melhoria da qualidade da gua tratada e aumento da capacidade de

23º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental
III-182 - AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE ESTABILIZAÇÃO POR
SOLIDIFICAÇÃO
André Luiz Fiquene de Brito (1)
Químico pela Universidade Federal da Paraíba - UFPB; Especialista em Inovação e Difusão Tecnológica
(UFPB); Mestre em Saneamento Ambiental (UFPB/UEPB); Professor da Universidade Federal de Campina
Grande, Departamento de Engenharia Química, e atualmente realizando doutorado no Programa de PósGraduação em Engenharia Ambiental (PPGEA) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Sebastião Roberto Soares
Engenheiro Sanitarista pela UFSC; Doutor em Gestão e Tratamento de Resíduos pelo Institut National des
Sciences Appliquées de Lyon. Lyon, França; Pós-doutorado em Análise de Ciclo de Vida pela Escola PoliTécnica de Montreal – Canadá, e Professor do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental
(UFSC/ENS).
Endereço(1): Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental,
Campus da Trindade - Florianópolis – Santa Catarina - CEP: 88040-970 – Cx Postal 476 - Brasil - Tel: +55
(48) 331-7754 - Fax: +55 (48) 234-6459 - e-mail: [email protected]
RESUMO
No Brasil, o processo de estabilização por solidificação (E/S) tem sido avaliado por normas/ procedimentos
internacionais ou por ensaio da indústria de cimento e concreto. Em países como a França e Canadá existem
normas específicas, apresentando os procedimentos para realização de ensaios e os limites máximos que o
produto E/S podem apresentar para sua disposição em áreas adequadas. Este trabalho tem por objetivo avaliar
comparativamente normas e procedimentos que têm sido usadas pela E/S. Para tanto, foi definido que seria
comparado aspectos operacional, físico e químico. Com base no que foi pesquisado e avaliado, há necessidade
de definir normas para o Brasil com critérios que possam avaliar o produto solidificado. Constata-se também
que os critérios operacionais, físicos e químicos são importantes para avaliar a E/S, pois, a forma de avaliar
produto E/S depende dos critérios adotados.
PALAVRAS-CHAVE: Estabilização/Solidificação; Normas; Resíduos Sólidos Industriais.
INTRODUÇÃO
Em trabalho realizado sobre a E/S, Brito e Soares (2004a) mostraram a necessidade de elaborar normas com
critérios para avaliar e dispor resíduos estabilizados por solidificação. A necessidade devia-se ao cenário atual
para disposição de resíduos sólidos industriais e aos aspectos legais. Ficou constatado que a necessidade de
elaborar normas poderia estar relacionada com:
9
9
9
9
Locais inadequados de disposição de resíduos sólidos, contribuindo para a degradação da qualidade
ambiental;
Elevada representatividade dos resíduos sólidos perigosos no total de resíduos sólidos produzidos nas
áreas urbanas do país;
Necessidade de responsabilização dos geradores de resíduos perigosos das atividades industriais;
Viabilidade técnica e econômica da E/S para o tratamento de resíduos perigosos.
Quanto aos aspectos legais, constatou-se que atualmente, para tratar a questão dos resíduos sólidos industriais,
existem Leis Específicas, Resoluções e Normas Técnicas que regulam as atividades envolvendo resíduos
sólidos industriais. Constata-se também, que cada Agência Estadual de Controle Ambiental, possui de acordo
com a política do Sistema Nacional de Meio Ambiente (SISNAMA), a função normativa permitindo a
regulamentação própria complementando as Normas e Leis Federais (Brito e Soares, 2004a).
Quanto à situação brasileira referente à E/S, Brito e Soares (2004 b) informaram ainda que:
9
Mesmo considerando ser eminentemente do gerador a competência para o tratamento dos resíduos
sólidos industriais, a legislação brasileira, ressente-se de uma política nacional de resíduos sólidos
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industriais bem como de norma específica, visando avaliar com critérios a estabilização por
solidificação;
Há necessidade de estabelecer no Brasil critérios para caracterização de produtos finais obtidos após
aplicação da estabilização por solidificação de resíduos sólidos industriais em matrizes de cimento
e/ou materiais com características solidificantes;
Estabelecer diretrizes para disposição segura de produtos finais estabilizados por solidificação de
acordo com os cenários apropriados para resíduos sólidos industriais.
Geralmente, o processo de E/S tem sido avaliada de acordo com critérios e padrões especificados pela
legislação federal, estadual e local, ou por agências reguladoras que usam métodos e padrões englobando os
grupos de propriedades físicas e propriedades químicas do resíduo solidificado (WEITZMANN et al., 1988).
Com relação aos países, serão avaliadas comparativamente as normas do Canadá e da França, e quanto aos
procedimentos, serão avaliados comparativamente, os ensaios da Holanda, Inglaterra, Espanha, Austrália,
Itália e da Comunidade Européia.
Neste trabalho, as avaliações e análises foram realizadas para os diversos tipos de classificação do processo
tais como: processos baseados em asfalto, cimento Portland simples, fosfatos solúveis, betuminização,
vitrificação, polietileno, sorbentes/sufractantes e silicatos solúveis (LIU, 1999).
O trabalho tem por objetivo, avaliar procedimentos e normas relacionadas aos critérios operacionais físicos e
químicos.
MATERIAIS E MÉTODOS
Este trabalho foi realizado, nas dependências do Laboratório Interdisciplinar de Meio Ambiente (LIMA) e o
Laboratório de Resíduos Sólidos (LARESO), pertencente à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC),
Florianópolis, no Estado de Santa Catarina, SC.
Na primeira etapa, foram selecionados normas e procedimentos, que tem sido utilizada para avaliar resíduo
estabilizado por solidificação (E/S).
Na segunda etapa foi realizada a seleção dos principais critérios utilizados para avaliar as características de
resíduos E/S.
Na terceira etapa foi realizada avaliação das normas e critérios relacionados aos aspectos operacionais, físicos
e químicos.
O Quadro 1 mostra resumidamente normas, procedimentos e critérios que serão utilizados na avaliação de
resíduos E/S.
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Quadro 1: Resumo de normas/procedimentos e critérios operacionais utilizados para de avaliar resíduo
E/S
NORMA ESPECÍFICA
LOCAL
ASPECTOS/CRITÉRIOS
Agence Française de Normalization AFNOR – NX – 31- 212
França
Wastewater Technology Center – WTCEC-EPS-3/HÁ/9
Canadá
PROCEDIMENTOS
United State Environmental Protection
Agency - US EPA
American Nuclear Society - ANS
American Society For Testing and
Materials Society – ASTM
European Committee for Standardization –
CEN
LOCAL
EUA
Operacionais: Tempo e tipo de molde; umidade
relativa; tempo de cura e temperatura ensaio;
Físicos: Resistência à compressão e umidificaçãosecagem;
Químicos: capacidade de absorção de água; e
lixiviação.
Operacionais: tempo e tipo de molde; UR; tempo de
cura e temperatura ensaio;
Físicos: umidade, peso específico; condutividade
hidráulica; resistência física e variação de temperatura;
Químicos: lixiviação; capacidade de neutralização
ácida.
CRITÉRIOS
Físico: Peso específico; umidade; condutividade
hidráulica; resistência à compressão; resistência ao
congelamento/descongelamento.
Químico: lixiviação
China TCLP Standard – China TCLP
Neatherlands Normalization – NEN
Deutsches Institut Für Normung – DIN
Bristish Standards – BSI
Asociación Española de Normalizacion y
Certificacion - AENOR
Japan Standartization – JIS
IRSA – ISTITUTO DI RICERRCA SULLE E
ACQUA /ITALIAN LAW
Australian Standards Institute – AS
Europa
Operacionais: Tempo e tipo de molde; UR; tempo de
cura e temperatura ensaio;
Químico: Lixiviação
China
Operacionais: Tempo e tipo de molde; tempo de cura e
temperatura ensaio;
Químico: Lixiviação
Holanda Químico: Lixiviação
Alemanha Químico: Lixiviação
Inglaterra Operacionais: tipo de molde; tempo de cura e
temperatura ensaio.
Espanha Operacionais: tempo e tipo de molde; UR; tempo de
cura e temperatura ensaio.
Japão
Químico: Lixiviação
Itália
Operacionais: tempo molde; UR; tempo de cura e
temperatura ensaio;
Químico: Lixiviação.
Austrália Operacionais: tempo de cura;
Químico: Lixiviação.
FONTE: DIN 38414 (1985); IRSA (1985); Italian Law 915 (1984); JIS (1973); AENOR (1985a);
AENOR 80.101(1985b); AS (1997); NEN 7345 (1993); AFNOR (1994); WTC (1991); BSI (1983);
CEN 196-3 (1989); CEN 12457 (1989); CEN 1961-1(1994); ANS 16.1(1986); US EPA 1310 (1992);
US EPA 1311 (1992); US EPA 1311 (1986); ASTM, (2004); YOUCAI et al., 2002.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Aspectos Operacionais
Com relação ao critério operacional, vários aspectos podem ser avaliados e comparados entre si. Os aspectos
estão relacionados com: tipos de moldes; dimensões dos moldes, tempo de moldagem; tempo de cura e
condições ambientais para o teste como, temperatura e umidade relativa.
Tomando-se como base a bibliografia consultada para os diversos critérios operacionais pode-se observar que
os corpos de provas são confeccionados utilizando moldes com formato e capacidade volumétrica diferentes.
Moldes nos formatos de paralelepípedos são oriundos da Comunidade Européia, Itália e França. No
procedimento utilizado pela Comunidade Européia os moldes apresentam dimensões que conferem volume de
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256 cm3 ao corpo de prova. A norma da França utiliza moldes com dimensões de 4 x 4 x 8 cm proporcionando
volume de 128 cm3. A norma francesa recomenda que as massas das amostras utilizadas nos ensaios sejam de
aproximadamente 100 ± 20 g (CEN 196-3 1989; AFNOR, 1994).
O procedimento italiano apresenta-se idêntico, em termos de volume, ao procedimento da Comunidade
Européia com dimensões iguais a 4 x 4 x 8 cm (IRSA, 1985).
Os corpos de provas, nos formatos cilíndricos são oriundos dos procedimentos da Espanha, Reino Unido,
Austrália e da Norma Canadense. No Brasil, alguns ensaios têm sido realizados utilizando metodologia da
indústria de cimento Portland, que recomenda o uso de moldes no formato cilíndrico e capacidade a 196,35
cm3 (ABNT NBR 7215,1996).
No procedimento da Espanha o volume do molde é de aproximadamente 127,23 cm3 com um tempo mínimo
de cura de um dia e tempo máximo 90 dias de cura. O controle do ambiente é realizado em câmara úmida na
faixa de 100% de umidade relativa (AENOR, 1985).
Os procedimentos do Reino Unido, Austrália e Holanda não especificam todas as dimensões do molde. O
procedimento britânico apenas informa o diâmetro do cilindro (5,5 cm) e os procedimentos da Austrália e da
Holanda apenas especificam a relação entre líquido/sólido e o volume da solução extratora em relação à massa
do corpo de prova para o ensaio de lixiviação (BSI, 1983; AS, 1997; NEN 7345, 1993).
Por outro lado, a Norma do Canadá - WTC-EC-EPS-3/HÁ/9, apresenta moldes com dimensões diferenciadas
de acordo com o ensaio a ser realizado e com base em critérios físicos ou químicos. Os volumes, ou seja, as
capacidades máximas dos moldes são em função do ensaio a ser realizado (WTC, 1991). Para o ensaio de
condutividade hidráulica o volume para o corpo de prova é de 344,77 cm3.
Para o ensaio de resistência à compressão o volume do molde é de 98,17 cm3 e para os ensaios de resistência
ao congelamento e resistência ao descongelamento; resistência à secagem e resistência à umidificação o
volume é de aproximadamente 145 cm3. Para os demais ensaios, como umidade, lixiviação, capacidade de
neutralização ácida e peso específico não há especificação para o formato e volume do molde a ser usado.
Com relação ao tempo de cura constata-se que há bastante variação entre as normas e procedimentos
analisados. Geralmente o tempo de cura varia de 1 até 90 dias, com intervalos de 2,7, 28, 30, 56 e 84 dias de
cura para realização dos ensaios.
A norma francesa não indica o tempo de cura para a realização dos ensaios. A Norma do Canadá, recomenda
períodos de cura diferentes conforme o teste a ser realizado, ou seja, para critérios físicos como densidade
aparente, umidade e resistência à compressão o tempo de cura é de 56 ± 7 dias, enquanto que para critérios
químicos como lixiviação e capacidade de neutralização ácida o tempo de cura é de 84 dias após preparação
da amostra (AFNOR, 1994; WTC, 1991).
O tempo de cura mais utilizado por normas, procedimentos e diversos autores têm sido 28 dias conforme
critérios de origem física e química de produtos estabilizados por solidificação (MINOCHA et al. 2003;
ABNT NBR 7215, 1996; POON et al. 2003; PARK et al. 2000; ALBA et al. 2001; NEVILLE, 1997,
POLLETINE et al, 2001).
Comparando-se os tempos de cura proposto pela norma canadense com os diversos autores acima, pode-se
observar que os períodos de 56 e 84 dias são respectivamente 200 e 300% superiores a 28 dias de cura.
Com relação ao tempo de moldagem, a norma do Canadá recomenda que os resíduos solidificados
permaneçam no molde por sete dias. Já os procedimentos da Comunidade Européia e da Espanha indicam
período de 24 horas no interior do molde, para em seguida aplicar o tempo de cura estabelecido
(AENOR,1985; CEN 196-3, 1989).
Quanto às condições ambientais para o teste, temperatura e umidade relativa, em que são submetidos os
corpos de provas variam de 20 a 250 C e 90 a 100% de umidade. A norma da França e o procedimento italiano
apresentam menores temperaturas (200 C), enquanto que o procedimento da Espanha apresenta maior
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temperatura para realização dos ensaios e cura das amostras solidificadas (AENOR,1985; AFNOR, 1994;
IRSA (1985).
Na Norma da França, todos os ensaios são executados em triplicata, e os resultados são apresentados em
função da média aritimética dos valores obtidos.
A Tabela 1 mostra resumidamente o tempo de cura, a temperatura e a umidade relativa utilizadas por diversos
procedimentos e normas que tem sido utilizada para avaliar resíduos E/S.
TABELA 1: Tempo de Cura e Condições Ambientais Utilizadas por Diversas Normas e Procedimentos
U.R(%)
Agência
Local
Tempo Cura(dias)
T(0C)
European Committee for Standardization –
Comunidade
2, 7 e 28
20 ± 1
> 90
Européia
CEN
Agence Française de Normalization
França
20 ± 5
AFNOR
Asociación Española de Normalizacion y
Espanha
1, 7, 30 e 90
25
100
Certificacion - AENOR
Inglaterra
1, 2, 7 e 28
20
Bristish Standards – BSI
Austrália
28
Australian Standards Institute – AS
Canadá
Entre 56 e 84
22 ±
Wastewater Technology Center- WTC
3
ISTITUTO DI RICERRCA SULLE E ACQUA –
Itália
7, 28 e 90
20 ±
> 90
IRSA
Fonte: CEN, 1989; AFNOR, 1994; AENOR, 1985; BSI, 1983; AS 4439/3, 1997;WTC, 1991; IRSA, 1985;
STEGEMANN e CÔTÉ, 1991.
Aspectos Físicos e Químicos
Como critérios físicos destacam-se: teor de umidade, peso específico, porosidade, resistência à compressão,
determinação do tempo de pega e medida de pH.
A norma canadense referente a resíduos solidificados foi elaborada pelo WTC no Canadá, em conjunto com
diversas indústrias e a agência oficial de proteção ambiental americana. Inicialmente, foi realizado um
programa experimental cooperativo para desenvolver e validar dezesseis testes e ensaios laboratoriais para
avaliar as propriedades físicas e químicas de resíduos solidificados. O estudo foi coordenado pelo órgão
ambiental canadense, Environment Canada (EC) em cooperação com a USEPA Alberta Environmental e
quinze indústrias americanas, canadenses e européias (STEGEMANN e CÔTÉ, 1990).
A norma francesa NX 31-211 (AFNOR, 1994) é específica para testar o procedimento de solidificação
compreendendo três secções: na seção I, é proposto teste de pré-seleção dos resíduos sólidos maciços ou
solidificados; na seção II, a norma propõe teste de verificação da integridade e da perenidade da estrutura
física e na seção III, a norma propõe um teste de lixiviação nos corpos de prova.
9
Na seção I o objetivo é realizar uma primeira etapa da seleção dos resíduos para distinguir os
resíduos admissíveis às provas de seleção mais propensas descritos na seção II.
9
Na seção II o objetivo é verificar se o estado físico do sólido maciço, é suficientemente estável para
evitar uma desagregação posterior significativa do resíduo, nas condições do ambiente natural e, por
conseguinte, um aumento da lixiviação dos poluentes em contato com água.
9
Na seção III, o objetivo é definir o modo operatório do ensaio de lixiviação a ser aplicado aos
resíduos tendo sucessivamente atendido aos critérios de seleção da seção I e II.
O procedimento existente nos Estados Unidos é oriundo de agências ambientais como a ASTM, US EPA e
ANS. Pode-se dividir em procedimentos de origens físicas e químicas.
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Quanto aos ensaios físicos, têm sido utilizados os ensaios preconizados pela ASTM destacando-se o peso
específico, teor de umidade, condutividade hidráulica, resistência à compressão, resistência ao congelamento e
descongelamento e resistência a umidificação e secagem (ASTM, 2004).
Além das normas dos países e agências como o da França (AFNOR) e Canadá (WTC), outros procedimentos
dos Estados Unidos (US EPA, ASTM e ANS) e de países da Europa, Oceania e Ásia têm sido utilizados para
avaliar a E/S. Podemos citar como exemplo:
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9
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Comunidade Européia (CEN);
Holanda (NEN);
Alemanha (DIN);
Austrália (AS);
Reino Unido (BSI);
Espanha (AENOR);
Itália (IRSA/Italian Law);
Japão (JIS).
Parte da Europa utiliza para avaliar resíduos estabilizados por solidificação procedimentos baseados na
Comunidade Européia – European Standards (CEN).
Os principais critérios químicos que têm sido usados na avaliação de resíduos solidificados são os ensaios de
lixiviação e o ensaio da capacidade de neutralização ácida.
O teste de lixiviação avalia o potencial do resíduo em liberar determinados tipos de contaminantes, mostrando
se o resíduo atende as normas estabelecidas. O ensaio pode fornecer informações sobre a classificação do
resíduo e avaliar se o mesmo deve ser submetido a um processo de tratamento com o objetivo de reduzir sua
capacidade poluente.
A capacidade de neutralização ácida tem sido usada para medir a capacidade das matrizes em resistir à
redução de pH por exposição a ácido (ANDRÉS et al., 1999).
O ensaio é usado para avaliar a capacidade das matrizes de CPS para resistir à acidificação, fornecer
informações sobre a progressão da hidratação das matrizes e medir a liberação de metais pesados sob
diferentes condições de pH (POLENTINI et al., 2001).
Nos processos de E/S, deve-se relatar os mecanismos de lixiviação e as formas de disposição ou utilização tais
como: disposição em aterro sanitário ou aterro industrial; utilização controlada ou utilização de forma
irrestrita. A capacidade de neutralização ácida é um ensaio para avaliar a capacidade das matrizes para
imobilizar metais pesados em diferentes faixas de pH (STEGEMANN e CÔTÉ, 1996).
CONCLUSÕES
Com base na avaliação comparativa de normas e procedimentos utilizados pela E/S pode-se concluir que:
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9
9
9
9
Os critérios operacionais, físicos e químicos avaliados têm sido usados por diversos países e agências
internacionais de normalização. Ficou constatado, também, que não existe no Brasil Norma
específica com procedimentos e critérios para avaliar a E/S, pois, tem sido utilizada a Norma da
França e procedimentos dos Estados Unidos além da aplicação de ensaios destinados à indústria de
cimento e de concreto brasileira;
Os critérios operacionais são importantes para definir as dimensões do molde, tempo de moldagem,
tempo de cura, temperatura e umidade relativa;
Com a necessidade de elaboração de norma para o Brasil, a mesma deve considerar os critérios
citados anteriormente, devendo-se realizar estudo mais detalhado para saber se existe interação entre
os critérios adotados e a sua influencia na qualidade do produto resultante da E/S;
O período de cura pode fornecer, subsídio para tomada de decisão na preparação e manuseio das
amostras e definir fatores que podem influenciar na qualidade do produto solidificado;
Baseado na bibliografia consultada, os critérios avaliados, podem ser usados para avaliar e
caracterizar processos de estabilização por solidificação quando se utiliza os seguintes agentes
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solidificantes: asfalto, cimento Portland simples, fosfatos solúveis, betumem, vitrificação, polietileno,
sorbentes/sufractantes e silicatos solúveis.
AGRADECIMENTOS
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental – PPGEA, da Universidade Federal de Santa
Catarina – UFSC e À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
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