Companhia de Saneamento Básico do Estado de São PauloXVI Audiência de Inovação

Alternativas para a Reciclagem do Lodo de Estações de

Tratamento de Água

Universidade de São PauloInterunidades Ciência e Engenharia de Materiais

Av. Trabalhador São Carlense, 400. Parque Arnold Schimidt – São Carlos / São Paulo

Francis Rodrigues de Souza – (16) 97027975

Universidade Federal de São CarlosDepartamento de Engenharia Civil

Rodovia Washington Luiz, Km 235 – São Carlos / São Paulo

Almir Sales – (16) 33518262 ramal 231

Concreto Leve produzido com Compósito Manufaturado à base de Lodo

de Estação de Tratamento de Água e Serragem de Madeira

Introdução

Escassez de água que hoje afeta 400 milhões de pessoas, afetará 4 bilhões de pessoas até 2050. USA Today, Nation, 1/26/2003.

Todas as ETAs produzem resíduos durante o processo de purificação da água para o consumo humano. Os quais são compostos de Água, Matéria orgânica e inorgânica no estado sólido, líquido e gasoso. Water Research, 38 (2004) 1173 – 1182.

Os coagulantes utilizados durante o tratamento da água podem resultar em lodos ricos em Fe e/ou Al. Os lodos de estações de tratamento de água também podem conter outros metais pesados provenientes da água bruta ou de contaminantes da adição dos coagulantes. Chemosphere 68 (2007) 628-636.

No Brasil, 7.500 ETAs geram seus resíduos nos decantadores e filtros e os lançam na mesma fonte de onde é retirada a água para o tratamento. RIMA / ABES / PROSAB (2001) cap. 5, 121-142.

O hidróxido de alumínio presente no lodo de estação de tratamento de água é insolúvel e pode ser utilizado como coagulante no tratamento primário de esgoto. Water Research 39 (2005) 3433-3440.

Em um típico sistema primário de tratamento de esgoto, a eficiência na remoção dos sólidos suspensos e na demanda química de oxigênio é de aproximadamente 50% e 30% respectivamente. Mc-Graw Hill Book Company. Singapore, (1985) 207-228.

O Al presente no LETA pode ser recuperado por acidificação. A recuperação do alumínio por acidificação torna o lodo mais concentrado. O Al (III) recuperado pode ser utilizado para a remoção do fósforo no tratamento de efluentes domésticos, mas não pode ser reutilizado como um coagulante em estações de tratamento de água porque, em condições extremamente ácidas, a matéria orgânica coloidal e alguns metais pesados são recuperados juntos. Journal, American Water Works Association. Lancaster, Oct. 1992, v.64, n.10, p.96-103.

Os resíduos de estação de tratamento de água podem ser substitutos efetivos e de baixo custo para os hidróxidos naturais de Fe e Al no tratamento de solos degradados pelo uso intensivo de pesticidas e fertilizantes. Environmental Pollution 146 (2007) 414-419.

O LETA pode ser utilizado na produção de tijolos, telhas e blocos cerâmicos, dependendo da temperatura de queima e da concentração da mistura. Cerâmica 52 (2006) 215-220.

O LETA também pode ser utilizado como material para o retardo de pega e aumento da trabalhabilidade de argamassas plásticas. Construction and BuildingMaterials 21 (2007) 646-653.

Outra opção, é na produção de concreto de média resistência com substituição total da brita por RCD e substituição parcial da areia pelo lodo (5% em massa). Ambiente Construído, abr/jun 2004, v.4, n.2, p.33-42.

Outro problema ambiental está relacionado à deposição irregular de resíduos de madeira. Aproximadamente 50% do volume original das toras tornam-se resíduos. Os resíduos de madeira quando depostos e misturados com outros resíduos são facilmente contaminados e dificilmente reciclados.

São alternativas para reciclagem dos resíduos de madeira:

Utilização destes resíduos na fabricação de painéis de madeira como MDF e aglomerados. BNDES Setorial. Rio de Janeiro n.6, p. 117-132, set. 1997.

Produção de wood pellets que podem ser usados como combustíveis de caldeiras, fogões domésticos, etc. Biomass & Bioenergy 32 (2008) 90-93.

Produção de etanol celulósico. Oil and Gas Jounal, 2 Jun 2008, 106 (21), 54-59.

Produção de concreto leve de baixa condutividade térmica. Construction and Building Materials 21 (2007) 662-668.

Objetivos

Desenvolver um compósito à base de LETA e serragem de madeira.

Tornar o compósito uma opção para a substituição da pedra britada

natural em aplicações na construção civil.

Diminuir o impacto ambiental causado pela deposição irregular destes

resíduos.

Procedimento Experimental

Inicialmente foram determinadas as propriedades físico-químicas dos lodosdas Estações de Tratamento de Água de Araraquara, São Carlos e Rio Claro.

O lodo escolhido para a produção do compósito foi coletado na ETA de São Carlos no dia de limpeza de um de seus decantadores.

A ETA de São Carlos trata atualmente 650 l/s de água bruta em sistema convencional e usa sulfato de alumínio como coagulante.

O lodo da ETA de São Carlos é depositado de forma irregular no Córrego Monjolinho.

A limpeza de cada decantador é trimestral e dura aproximadamente 4 horas.

Figura 1 - A ETA de São Carlos.

Figura 2 – Deposição irregular no Córrego Monjolinho.

Figura 3 – Momento de coleta do lodo.

Figura 4 – Entrada dos funcionários no interior do decantador com jatos de água para forçar o escoamento do lodo.

Figura 5 – Leito de drenagem de manta geotêxtil.

0,400,500,200,15Kg/m2Peso

6070130150µmAbertura

3 x 10-13 x 10-13 x 10-13 x 10-1cm/sPermeabilidade normal

> 90> 90> 90> 90%Porosidade

600300200150g/m2Densidade Superficial

4,54,12,01,5MmEspessura

OP-60OP-50OP-20OP-15UnidadesCaracterísticas

Tabela 1 – Características das Mantas Geotêxteis

505038031.2704,38

604565026.3002,97

1907079014.7001,79

Sólidos totais (mg/L)

Turbidez (uT)Cor (uC)Sólidos totais (mg/L)

Concentração sólidos (%)

Água drenadaLodo bruto

Manta OP-60ETA São Carlos

Tabela 2 – Características da Água Drenada

Figura 6 – Lodo seco em estufa a temperatura de 105 ± 05oC.

Figura 7 – Moedor de agregados graúdos.

Figura 8 – Lodo seco e moído.

Figura 9 – Serragem de madeira do gênero Pinus, seca a temperatura ambiente(dimensão máxima 3,64 mm).

Figura 10 – Dosagem dos materiais e produção do compósito.Relação em massa Serragem:Lodo:Água (1:6:4,5)

Figura 11 – Compósito de forma arredondada e dimensão 12 ± 2 mm.

Figura 12 – Compósitos imersos por 1 min em óleo de linhaça.

Figura 13 – Os materiais utilizados na produção do concreto.

Figura 14 – Mistura dos materiais em betoneira.

Figura 15 – Determinação da consistência e trabalhabilidade do concreto pelo processo de abatimento do tronco de cone.

ABNT / NBR 7223 – Concreto: Determinação da consistência pelo abatimento do tronco de cone.

Figura 16 – Preparo de corpos de prova cilíndricos e adensamento do concreto com vibrador mecânico.

ABNT / NBR 5738 - Moldagem e cura de corpos de prova cilíndricos ou prismáticos de concreto.

Figura 17 – Determinação da resistência à compressão áxial.

ABNT / NBR 5739 – Concreto: Ensaio de compressão de corpos de prova cilíndricos

Figura 18 – Determinação da resistência à tração por compressão diamentral.

ABNT / NBR 7222 – Concreto: Determinação da resistência a tração por compressão diametral.

Figura 18 – Determinação do módulo de elasticidade e deformação.

ABNT / NBR 8522 – Concreto: Determinação dos módulos de elasticidade e deformação.

Figura 19 – Determinação da absorção de água, massa específica e índice de vazios.

ABNT / NBR 9778 – Concreto: Determinação da massa específica, absorção de água e índice de vazios.

Figura 20 – Determinação das propriedades térmicas pelo método do fio quente paralelo.

SANTOS W. N. (2002) – Método do fio quente. Cerâmica 48 (306) Abr/Mai/Jun 86-91

Figura 21 – Seção de um corpo de prova cilíndrico utilizada para micrograficaóptica

Resultados

Na Estação de Tratamento de Água de Araraquara, o lodo é removido até

três vezes ao dia.

Na Estação de Tratamento de Água de Rio Claro e na Estação de

Tratamento Água de São Carlos, a remoção do lodo é trimestral.

Quanto maior o acúmulo de lodo nos tanques de decantação, maior será a

concentração de metais no resíduo e, conseqüentemente, maior será o

impacto ambiental causado pela deposição irregular do mesmo.

0.020.270Cadmium (mg/l)

1.61.060Lead (mg/l)

4.2548.530.1Zinc (mg/l)

11,100302.16Aluminum (mg/l)

32,11042,070845Dissolved solids (mg/l)

26,52015,330775Suspended solids (mg/l)

58,63057,4001,620Total solids (mg/l)

4,8005,450140Chemical oxigen demand (mg/l)

--924Turbidity (uT)

--10,650Color (uC)

7.27.358.93pH

4.685.490.14Concentration of solid (%)

São CarlosRio ClaroAraraquara

Sludge from the water treatment plants in thePhysicochemical characteristicsof sludge

Tabela 3 – Propriedades físico-químicas do lodo das Estações de Tratamento de Água de Araraquara, São Carlos e Rio Claro.

Tabela 4 – Análise comparativa das propriedades do compósito e da pedra britada 1.

1,1224Absorção de água (%)

1.440672Massa unitária no estado seco e solto (kg/m3)

1912Dimensão máxima característica (mm)

2,931,82Massa específica (kg/dm3)AngulosaArredondadaForma geométrica

_1:6:4,5Relação serragem:lodo:água (kg)

Pedra britada 1Compósito

Agregado GraúdoPropriedades

De acordo com o método ASTM C 330 [33], os agregados leves graúdos não devem ter massa unitária no estado seco e solto maior do que 880 Kg/m3.

2,21,2Resistência à tração (MPa)

7,39,9Módulo de deformação secante à tensão de ruptura (GPa)

27,915,9Módulo de elasticidade (GPa)

20,911,1Resistência à compressão (MPa)

12,116,2Índice de vazios (%)

5,18,8Absorção de água (%)

2.3731.847Massa específica aparente (Kg/m3)

2.6992.200Massa específica real (Kg/m3)

40 ± 1070 ± 10Slump test (mm)

1:4,8:5,8:0,81:2,5:0,67:0,6Relação em massacimento : areia : agregado graúdo : água

Concreto Referência

Concreto com o Compósito

Propriedades

Tabela 5 – Análise comparativa dos valores médios das propriedades físicas e mecânicas dos concretos estudados.

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Deformação (µΕ)

Ten

são

(MPa

)

Concreto Referência Concreto Produzido com o Compósito

Figura 23 – Comportamento Tensão x Deformação dos concretos em estudo.

Figura 23 – Superfície de ruptura do concreto produzido com o compósito.

Figura 24 – Micrografica óptica (400x) da área de transição compósito / argamassa matriz.

Conclusões

O compósito produzido a base de lodo de estação de tratamento de água e

serragem de madeira pode ser aplicado em concreto como agregado graúdo

de peso leve.

O concreto produzido com o compósito apresentou massa específica

aparente de 1.847 Kg/m3 e resistência a compressão axial média de 11,1

MPa, caracterizando-se como concreto não estrutural de peso leve.

A alta porosidade e o potencial de absorção de água do compósito exigiram

elevada quantidade de água para o amassamento do concreto.

O concreto apresentaria melhores propriedades mecânicas com um

compósito de maior resistência a compressão, menor potencial de absorção

de água, menor dimensão e maior variabilidade granulométrica.

O compósito apresentou boa aderência à matriz de argamassa e fissurou

junto com esta durante a ruptura do concreto submetido a compressão e a

tração por compressão diametral.

Uma maior impermeabilização do compósito pode ser conseguida com o

aumento do tempo de imersão do compósito no óleo de linhaça e com o

aumento da pressão mecânica utilizada no seu processo de produção.

O concreto produzido com o compósito apresentou propriedades mecânicas

adequadas à aplicação em elementos construtivos não estruturais.

Esta pesquisa se caracteriza como um estudo pioneiro para o uso destes

dois resíduos na produção de um compósito a base de estação de

tratamento de água e serragem de madeira para aplicação como agregado

graúdo na produção de concreto leve.

Agradecimentos

Os autores agradecem:

As instituições brasileiras, CAPES, MCT/CNPQ, USP e UFSCar,

pelo suporte dado durante a pesquisa.

A SABESP pelo convite e oportunidade de divulgação do trabalho

científico e tecnológico.

A todos os presentes.

Muito Obrigado.