masterThesis
Determinação da pozolanicidade por condutividade elétrica do lodo de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) para adição ao cimento Portland
Autor
BASTO, Priscilla Elisa de Azevedo
Institución
Resumen
A urbanização e o constante crescimento populacional e industrial ocasionaram um problema no gerenciamento dos resíduos provenientes do tratamento de esgoto. No Brasil, as baixas taxas de coleta e tratamento de esgoto indicam que ainda existe um grande potencial de crescimento na quantidade de lodo de esgoto a ser produzido, que geralmente é disposto em aterros sanitários. Visando a redução do armazenamento deste resíduo e das emissões de dióxido de carbono resultantes da produção do cimento Portland, foi conduzido o estudo das cinzas de lodo de esgoto (CLE) para a utilização como material pozolânico em substituição parcial do cimento Portland. Neste trabalho foi realizada a caracterização química, física e mineralógica e a verificação da atividade pozolânica das cinzas do lodo de esgoto proveniente da Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Mangueira localizada na cidade de Recife-PE. A avaliação da pozolanicidade foi realizada através da determinação atividade pozolânica com hidróxido de cálcio aos sete dias (NBR5751:2015) e por condutividade elétrica. As CLE foram obtidas através da calcinação do lodo seco em mufla elétrica nas temperaturas de 600, 700, 800 e 900°C, sendo denominadas CLE600, CLE700, CLE800 e CLE900, respectivamente. Dessa forma, foi possível verificar o efeito da temperatura de incineração nas propriedades das cinzas. Através resultados da análise química por fluorescência de raios-X e análise mineralógica por difração de raios-X foi constatado que este material é constituído majoritariamente por óxido de silício na forma de quartzo. No ensaio da NBR 5751:2015, a resistência à compressão dos corpos-de-prova produzidos com argamassas de hidróxido de cálcio e CLE foi reduzida com o aumento da temperatura de calcinação das cinzas, e apenas as CLE600 e CLE700 atingiram a resistência mínima para classificação do material como pozolana nesse parâmetro. Este resultado segue o comportamento do aumento da intensidade dos picos de óxido de silício, do aumento diâmetro médio das partículas, e da diminuição da superfície específica das cinzas com a temperatura. Assim, pode-se constatar através dos difratogramas que a elevação da temperatura de calcinação das CLE promoveu a cristalização da sílica amorfa, reduzindo a consequentemente a atividade pozolânica. Ademais, evidenciou-se a importância da finura para a pozolanicidade do material, uma vez que as cinzas de menores diâmetros médios e maiores superfícies específicas obtiveram os melhores desempenhos. Quanto ao ensaio de condutividade elétrica, a perda de condutividade da solução indicou o consumo de hidróxido de cálcio pelas cinzas, sendo as maiores variações de condutividade obtidas pelas CLE700 e CLE600, respectivamente. Além disso, apesar de suas limitações devido a interferência dos íons dispersos na solução na medição da condutividade, o método se mostrou efetivo na avaliação da pozolanicidade das CLE, pois existe uma tendência a linearidade entre este método e o ensaio apresentado na NBR 5751, com índice de determinação de 0,9664, e os resultados de ambos ensaios indicarem que as cinzas calcinadas a 600 e 700°C possuem a maior atividade pozolânica. Portanto, este pode utilizado como um método expedito de avaliação da pozolanicidade da atividade pozolânica das cinzas de lodo de esgoto. FACEPE Urbanization and constant population and industrial growth led to wastewater treatment residues management issues. In Brazil, the low sewage collection and treatment rates indicate that there is a great potential for increasing the quantity of produced material, which is mainly disposed in landfills. In order to reduce the storage of this residue and carbon dioxide emissions resulting from Portland cement production, it was conducted a study of sewage sludge ash (SSA) for use as pozzolanic material in partial replacement of Portland cement. In this work, it was performed a chemical, physical and mineralogical characterization, and a verification of pozzolanic activity of ashes produced with sewage sludge from the Mangueira’s Wastewater Treatment Plant (WWTP), located in the city of Recife-PE. The pozzolanic activity was established by pozzolanic activity determination with lime at 7 days (NBR 5751:2015) and electrical conductivity. SSA were obtained by calcining the dry sludge in an electric muffle at temperatures of 600, 700, 800 and 900°C. The resulting ashes were named SSA600, SSA700, SSA800 and SSA900, respectively. As a result, it was possible to verify the effect of incineration temperature on the ashes properties. Results of chemical analysis by X-ray fluorescence and mineralogical analysis by X-ray diffraction showed that this material consists mainly of silicon oxide in the form of quartz. On the NBR 5751:2015 test, the compressive strength of samples decrease with calcination temperature increasing, and only SSA600 and SSA700 reached the minimum compressive strength to be classified as pozzolan. Following the behavior of increasing of silicon oxide peaks intensity and average particle diameter, and specific surface drop caused by the temperature rise. Thus, it was verified that an increase of the calcination temperature of SSA promoted a crystallization of amorphous silica, reducing the pozzolanic activity. In addition, fineness importance for the pozzolanic activity was evidenced, since the ashes with smaller mean diameter and larger specific surface areas obtained better performances. Regarding the electrical conductivity test, the loss of conductivity of calcium hydroxide-SSA solution indicates the fixation of calcium hydroxide by SSA. The higher variations in conductivity were obtained by SSA700 and SSA600, respectively. Moreover, besides the limitations regarding the interference of dispersed ions in the solution during the conductivity measurement, the method was effective in evaluating the pozzolanic activity of the SSA. This was confirmed by the tendency for linearity between this method and the test presented in NBR 5751, with a determination index of 0.9664, and the fact that both tests results indicate that the ashes calcined at 600 and 700°C have the highest pozzolanic activity. Therefore, this method can be used as a rapid test for pozzolanic activity evaluation of sewage sludge ash.