos. A estabilização por solidificação vem sendo uma das tecnologias mais usadas para o tratamento de RSI, ela é empregada como opção de pré-tratamento ou tratamento propriamente dito de resíduos sólidos perigosos que não podem ser eliminados, reduzidos, reciclados ou utilizados no ambiente em que foram gerados na sua condição original. Os materiais E/S são analisados pelos critérios de integridade/durabilidade, que avalia a resistência mecânica e a variações do seu estado físico (capacidade do material em absorver água e resistir a variações de temperatura). O objetivo deste trabalho é avaliar o material contaminado com metais pesados, através da tecnologia da E/S por meio dos ensaios de integridade/ durabilidade, e do comportamento desses ensaios no material E/S, utilizando o cimento Portland como aglomerante. Contudo, de acordo com as avaliações realizadas no material contaminado, através da E/S, conclui-se que o material teve uma boa integridade e durabilidade, ou seja, a matriz E/S aprisionou os contaminantes na matriz de cimento, sendo aprovados nos ensaios de resistência à compressão, capacidade de absorção de água e umidificação/secagem.PALAVRAS-CHAVE: Resíduos; Tratamento; Estabilização/Solidificação.

1. INTRODUÇÃO

A problemática dos resíduos sólidos industriais (RSI) tem exigido uma atenção particular, por parte do poder público. Já que não há, infelizmente, um levantamento preciso dessa quantidade, estima-se que, de 2,9 milhões de toneladas geradas anualmente no Brasil, apenas 600 mil são tratadas ou dispostas adequadamente, ou seja, há ainda uma grande quantidade de resíduo a ser tratada (ABETRE, 2008).

Os RSI têm sido dispostos de forma inadequada, crescendo, então, a necessidade de desenvolver mecanismos para promover a conscientização e a busca para a implantação de tecnologias capazes de minimizar os impactos ambientais causados pela disposição destes resíduos.

Como consequências do lançamento dos resíduos sólidos com elevado nível de periculosidade, destacam-se a contaminação de lençóis freáticos, de cursos de água e de doenças causadas aos seres vivos. Neste sentido, procurar alternativas para atenuar e/ou remover os metais pesados tem sido uma das preocupações dos órgãos ambientais, indústrias e instituições de pesquisas em nosso país.

Vários trabalhos foram realizados utilizando a Estabilização por Solidificação (E/S), que é uma forma de reter o contaminante em uma matriz sólida, restringindo fisicamente sua mobilidade e a sua transformação química, em uma forma menos solúvel e por ser um tratamento de baixo custo.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o material contaminado com metais pesados, através da tecnologia da E/S por meio dos ensaios de integridade/ durabilidade, e do

comportamento desses ensaios no material E/S, utilizando o cimento Portland como aglomerante.

2. REFERENCIAL TEÓRICO

Os resíduos sólidos industriais contaminados com metais pesados, quando lançados na água, no solo ou no ar, sem tratamento adequado, podem ser absorvidos pelos vegetais e animais das proximidades, provocando graves intoxicações ao longo da cadeia alimentar. Os resíduos contendo cádmio, cromo, manganês, zinco, chumbo e níquel possuem alto poder de contaminação. A mobilidade química desses metais acompanhados com a sua toxicidade para humanos e animais chama a atenção no sentido de encontrar tecnologias adequadas para a remediação destes metais. Uma das técnicas é a Estabilização por Solidificação usando o cimento como aglomerante.

Segundo a USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos), o termo “estabilização por solidificação” se refere a uma categoria geral de processos que são usados para tratar uma variedade de resíduos, incluindo sólidos e líquidos. Essa técnica é utilizada há mais de 50 anos para o tratamento de resíduos industriais, o início desta prática ocorreu, principalmente, na segunda metade do século XX para o tratamento de resíduos radioativos (SPENCE e SHI, 2005). Historicamente, a E/S tem sido uma das cinco principais tecnologias de tratamento para o controle de resíduos perigosos (USEPA, 2000).

A E/S é empregada como opção de pré-tratamento ou tratamento propriamente dito de resíduos sólidos perigosos que não podem ser eliminados, reduzidos, reciclados ou utilizados no ambiente em que foram gerados na sua condição original (STEGEMANN; BUENFELD, 2003).

Segundo Conner (1990), quando se utiliza cimento Portland comum (CPC) para E/S de resíduos sólidos industriais perigosos, o pH da matriz favorece a conversão de cátions em hidróxidos, óxido e carbonatos insolúveis, incorporando íons metálicos à estrutura cristalina da matriz de cimento. Os sistemas baseados em cimento Portland se destacam, pois, sua adição em água produzirá uma pasta resistente. Com a adição de outras substancias formará agregados que terá como função estabilizar e solidificar os resíduos contaminados como metais pesados, substâncias orgânicas, organo-minerais e sais solúveis.

Segundo Brito (2007), os critérios de integridade/durabilidade estão relacionados com os ensaios de resistência à compressão, capacidade de absorção de água, umidificação/secagem. Tendo como objetivo avaliar o material E/S em relação à resistência mecânica e a variações do seu estado físico (capacidade do material em absorver água e resistir a variações de temperatura) (BRITO, 2007).

Pode fazer os seguintes comentários sobre os critérios de integridade e durabilidade. Resistência à compressão (RC):

O ensaio de resistência à compressão é utilizado para verificar a capacidade da amostra em resistir a diferentes cargas de compressão mecânica. Esse ensaio é importante, para certificar a integridade do material E/S, sobretudo, na fase de disposição final do material tratado. Os materiais encapsulados devem ter resistência suficiente para suportar elevadas cargas colocadas sobre eles (ROJAS et al., 2009). No Brasil, a resistência à compressão é usada para avaliar materiais E/S com base na norma brasileira de diversos setores como: o setor de cimento e concreto conforme a NBR 7215 que é específica para avaliar cimento Portland (ABNT NBR 7215, 1996).Capacidade de Absorção de Água (CAA):

O ensaio de capacidade de absorção de água tem a função de determinar a quantidade de água presente nos poros permeáveis de um material sólido, estando relacionada com a porosidade dos materiais e influencia os ensaios de resistência à compressão e lixiviação

(SPENCE e SHI, 2005). O aumento da absorção de água diminui a resistência e consequentemente aumenta a lixiviação. No Brasil, utiliza-se a norma da ABNT NBR 9778 para avaliar produtos E/S.Umidificação/Secagem (U/S):

O ensaio de resistência à umidificação/secagem é importante para verificar a durabilidade da matriz quando submetidas à mudança de temperatura, visando simular as condições do material quando disposto em aterro sanitário ou submetidos a diferentes usos.

3. METODOLOGIA DE PESQUISA

Os experimentos foram realizados no Laboratório de Gestão Ambiental e Tratamento de Resíduos (LABGER), pertencente a Unidade Acadêmica de Engenharia Química (UAEQ), localizada no Centro de Ciências e Tecnologia (CCT), na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), na cidade de Campina Grande, no Estado da Paraíba, Brasil.

A pesquisa compreendeu de atividades assim distribuídas: confecção dos corpos de prova e avaliação dos materiais estabilizados por solidificação.

3.4.1.1 Preparação dos corpos de provas

Os corpos de prova foram preparados utilizando-se o cimento (aglomerante) e o resíduo sólido sintético (contaminado com chumbo e cádmio). Foi adotado o Protocolo de Avaliação proposto por Brito (2007), que estão relacionados com as condições básicas para a realização dos ensaios em laboratório, apresentados na tabela abaixo.

Tabela 1 – Aspectos OperacionaisAspectos Operacionais Parâmetros

Tempo de preparação das amostras 28 diasFormato do molde Cilíndrico

Dimensão do molde 5 cm de diâmetro e 10 cm de alturaTempo de moldagem 24 horas

Umidade relativa do laboratório Entre 50 a 100%Temperatura do laboratório 24 ± 4 °C

Fonte: BRITO (2007)Os corpos de prova foram preparados seguindo as seguintes etapas (BRITO, 2007): O

aglomerante e contaminante foram bem misturados, e em seguida, postos em contato com a água. A partir do contato do aglomerante com água inicia-se a contagem do tempo de preparação dos corpos de provas. Em seguida, o contaminante e o aglomerante serão homogeneizados em presença de água, de forma que se obtenha uma massa homogênea. O interior dos moldes serão lubrificados com óleo mineral, para facilitar o desmolde do corpo-de-prova. A mistura foi colocada aos poucos no interior dos moldes cilíndricos, tendo-se o cuidado de comprimir bem com um bastão de vidro e batendo a base do molde sobre a bancada do laboratório, para evitar a formação de vazios no corpo-de-prova.Uma placa de vidro de 70 mm por 70 mm de aresta e de 5 mm de espessura, também, será lubrificada com óleo mineral, será colocada na superfície do molde, para evitar perda de água. O material ficará em repouso por um período de 24 horas para endurecimento da pasta. Após este período, o corpo de prova será retirado do molde (Figura 1) e deixado por um período de 28 dias de preparação da amostra, para finalmente serem realizados os ensaios referentes aos critérios de integridade e durabilidade..

Figua 1

Figura 1- Moldagens dos corpos de prova (cilindro 5x10cm)

3.4.1.1 Ensaios de Integridade/durabilidade

O ensaio de resistência à compressão foi realizado no laboratório de Construção Civil da Universidade Federal de Campina Grande – UFCG, conforme Norma ABNT NBR 7215 (ABNT, 1996). Este ensaio é usado para verificar a capacidade do material E/S em resistir a diferentes cargas de compressão mecânica. A resistência à compressão, portanto, é importante para avaliar a integridade do material E/S, visando garantir a sua integridade na fase de disposição final do material tratado, que está ilustrado na figura abaixo.

Figura 2- Corpos de prova após a estabilização por solidificaçãoA sua determinação foi feita em corpos de prova (figura 2) cilíndricos de 50 mm de

diâmetro e 100 mm de altura, que foram postos diretamente sobre o prato inferior de uma prensa de maneira que ficassem rigorosamente centrados em relação ao eixo de carregamento. A velocidade de carregamento da máquina de ensaio, ao transmitir a carga de compressão ao corpo de prova, foi equivalente a 0,25 ± 0,05 MPa/s. Em seguida o cálculo da resistência à compressão, em megaPascal, foi realizado dividindo a carga de ruptura pela área da seção do corpo-de-prova (ABNT NBR 7215, 1996).

RC (kgf.cm -2) = F/A (6)Onde: RC: Resistência à compressão em kPa; F: Força de ruptura dos corpos de prova em kg; Área: Área de seção dos corpos de provas em cm2.

Na determinação da Capacidade de Absorção de Água, o ensaio recomenda que se deva trabalhar com corpos de provas condicionados em estufa a 105 ºC e com uma relação líquido/sólido (L/S) 10:1. Após pesagem das amostras elas foram enviadas para estufa a 105

ºC por 24 horas, esfriadas em dessecador e pesadas, obtendo-se a massa do corpo de prova seco em estufa (Ms).. Posteriormente as amostras foram imersas em água a 23ºC por períodos de 24, 48 e 72 horas as amostras serão retiradas da água, enxugadas com papel absorvente, pesadas e imersas na água. Cinco horas antes que se complete o período de 72 horas de saturação em água, as amostras serão progressivamente levadas à ebulição na placa aquecedora. O resultado foi expresso em % conhecendo-se a massa do corpo de prova após saturação em água e a massa do corpo de prova seca em estufa.

CAA(%) = Msat – Ms x 100 (7) Ms

Onde: Msat = massa d corpo de prova após saturação em água e fervura; MSexo 105ºC = massa do corpo de prova seco em estufa.

O ensaio de umidificação/secagem será realizado com base no procedimento recomendado pelo WTC (1991). Amostras íntegras de 35 gramas (Pamost nat) dos corpos-de-prova serão submetidas a seis (06) ciclos do seguinte procedimento: umidificação com água deionizada, na proporção de 2:1 em relação a massa da amostra natural; secagem em estufa a temperatura de 80 ºC por 24 horas até total evaporação da água; esfriamento em dessecador e pesagem (Pamost ciclo i). Após cada ciclo será calculada a perda de peso, pela seguinte expressão.

U/S(%) = Pamost nat – Pamost ciclo i x 100 (8) Pamost nat

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Ensaios de Integridade e Durabilidade

Os ensaios de resistência à compressão (RC), a Capacidade de Absorção de Água (CAA) e a Umidificação e Secagem (U/S) foram utilizados para avaliar a integridade e durabilidade dos materiais estabilizados e solidificados, seguindo o Protocolo de Avaliação de Brito (2007).

Tabela 2- Resultados dos ensaios de Integridade/DurabilidadeEnsaios Valor LMP

RC 1,26 e 1,58 MPa 1 MPaCAA 13,92% ≤ 40%U/S 2,74% ≤ 15%

No ensaio de resistência, os resultados obtidos foram de 1,26 e 1,58 MPa, superior ao limite mínimo permitido (LMP) para aterro sanitário que é de 1 MPa. Segundo Brito (2007), isso significa que os corpos de prova têm uma boa integridade e sua utilização deverá ser controlada e dispostos em aterros de resíduos não-perigosos.

No ensaio de capacidade de absorção de água, o resultado foi de 13,92%, no tempo de 28 dias e com 20% de resíduo sólido sintético. De acordo com a NBR 9778, a quantidade de água presente nos poros permeável de um material sólido é que seja menor ou igual a 40%, logo o resultado mostrou que a capacidade está dentro do valor máximo permissível.

Em relação ao ensaio de umidificação/secagem, seu valor foi de 2,74% em relação ao seu peso inicial, logo a perda em peso do material não deve ser superior a 15% em relação ao seu peso inicial. Portanto, verificou-se que a durabilidade da matriz com cimento e 20% de resíduo está dentro do limite máximo permissível, propondo assim as condições de destinação do material quando dispostos em aterro sanitário ou submetidos a diferentes usos.

Vale a pena lembrar que, quanto maior for a resistência à compressão e menores forem a capacidade de absorção de água e umidificação/secagem, melhor será a avaliação do material E/S. O corpo de prova foi aprovado nos ensaios de resistência à compressão, capacidade de absorção de água e umidificação/secagem, portanto, apresenta uma boa integridade e durabilidade.

CONCLUSÃO

De acordo com as avaliações realizadas no material contaminado com metais pesados, conclui-se que o material teve uma boa integridade e durabilidade, ou seja, a matriz E/S aprisionou os contaminantes na matriz de cimento, sendo aprovados nos ensaios de resistência à compressão, capacidade de absorção de água e umidificação/secagem, logo comprovam que o material está solidificado.

Nesta condição como o material solidificado, deve-se ser disposto em um ambiente aceito para diversos usos como, por exemplo, material de construção (tijolos maciços, blocos vazados e peças de concreto) ou como material de base e cobertura em obras de pavimentação. Vale salientar que as condições de uso devem está em conformidade com o setor específico.

REFERÊNCIAS

ABETRE – Associação Brasileira de Empresas de Tratamento, Recuperação e Disposição de Resíduos Especiais. Resíduos: o barato pode sair caro a sua empresa. São Paulo, Brasil, 2008. Acesso em: 06 jul -2008. Disponível em: www.abetre.com.brAGÊNCIA DE PROTEÇÃO AMBIENTAL DOS ESTADOS UNIDOS (USEPA), Solidification/Stabilization Resource Guide. EPA/542-B-99-002, Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, D.C., 1999. Disponível em: <http://www.epa.gov/> Acesso em: 12 jan 2010.ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – NBR 7215: Cimento Portland – Determinação da resistência à compressão, Rio de Janeiro, 8p, 1996.ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - NBR 9.778: Argamassa e concreto endurecido – Determinação da absorção de água por imersão, Rio de Janeiro, 5p, 1987b.BRITO, A. L. F. Protocolo de Avaliação de Materiais Resultantes da Estabilização por Solidificação. Tese de Doutorado em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis - SC, 2007.CONNER, J. R. Chemical Fixation and Solidification of Hazardous Waste. Van Nostrand Reinhold, New York, 1990.ROJAS, J. W. J., HEINECK, K. S., CONSOLI, N. C. Resistência à compressão simples de um solo contaminado e cimentado. Teoria e Prática na Engenharia Civil, n.13, p.13-18, UFRGS: 2009.SILVA, et al. Small hazardous waste generators in developing countries: use of stabilization/solidification process as an economic tool for metal wastewater treatment and appropriate sludge disposal. Journal of Hazardous Materials, v.147, p. 986-990, 2007.SPENCE, R. D.; SHI, C. Stabilization and solidification of hazardous, radioactive and mixed wastes. Boca Raton, Florida. Ed. CRC Press. 2005. 378p. STEGEMANN, J.A; BUTCHER, E.J; IRABIEN, A; JONHSTON, P; MIGUEL, R; OUKI, S.K; POLETTINI, A; SASSAROLI, G. Neural Network Analysis for Prediction of Interactions in Cement. 2001. In: BRITO, A. L. F.; Protocolo de Avaliação de Materiais Resultantes da Estabilização por Solidificação de Resíduos, Tese de Doutorado em

Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Florianópolis-SC, 69p, 2007.WASTEWATER TECHNOLOGY CENTER - WTC-EC-EPS-3/HÁ/9. Proposed evaluation protocol for cement-based stabilization/solidification wastes. 1991. In: BRITO, A. L. F.; Protocolo de Avaliação de Materiais Resultantes da Estabilização por Solidificação de Resíduos, Tese de Doutorado em Engenharia Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, Florianópolis-SC, 65p, 2007.