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ICTR 2004 – CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS EDESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

Costão do Santinho – Florianópolis – Santa Catarina

Realização:

ICTR – Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP – Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

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PRÓXIMA

CIMENTAÇÃO: OPÇÃO PARA TRATAMENTO E REMEDIAÇÃO

Clédola Cássia Oliveira de TelloLeonardo Miranda Vanetti Barbosa

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CIMENTAÇÃO: OPÇÃO PARA TRATAMENTO EREMEDIAÇÃO

Clédola Cássia Oliveira de Tello2

Leonardo Miranda Vanetti Barbosa3

RESUMOO objetivo do trabalho é apresentar a pesquisa que tem sido conduzida no Centro deDesenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN), em Belo Horizonte para tratarresíduos perigosos provenientes de atividades industriais e de prestação deserviços, eliminando passivos ambientais, gerando produtos que possam serreutilizados, sem riscos para o ser humano e o ambiente. O processo utilizado é ode cimentação, que consiste em estabilizar estes resíduos e transformá-los emmateriais menos poluentes pela sua mistura com cimento, transformando-os emprodutos sólidos, que podem ser manuseados, transportados e estocados semriscos de contaminação. Resíduos de perfuração de petróleo, de caixas separadoraságua/óleo (RSSAO) e solos contaminados com combustíveis automotivos sãoincorporados em cimento, gerando pastas e concretos. Ensaios são realizados paraa determinação dos parâmetros de processo e das propriedades do produtosolidificado, buscando selecionar aqueles que apresentem as melhorescaracterísticas e obedeçam as normas ambientais. Foram obtidos bons resultados eos testes de lixiviação mostraram que acima de 99% dos metais pesados contidosno resíduo inicial permaneceram no produto cimentado e que a quantidade liberadafoi bem abaixo do limite da norma. A incorporação dos RSSAO foi de 22% emconcreto e de 32% para os solos em pastas, com valores de resistência à

compressão acima de 15 MPa.Palavras-chave: rejeitos; cimentação; resíduos perigosos; tratamento

2 Pesquisadora do CDTN/CNEN; PhD em Engenharia Química, MSc em Engenharia Química,

Engenheira Química – [email protected]

3 Especialista em Saneamento Ambiental, Engenheiro Industrial Mecânico – [email protected]

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1. INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas o desenvolvimento humano tem sido intenso, o que tem geradoquantidades de resíduos e áreas contaminadas, que os processos naturais não têm

conseguido equilibrar. Portanto ações têm de ser tomadas para que estedesenvolvimento não culmine em um colapso ambiental, com conseqüente colapsodo próprio ser humano. É possível o desenvolvimento global sustentável, desde queem todos os setores a questão da geração de resíduos seja encarada comseriedade.

No Brasil o acelerado processo de industrialização observado em certas regiões nasúltimas décadas, acompanhado pela expansão demográfica decorrente desteprocesso, tem trazido um aumento considerável na geração de rejeitos,particularmente no que se refere aos de origem industrial e de prestação deserviços.

Nos setores industrial e de prestação de serviços rejeitos perigosos são geradostanto durante as operações normais, quanto em conseqüência de acidentes. Assimliberações de contaminantes no ar, cursos d’água subterrâneos e superficiais e solosão responsáveis por pequenos e grandes impactos que afetam a natureza comoum todo.

Para se ter uma idéia da extensão deste tipo de contaminação é apresentada naTabela 1 a distribuição das áreas contaminadas cadastradas no Estado de SãoPaulo, por atividade e localização [1].

Tabela 1 – Áreas contaminadas no Estado de São Paulo - Outubro de 2003

ATIVIDADE

REGIÃOComercial Industrial

Disposição deresíduos

Postos decombustível

Outros Total

São Paulo 19 28 14 250 1 314

RMSP - outros 7 45 10 103 2 167

Interior 20 56 15 63 6 150

Litoral 1 19 11 44 4 79

Vale do Paraíba 1 14 0 4 0 17

Total 48 162 40 464 13 727Outros: Inclui contaminações por acidentes ferroviários, rodoviários, em dutos e atividades de serviço.Fonte: CETESB [1]

Nestes resíduos são encontrados diferentes tipos de contaminantes. Dentre elescitam-se o cromo, o zinco, o mercúrio, o cádmio, o arsênio, o chumbo e os orgânicos[2]. Estes elementos e seus compostos apresentam toxicidade elevada, podendocausar irritações na pele e olhos, ser prejudiciais quando inalados, causar doençaspulmonares, ser carcinógenos e teratogênicos. Outros podem afetar o intestino, osistema nervoso central e causar anemia.

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O solo foi considerado por muito tempo um receptor ilimitado de materiaisdescartáveis, como o lixo doméstico, os efluentes e os resíduos industriais, combase na suposição de que este meio apresenta uma capacidade ilimitada deatenuação das substâncias nocivas presentes, que levaria ao saneamento dosimpactos criados. Essa capacidade, como ficou comprovado, é limitada [1].

Acreditando-se nesta recuperação da natureza, nenhuma ação foi realizada paracontrolar a geração destes rejeitos, portanto o desenvolvimento da sua gerência e,conseqüentemente, dos processos para o seu tratamento não acompanharam oritmo desta geração. O resultado são grandes áreas impactadas e enormesquantidades de resíduos armazenados sem tratamento. No Brasil a própria definiçãode resíduos só foi legalmente apresentada no final da década de 80 [3, 4]. Narealidade no mundo inteiro esta preocupação só se fez visível na década de 90 [3, 4,5] e tem tomado força neste novo milênio.

A interação dos contaminantes com o meio ambiente deve ser cuidadosamenteestudada, pois o transporte geoquímico de materiais para os aqüíferos e para a

cadeia alimentar coloca um grave problema ambiental. Desta forma estes rejeitosnão podem ser descartados sem tratamento e é necessário buscar um caminhoeficiente de estocá-los no ambiente. Esse tratamento pode ser qualquer processoque altere as características, composição ou propriedades do rejeito, de maneira atornar mais aceitável sua disposição final ou que elimine o fator de risco [6, 7].

A cimentação, um dos processos de solidificação, que consiste na mistura do rejeitocom cimento, é uma técnica particularmente eficiente para rejeitos com elevadosteores de metais tóxicos, pois devido ao pH obtido na mistura com cimento, diversoscátions multivalentes são convertidos em carbonatos e hidróxidos insolúveis, alémdo que os íons metálicos também podem ser retidos na estrutura cristalina que é

formada pelos minerais de cimento [7, 8, 9, 10, 11].

Esta técnica é um método de baixo custo da própria matéria-prima, bem como doinvestimento inicial que, basicamente, requer equipamentos comuns de mistura.Outra vantagem é que o processo ocorre a temperatura ambiente, não havendoportanto necessidade de energia auxiliar. Estas vantagens, aliadas à tecnologia demanuseio e mistura e às características do cimento, que são bem conhecidas,tornam este processo um método econômico e tecnicamente viável, compatível coma realidade do nosso país.

As possibilidades que ainda têm de ser estudadas são aquelas, em que

conseguindo-se um produto de rejeito solidificado e provando-se que a retenção doscontaminantes é máxima, utilizar-se este material solidificado na própria indústria,seja como piso, mourões ou outros artefatos, diminuindo a quantidade de rejeito aser estocada, diminuindo desta forma o impacto ambiental como um todo.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1 Rejeitos EstudadosForam estudados rejeitos da indústria de petróleo, resíduos de caixas separadorasde postos de abastecimento e solos contaminados com combustíveis automotivos.

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Rejeitos de perfuração – Nas operações de perfuração de petróleo são produzidosdois tipos de despejo: cascalho e fluido de perfuração [12]. Nas perfurações em terraestes resíduos são descartados em diques juntamente com outros despejos daoperação. Nas Tabelas 2 e 3 são apresentadas algumas características destesrejeitos.

TABELA 2: Características físicas dos resíduos de perfuração estudados

Rejeito Origem do RejeitoDensidade

(g/ml)pH

Teor deSólidos (%)

FP Fluido de Perfuração 1,05 9,5 35FPE Fluido de Perfuração (Emulsão) 1,01 11,0 86FPO Fluido de Perfuração (Óleo) 0,78 8,0 -C Cascalho 1,71 10,0 77

TABELA 3: Concentrações em mg/L dos contaminantes encontrados nos resíduosde perfuração

ContaminanteRejeito

Fe Cu Cd Zn Pb Ni Cr+3 As Ba

FP 26.250 55,6

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Figura 1 – Caixa separadora de uma usina asfáltica

Solos contaminados por derivados de petróleo e álcool combustível – Parasimular este tipo de resíduo foi utilizado um solo da região de Belo Horizonte, de cor

avermelhada, sendo do tipo argiloso. Este solo foi impregnado com gasolina, óleodiesel e álcool, combustíveis normalmente oferecidos nos pontos de abastecimento(Tabela 5).

Tabela 5 – Rejeito simulando solos contaminados com combustíveis.

Rejeito simuladoCompostos que contribuem para a

contaminação

Solo contaminado por gasolinaHidrocarbonetos saturados, olefínicos,aromáticos, álcool etílico e benzeno

Solo contaminado por etanol Etanol, gasolinaSolo contaminado por óleo dieselmetropolitano

Hidrocarbonetos parafínicos, naftênicos,aromáticos, enxofre, compostosnitrogenados e oxigenados.

2.2 Aglomerantes e Adi tivos

Cimento – O cimento utilizado foi o Portland de Alta Resistência Inicial, classificadocomo CP-V-ARI PLUS, um tipo particular do cimento Portland, cuja característica

principal é atingir altas resistências já nos primeiros dias de aplicação [13].

Adit ivos – Foram usados aditivos para cimento e argilas naturais [14].

Agregados – Para a confecção do concreto foram usadas areia lavada e brita 1.

2.3 Cimentação

Para os resíduos de perfuração e os RSSAO foi feita a mistura direta do rejeito comcimento e os aditivos, na preparação da pasta. Para os solos foi necessárioacrescentar água para se conseguir uma trabalhabilidade adequada. Na preparação

do concreto foram utilizados os parâmetros de pasta e acrescentadas brita e areia.

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2.4 Ensaios

Foram realizados ensaios para determinação de parâmetros de processo epropriedades do produto solidificado obtido.

A avaliação da viscosidade foi feita na pasta recém preparada utilizando-se um

viscosímetro com rotores em forma de T, apropriados para medidas reológicas[15].’

Para a determinação do tempo de pega coloca-se a pasta recém preparada naforma específica para este ensaio e faz-se a medida em um aparelho “agulha deVicat” automático [16].

Após 7 dias de cura, alguns corpos-de-prova foram retirados dos moldes ecolocados sobre papel absorvente durante 24 horas, para avaliação da liberação doóleo (Figura 2a).

Após o teste de liberação de óleo em papel, as amostras foram imersas em água,

por 72 horas, para verificar o estado monolítico (Figura 2b).A resistência à compressão foi determinada em corpos-de-prova cilíndricos, de 5 cmde diâmetro por 10 cm de altura, para a pasta, e de 15 cm por 30 cm, para oconcreto. Após 28 dias de cura seca, as amostras foram ensaiadas utilizando-seuma prensa hidráulica de acordo com a norma NBR 7215 [17].

Os ensaios de lixiviação foram realizados de acordo com a norma NBR 10.005 [18].

a bFigura 2. Ensaios: (a) Liberação de óleo em papel (b) Imersão.

3. RESULTADOS

Os resultados para os produtos solidificados contendo rejeitos de perfuração sãoapresentados na Tabela 6. Apresentam-se os valores obtidos na lixiviação, segundoa norma NBR 10.005 [18] e comparam-se os valores encontrados no rejeito inicial eaqueles recomendados pelas normas ambientais [3, 4].

Nos produtos obtidos da preparação de pastas de cimento e RSSAO, conseguiu-seincorporar até 61% em massa, com resistência à compressão de 22 MPa. Osresultados para o concreto obtido da incorporação dos RSSAO são sumariados na

Tabela 7. Neste caso incorporou-se no concreto 22% de rejeito em massa, o quecorresponde e 30% volume.

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Tabela 6 – Concentrações dos contaminantes em mg/L no rejeito de perfuração “innatura” e no tratado por cimentação.

ContaminanteRejeitoAs Ba Cd Pb Cu Cr+3 Fe Ni Zn

Rejeito “in natura”(FPE)

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4. DISCUSSÃO

A avaliação dos processos baseou-se nos resultados de resistência à compressãodos produtos sólidos monolíticos, que não apresentaram líquido livre após 24 horasde cura, bem como nos resultados dos ensaios de liberação de óleo em papel e

imersão em água.

Comparando-se as concentrações no lixiviado com as concentrações do rejeito “innatura” (Tabela 6), conclui-se que mais de 99% dos contaminantes são retidos noproduto solidificado, comprovando a eficiência do processo. Na Figura 3 estesresultados são mostrados graficamente. Observa-se que não foram plotados osvalores das concentrações de bário e ferro encontradas no rejeito “in natura”. Istoporque estes valores são muito altos e prejudicaria a comparação dos outrosvalores.

Figura 3: Concentração dos Diversos Contaminantes no Rejeito “in natura”, noProduto Cimentado de Rejeito e a Recomendada pela Norma.

Os resultados obtidos para os produtos contendo RSSAO foram muito bons.Conseguiu-se incorporar uma grande quantidade deste rejeito em pastas decimento, quantidade essa que variou com o teor de sólidos do rejeito, fator que afetaa resistência à compressão (RC) do produto solidificado, devido ao aumento darelação água/cimento (a/c). RSSAO com teores de sólidos entre 50 e 65%apresentaram melhores RC. Os concretos obtidos também apresentaram bonsresultados. Para comparar, por exemplo, pisos industriais exigem RC em torno de 15MPa.

As pastas contendo solos contaminados apresentaram resultados comparáveis àsanteriores. Espera-se obter melhores resultados quando da confecção do concreto.

As misturas contendo álcool serão otimizadas para a obtenção de maiores RC.

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5. CONCLUSÃO

Este trabalho apresenta uma opção simples e viável para a resolução de doisproblemas básicos quanto aos resíduos gerados pela fabricação e utilização dederivados de petróleo e álcool lubrificante, ou seja, a eliminação do passivo

ambiental (resíduo estocado e solos contaminados) e a adequação destasatividades às normas ambientais vigentes. O que se propõe é transformar o passivoambiental em concreto e utilizá-lo, sem riscos para o ser humano e o ambiente.

A pasta ou o concreto, contendo os resíduos, pode ser preparado por qualquer tipode equipamento apropriado e o produto solidificado pode ser usado para construçãode alvenarias, pisos, pré-moldados entre outros produtos utilizáveis na construçãocivil. Para o tratamento deste rejeito em escala industrial não são necessáriosgrandes investimentos em equipamentos ou materiais.

Estes processos são objeto de pedido de patente.

6. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq pela bolsa concedida a Sandro R. Seles, a esteestagiário e à colaboração de Maria Judite Haucz, Francisco Donizete Cândido,Adair Generoso do Carmo, Nirlando A. Rocha e Walter de Brito no desenvolvimentodo trabalho.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] CETESB. Disponível em

Acesso em 29 maio 2004.

[2] WEAST, R.C. CRC handbook of chemistry and physics. 64 ed. Boca Raton:CRC Press, 1983.

[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Norma NBR 10004,1987. Resíduos sólidos. Rio de Janeiro: ABNT

[4] BRASIL. CONAMA. Resolução n° 06, de 15 de junho de 1988. Diário Oficial [daRepública Federativa do Brasil], Brasília: p.92-94, 2 jan. 1989. Seção I.

[5] FRANCE. Géstion de déchets – Guide pour les établissements publicsd'enseignement supérieur ou de recherche. Document édité en Mai 2002.Disponível em Acesso em 15 maio 2004.

[6] POJASEK, R.B. Solid-waste disposal: solidification. Chemical Engineering,v.86, n.17, p.141-145, Aug. 1979.

[7] SERIE DE ATAS DA CETESB. Resíduos sólidos industriais. São Paulo:CETESB, n.1, ago. 1985.

[8] McWHINNEY, H.G.; COCKE, D.L. A surface study of the chemistry of zinc,cadmium, and mercury in Portland cement. Waste Management, v.13, p.117-

123, 1993.

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http://www.cetesb.sp.gov.br/Solo/areas_contaminadas/relacao_areas.asphttp://www.sdfp.lnet.fr/http://quit/http://zoomviewout/http://zoomviewin/http://print/http://saveas/http://../fscommand/menu_geral.pdfhttp://../fscommand/ictr.pdfhttp://www.sdfp.lnet.fr/http://www.cetesb.sp.gov.br/Solo/areas_contaminadas/relacao_areas.asp

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[9] KINDNESS, A. et al. Immobilization and fixation of molybdenum (VI) byPortland cement. Waste Management, v.14, n.2, p.97-102, 1994.

[10] KINDNESS, A. et al. Immobilization of chromium in cement matrices. WasteManagement, v.14, n.1, p.3-11, 1994.

[11] CHEESEMAN, C.R. et al. Heavy metal leaching from hydroxide, sul-phide andsilicate stabilised/solidified wastes. Waste Management, v.13, n.8, p.545-552,1993.

[12] SEABRA, P. et al. As atividades de perfuração e produção de petróleo e o meioambiente. Boletim Técnico da PETROBRÁS, Rio de Janeiro, v.27, n.1, p.42-49,

jan./mar. 1984.

[13] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CIMENTO PORTLAND. Guia Básico deUtilização do Cimento Portland. São Paulo: ABCP, BT-106, 1998.

[14] TELLO, C.C.O. Avaliação de bentonitas nacionais como aditivo na cimentaçãode rejeitos radioativos. Belo Horizonte: CNEN / CDTN, CDTN 620, 1989

[15] TELLO, C.C.O. Determinação de viscosidade em argamassas de cimentocontendo rejeitos. Belo Horizonte: CDTN/CNEN, 1996, (RT CT3-CDTN-0295).

[16] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Cimento Portland:Determinação dos tempos de pega. Rio de Janeiro: ABNT, jul., 1991, (NBR11582).

[17] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Cimento Portland:Determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro: ABNT, jul., 1991,(NBR 7215).

[18] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Lixiviação de resíduos.

Rio de Janeiro: 1987. (NBR 10005)

8. ABSTRACT

The aim of this paper is to present the research conducted at Centro deDesenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN), Belo Horizonte in order to treathazardous wastes from industrial and service activities. The objective is to eliminateenvironmental stock liability producing materials, which can be used without risks forthe human body and the environment. The proposed process is the cementation thatconsists in stabilise these wastes and transform them in solid products that can be

handled, transported and stored without contamination risks. Wastes from the oilproduction, sumps and contaminated soils are incorporated in cement to producepastes and concrete. Tests are performed to determine the process parameters andthe solidified product properties with the purpose of selecting those that obey theenvironmental legislation, and present suitable characteristics to use. Leaching testsshowed that more than 99% of the contaminants were retained on the product, andno release above the regulatory limits. The incorporation of the wastes from sumps is22% in the concrete, and 32% of soil in the paste, with compressive strength higherthan 15 MPa.

Key-words: oil wastes, hazardous wastes, treatment, cementation

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