Efeitos da substituição parcial do solo por lodo de estação de tratamento de água em tijolos de solo-cimento

Palavras-chave: Resíduo sólido, Absorção de água, Resistência à compressão, Lodo de alumínio, Sustentabilidade na construção civil

Resumo

Cerca de 75% da água potável no Brasil é produzida em estações de tratamento de água (ETAs) convencionais. Resíduos são gerados neste processo, principalmente o lodo de decantadores (LETA), que segundo estudos é lançado sem tratamento em corpos d'água em 68% dessas instalações. Esta pesquisa avalia a viabilidade da adição de LETA como substituto parcial do solo em tijolos de solo-cimento no traço 1:9 (cimento: solo+LETA). O resíduo foi coletado durante a limpeza dos decantadores da ETA de Toledo-PR. Os tijolos foram produzidos com 5, 10, 15, 25 e 35% de substituição de massa de solo por LETA, além do controle (0%). As moldagens ocorreram em equipamentos industriais para reproduzir ao máximo condições reais de fabricação. Com o aumento do teor de lodo, a resistência à compressão dos tijolos foi reduzida. No entanto, as exigências normativas brasileiras foram atendidas até a adição de 15% de LETA. Houve aumento da absorção de água com o aumento do teor de lodo. No entanto, os tijolos atenderam às exigências regulatórias brasileiras até a substituição de 25% de LETA. Desta forma, incorporar até 15% desse resíduo em tijolos de solo-cimento pode ser uma alternativa viável para processos que geram mais impactos ambientais, como lançamento em corpos d'água e até mesmo disposição em aterros sanitários.

Biografia do Autor

Fernando Antonio Neves, Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Bacharel em Engenharia Civil, Departamento Acadêmico de Engenharia Civil - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Toledo, Paraná, Brasil.
Taylana Piccinini Scolaro, Universidade Federal de Santa Catarina
Mestre em Engenharia Civil e Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil.
Tassiane Apolinário de Oliveira, Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Mestre em Engenharia da Construção Civil pela Universidade Federal do Paraná - UFPR, Docente no Departamento Acadêmico de Engenharia Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Toledo, Paraná, Brasil.
Ricardo Schneider, Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Doutor em Química pela Universidade Federal de Pernambuco - UFPE, Docente no Departamento Acadêmico de Química e membro do Grupo de Pesquisa em Polímeros e Nanoestruturas da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Toledo, Paraná, Brasil
Gustavo Savaris, Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Doutor em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Docente do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e coordenador do Grupo de Estudos e Pesquisas em Materiais e Estruturas (GPMAES) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Toledo, Paraná, Brasil
José Gustavo Venâncio da Silva Ramos, Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Mestre em Engenharia Civil (Saneamento e Recursos Hídricos) pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, Docente no Departamento Acadêmico de Engenharia Civil e membro do Grupo de Estudos e Pesquisas em Materiais e Estruturas (GPMAES) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Toledo, Paraná, Brasil

Referências

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Fabricação de tijolos de solo-cimento com a utilização de prensas manuais. 3. ed. rev. atual. São Paulo: ABPC, 2000. 16p. (BT-111).

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8492: tijolo de solo-cimento: análise dimensional, determinação da resistência à compressão e da absorção de água: Método de ensaio. Rio de Janeiro, 2012a.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8491: tijolo de solo-cimento: requisitos. Rio de Janeiro, 2012b.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7180: solo – determinação do limite de plasticidade. Rio de Janeiro, 2016.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6459: solo – determinação do limite de liquidez. Rio de Janeiro, 2017.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7181: solo – análise granulométrica. Rio de Janeiro, 2018.

ACHON, C. L.; BARROSO, M. M.; CORDEIRO, J. S. Resíduos de estações de tratamento de água e a ISO 24512: desafio do saneamento brasileiro. Eng. Sanit. e Ambient., v. 18, p. 115-122, 2013. DOI: https://doi.org/10.1590/S1413-41522013000200003.

AHMAD, T.; AHMAD, K.; ALAM, M. Sustainable management of water treatment sludge through 3 ‘R’ concept. J. Clean. Prod., v. 124, p. 1-13, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.02.073.

ANJUM, T. et al. Production of soil-cement bricks using sludge as a partial substitute. Earth Sci. Malays., v. 1, n. 2, p. 10-12, 2017. DOI: https://doi.org/10.26480/esmy.02.2017.10.12.

APHA. Standard methods for the examination of water and wastewater. Washington, DC: American public health association, 2012.

BARAKWAN, R. A.; TRIHADININGRUM, Y.; BAGASTYO, A. Y. Characterization of alum sludge from Surabaya water treatment plant, Indonesia. J. Ecol. Eng., v. 20, n. 5, 2019. DOI: https://doi.org/10.12911/22998993/104619.

BARBOSA, M. F. L. et al. Rice husk and water treatment plant sludge incorporated into soil–cement brick. Asian J. Civ. Eng., v. 20, n. 4, p. 563-570, 2019. DOI: https://doi.org/ 10.1007/s42107-019-00124-2.

BARUTH, E. E. Water treatment plant design. 4. ed. AWWA, ASCE. Nova Iorque: McGraw-Hill Education, 2004.

BRASIL. Lei nº.12.305, de 2 de agosto de 2010. Institui a Política Nacional de Resíduos Sólidos; altera a Lei no 9.605, de 12 de fevereiro de 1998; e dá outras providências. Disponível em: http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2007- 2010/2010/Lei/L12305.htm. Acesso em: 07 jun. 2022.

DASSANAYAKE, K. B. et al. A review on alum sludge reuse with special reference to agricultural applications and future challenges. Waste Management, v. 38, p. 321-335, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2014.11.025.

DEPARTAMENTO NACIONAL DE ESTRADAS DE RODAGEM. DNER-ME 093: Solos – determinação da densidade real. Rio de Janeiro, 1994.

DE SILVA, G. H. M. J. S.; HANSAMALI, E. Eco-friendly fired clay bricks incorporated with porcelain ceramic sludge. Construction and Building Materials, v. 228, p. 116754, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116754.

ELICHE-QUESADA, D. et al. The use of different forms of waste in the manufacture of ceramic bricks. Appl. Clay Sci., v. 52, n. 3, p. 270-276, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2011.03.003.

ERDOGMUS, Ertugrul et al. New construction materials synthesized from water treatment sludge and fired clay brick wastes. J. Build. Eng., v. 42, p. 102471, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.102471

FERREIRA FILHO, S. S. Tratamento de água: concepção, projeto e operação de estações de tratamento. 1. ed. Rio de Janeiro: GEN LTC, 2017.

FUNGARO, D. A.; SILVA, M. V. D. Utilization of water treatment plant sludge and coal fly ash in brick manufacturing. Am. J. Environ. Prot, v. 2, n. 5, p. 83-88, 2014. DOI: https://doi.org/10.12691/env-2-5-2.

HAN, L. C. et al. Use of Compressed Earth Bricks/Blocks in Load-Bearing Masonry Structural Systems: A Review. In: MSF. Trans Tech Publications Ltd, 2020. p. 9-19. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.997.9.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Pesquisa Nacional de Saneamento Básico – 2008, 2011.

INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Pesquisa Nacional de Saneamento Básico – 2017, 2020.

JAHANSHAHI, M.; TAGHIZADEH, M. Pre-sedimentation tank effects on water

treatment unit operation. EQA, v. 28, p. 35-42, 2018. DOI: https://doi.org/ 10.6092/issn.2281-4485/7804.

LUCENA, L. C. et al. Caracterização e avaliação do potencial de aproveitamento de lodo de ETE e ETA em Pavimentação. Eng. Agrícola. 36: 166-178, 2016. DOI: https://doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v36n1p166-178/2016.

MEHTA, P. K.; MONTEIRO, P. J. M. Concrete: Microstructure, Properties, and Materials. 3. ed. Nova Iorque: McGraw-Hill Education, 2006. DOI: https://doi.org/10.1036/0071462899.

MONTE BLANCO, S. P. D. et al. Groundwater quality monitoring of the Serra Geral aquifer in Toledo, Brazil. J. Environ. Sci. Health A, v. 53, n. 14, p. 1243-1252, 2018. DOI: https://doi.org/10.1080/10934529.2018.1528038.

NASCIMENTO, E. S. S. et al. Soil-cement brick with granite cutting residue reuse. J. Clean. Prod., v. 321, p. 129002, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129002.

NASIER, M. A.; ABDULRAZZAQ, K. A. Conventional water treatment plant, principles, and important factors influence on the efficiency. Design Engineering, p. 16009-27, 2021.

RAMOS, J. G. V. S. Análise de uma Estação de Tratamento de Água quanto à geração e destinação de resíduos. 2018. 65 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Engenharia Civil. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Toledo, 2018.

REIS, F. M. D.; RIBEIRO, R. P.; REIS, M. J. Physical-mechanical properties of soil-cement bricks with the addition of the fine fraction from the quartzite mining tailings (State of Minas Gerais–Brazil). Bull. Eng. Geol. Environ., v. 79, n. 7, p. 3741-3750, 2020. DOI: https://doi.org/10.1007/s10064-020-01765-3.

RODRIGUES, L. P.; HOLANDA, J. N. F. Recycling of water treatment plant waste for production of soil-cement bricks. Procedia Materials Science, v. 8, p. 197-202, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2015.04.064.

RUVIARO, A. S. et al. Use of calcined water treatment plant sludge for sustainable cementitious composites production. J. Clean. Prod., v. 327, p. 129484, 2021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129484.

SAARENKETO, T. Electrical properties of water in clay and silty soils. J. Appl. Geophys., v. 40, n. 1-3, p. 73-88, 1998. DOI: https://doi.org/10.1016/S0926-9851(98)00017-2.

SAKHARE, V. V.; RALEGAONKAR, R. V. Development and investigation of cellular light weight bio-briquette ash bricks. Clean Techn. Environ. Policy, v. 19, n. 1, p. 235-242, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/s10098-016-1200-5.

SIQUEIRA, F. B.; HOLANDA, J. N. F. Reuse of grits waste for the production of soil–cement bricks. J. Environ. Manag., v. 131, p. 1-6, 2013. DOI: https://doi.org/10.1007/s10098-016-1200-5.

SENTHIL, R. et al. Utilization of various solid leather wastes for the production of blended bricks. Clean Techn. Environ. Policy, p. 1-13, 2022. DOI: https://doi.org/10.1007/s10098-022-02295-0.

SIQUEIRA, F. B.; HOLANDA, J. N. F. Reuse of grits waste for the production of soil–cement bricks. J. Environ. Manag, v. 131, p. 1-6, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.09.040.

TABONI JÚNIOR. L. R. Quantificação e caracterização de lodo gerado em estação de tratamento de água considerando a sazonalidade pluviométrica: estudo de caso na cidade de Maringá – PR. 2020. 108 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de Maringá, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana. Maringá, 2020.

TEIXEIRA, S. R. et al. The effect of incorporation of a Brazilian water treatment plant sludge on the properties of ceramic materials. Appl. Clay Sci., v. 53, n. 4, p. 561-565, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2011.05.004.

U.S. Environmental Protection Agency. Method 9045D: Soil and Waste pH. Washington DC, 2004.

VENKATARAMA REDDY, B. V.; JAGADISH, K. S. Embodied energy of common and alternative building materials and technologies. Energy Build., v. 35, n. 2, p. 129-137, 2003. DOI: https://doi.org/10.1016/S0378-7788(01)00141-4.

ŻOCZEK, Ł.; DUDZIAK, M. Types and valorization of sludge generated in water treatment processes. Architecture, Civil Engineering, Environment, v. 15, n. 1, p. 115-121, 2022. DOI: https://doi.org/10.21307/acee-2022-010.

Publicado
2024-03-29
Seção
Tecnologias Limpas