Caracterização de Resíduo Sólido Sintético contendo Metais Pesados

IMOBILIZAÇÃO DOS CONTAMINANTES ATRAVÉS DA ESTABILIZAÇÃO POR
SOLIDIFICAÇÃO
Clarice Oliveira da Rocha 1
Amanda de Paula Ramos2
André Luiz Fiquene de Brito 3
1,2
Mestrandas do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química – PPGEQ
3
Professor Doutor da Universidade Federal de Campina Grande – PPGEQ
RESUMO: Os interesses pelo estudo de resíduos sólidos têm crescido, em especial, devido a
três fatores principais: grande quantidade gerada, gastos financeiros com o seu gerenciamento
e impactos causados ao meio ambiente e à saúde da população. Na composição da maioria
desses resíduos prevalece os metais pesados e produtos químicos que não são naturais, nem
biodegradáveis. Os ciclos naturais são ameaçados e o ambiente se torna cada vez mais
poluído. O objetivo deste trabalho é classificar o resíduo sólido sintético, em seguida tratá-los
utilizando a tecnologia estabilização por solidificação e caracterizar através do teste de
lixiviação e solubilização. Uma das tecnologias usadas para esse tipo de resíduo é a
Estabilização por Solidificação, que estabiliza e solidifica o contaminante. Para que esses
resíduos tenham destino adequado, é necessário que eles sejam classificados de acordo com as
normas brasileiras. A classificação desses resíduos é feita avaliando o comportamento deste
em contato com um solvente. O ensaio de lixiviação é usado para determinar a periculosidade
do material contaminado. Já, o ensaio de solubilização é submetido para definir as suas
respectivas classes (II A - não inertes ou IIB - inertes). Os resultados dos ensaios de lixiviação
mostram que o resíduo sólido sintético foi classificado como classe I (perigoso) e após o
tratamento com a E/S passou para classe II (não perigoso). O ensaio de solubilização mostrou
que os materiais tratados são não inertes (classe IIA), podendo ser disposto em aterro de não
inerte e/ou aterro sanitário industrial.
PALAVRAS-CHAVE: Estabilização/Solidificação. Lixiviação. Solubilização.
1. INTRODUÇÃO
Segundo estudo da SECTMA/CPRH (2008), o meio ambiente sofreu, por muito
tempo, com a atividade predatória do homem, sem controle ou planejamento, em busca de
lucros. Essa atividade, realizada algumas vezes de forma inconsciente, não nos deixa de trazer
preocupações com as perdas da qualidade ambiental, uma vez que essas perdas têm como
consequência o aumento da temperatura e da degradação ambiental em todo o mundo. Essas
perdas são causadas pela geração anual de milhões de toneladas de resíduos sólidos (GAIOTI,
2008).
Os interesses pelo estudo de resíduos sólidos têm crescido, em especial, devido a três
fatores principais: grande quantidade gerada, gastos financeiros com o seu gerenciamento e
impactos causados ao meio ambiente e à saúde da população (CUNHA e FILHO, 2002).
A composição da maioria desses resíduos é composta por metais pesados e por
produtos químicos que não são naturais, nem biodegradáveis. Em consequência disto, os
ciclos naturais são ameaçados e o ambiente se torna cada vez mais poluído (KRAEMER,
2005). Procurar alternativas para atenuar e/ou remover os metais pesados tem sido uma das
preocupações dos órgãos ambientais, indústrias e instituições de pesquisas em nosso país.
Uma das tecnologias usadas para esse tipo de resíduo industrial é a Estabilização por
Solidificação, que estabiliza e solidifica o contaminante em um aglomerante, que geralmente
é o cimento. Quando o material é tratado pela E/S ocorre uma redução da periculosidade,
mobilidade e solubilidade dos seus contaminantes.
A classificação dos resíduos sólidos industriais é feita avaliando o comportamento
deste em contato com um solvente. O ensaio de lixiviação é usado para determinar ou avaliar
a estabilidade química dos resíduos, quando em contato com soluções aquosas, permitindo
assim verificar o grau de imobilização de contaminantes. (ROCCA, 1993). Já, o ensaio de
solubilização é submetido para definir as suas respectivas classes (II A - não inertes ou IIB inertes), visando diferenciar os resíduos classificados na ABNT NBR 10004 como classe II A
e II B.
O objetivo deste trabalho é classificar o resíduo sólido sintético, em seguida utilizar a
tecnologia E/S e caracterizar através do teste de lixiviação e solubilização, visando propor
rotas de destinação final do material tratado.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Apesar da diminuição na quantidade de resíduo industrial, as atividades industriais na
produção de materiais e produtos químicos continuam dando origem a grandes quantidades de
resíduos perigosos (CHEN, et al., 2008) que, na sua maioria, são classificados como Resíduos
Classe I. Esses resíduos são lançados na água ou liberados em aterros, quando não são
dispostos adequadamente, na sua fase final, ocasionando, segundo Canuto et al., (2007), os
impactos ambientais maior do que a poluição causada por pesticidas, monóxido de carbono,
dióxido de enxofre e óxido de nitrogênio. Os problemas da contaminação do meio ambiente
com resíduos industriais perigosos alcançam atualmente dimensões mundiais, sendo
observado tanto nos países desenvolvidos quanto nos subdesenvolvidos.
Os geradores de resíduos industriais, principalmente os que contêm metais pesados,
são obrigados a gerenciar, transportar, tratar e destinar, e essa responsabilidade deve ser por
tempo ilimitado. A indústria é a grande responsável pela grande quantidade de resíduo: sobras
de carvão mineral, refugos da indústria metalúrgica, resíduo químico, gás e fumaça lançados
pelas chaminés das fábricas (MONTEIRO, 2006). Para evitar a liberação desses metais para o
ambiente, a gestão para pequenos geradores de resíduos perigosos, deve ser feita, para que o
destino desses resíduos seja feito com benefícios econômicos (SILVA et al, 2007).
O resíduo perigoso, segundo CEMIG (2008), “É todo produto que por suas
propriedades físicas ou químicas representa riscos para a saúde das pessoas, para a segurança
pública ou para o Meio Ambiente”.
Segundo a ABNT NBR 10004 (2004), a periculosidade de um resíduo é a
característica apresentada por ele que, em função de suas propriedades físicas, químicas ou
infecto-contagiosas, pode apresentar: a) Risco à saúde pública, provocando mortalidade,
incidência de doenças ou acentuando seus índices; b) Riscos ao meio ambiente, quando o
resíduo for gerenciado de forma inadequada.
Para tratar esses resíduos industriais, utilizamos a estabilização e solidificação que são
tecnologias distintas. A Solidificação - refere-se aos processos que encapsulam o material
contaminado para formar um material sólido, reduzindo a migração dos contaminantes
exposta à lixiviação. Na Solidificação, os contaminantes presentes no resíduo perigoso são
retidos numa matriz com partículas menores ou igual a 2 mm ou ainda em nível microscópico,
dessa forma, eles são referidos como microencapsulamento, enquanto a solidificação de um
grande bloco ou container de resíduos é chamado de macroencapsulamento. A Estabilização
- refere-se a processos que envolvem reações químicas que reduzem a lixiviação de resíduos
contaminados. Estabilização química imobiliza materiais perigosos ou reduz a sua
solubilidade através de uma reação química (USEPA, 1999).
Para que os resíduos tenham destino adequado, é necessário que eles sejam
classificados de acordo com as normas brasileiras. A NBR 10.004 - Classificação de resíduos
(ABNT NBR 10.004, 2004) classifica os resíduos em duas classes: Os materiais classificados
como classe II A (não inertes) são materiais que não se enquadram nas classificações de
resíduos de classe I (perigosos) ou de resíduos classe II B (inertes) e apresenta concentração
do contaminante acima do recomendado pela legislação. Os materiais não-inertes podem
ainda apresentar propriedades tais como: combustibilidade, biodegrabilidade ou solubilidade
em água. Os materiais classificados como classe II B (inertes) são materiais que ao serem
coletados de forma representativa e submetidos a um contato com água desmineralizada não
apresentem nenhum de seus constituintes solubilizados em concentrações superiores aos
padrões da potabilidade de água, com exceção aos aspectos de cor, turbidez, dureza e sabor
(BRITO, 2007).
Essa classificação baseia-se na presença de certas substâncias perigosas, relacionadas
na norma, e em testes laboratoriais complementares, nos quais vários parâmetros químicos
são analisados nos extratos lixiviados e solubilizados dos resíduos (SISINNO, 2003).
Os ensaios de lixiviação são utilizados para determinar ou avaliar a estabilidade
química dos resíduos, quando em contato com soluções aquosas, permitindo assim verificar o
grau de imobilização de contaminantes, esse é o procedimento mais utilizado para analisar a
potencialidade de transferência de matéria para o meio natural (ROCCA, 1993). Esse ensaio é
empregado para determinar a concentração dos metais pesados nas matrizes estabilizadas por
solidificação e diminuir a periculosidade dos resíduos estudados, de classe I (perigoso) para
classe II (não perigoso).
O ensaio de solubilização é submetido para definir as suas respectivas classes (II A não inertes ou IIB - inertes), conforme a ABNT NBR 10.006. Esta Norma fixa os requisitos
exigíveis para obtenção de extrato solubilizado de resíduos sólidos, visando diferenciar os
resíduos classificados na ABNT NBR 10004 como classe II A e II B.
3. METODOLOGIA DE PESQUISA
Para a avaliação da imobilização dos contaminantes, serão empregados os ensaios de
lixiviação e solubilização propostos respectivamente pelas normas ABNT NBR 10.005
(ABNT, 2004b) e ABNT NBR 10.006 (ABNT, 2004c).
As etapas desenvolvidas neste trabalho são apresentadas a seguir: i) preparação do
resíduo sólido sintético e ii) corpos de prova, e iii) realização dos ensaios de lixiviação e
solubilização.
i) Preparação do resíduo sintético
O resíduo sólido sintético foi preparado seguindo e adaptado a metodologia de
Minocha et al. (2003). Pesou-se 72,0 g de cada substância, PbO e CdO, em um Becker. Em
seguida, adicionou-se 200 g de Hidróxido de Cálcio e 370 mL de água destilada,
homogeneizando a cada adição, deixando decantar e em seguida filtrando-o. O resíduo
contido no papel de filtro foi seco durante 24 horas ao ar livre.
As reações que ocorreram, são as seguintes:
 CdO + Ca (OH ) 2 → Cd (OH ) 2 ↓ +CaO ↓
(1)
Óxido de
Hidróxido RSS
RSS
cádmio
de cálcio
 PbO + Ca (OH ) 2 → Pb (OH ) 2 ↓ +CaO ↓
(2)
Óxido de
Hidróxido RSS
RSS
chumbo
de cálcio
onde: RSS: Resíduo Sólido Sintético.
O cádmio (Cd) e o chumbo (Pb) reagem com o hidróxido de cálcio, formando o
precipitado, na forma de hidróxidos Cd(OH)2 e Pb(OH)2 e o Óxido de cálcio (CaO). O RSS
terá na sua constituição Chumbo e Cádmio que são os contaminantes perigosos.
A análise da concentração de metais pesados no resíduo foi realizada por
Espectrometria de Absorção Atômica (AAS). A análise foi realizada no laboratório do Fundo
de Fomento à Mineração (FUNMINERAL) - GO.
Os corpos de prova foram preparados utilizando-se o cimento (aglomerante) e o
resíduo sólido sintético (constituído por Chumbo e Cádmio). Foi adotado o Protocolo de
Avaliação proposto por Brito (2007), o tempo e tipo de cura da amostra foi de,
respectivamente, 28 dias e temperatura ambiente.
Para a avaliação da imobilização dos contaminantes, foram empregados os ensaios de
lixiviação e solubilização propostos respectivamente pelas normas ABNT NBR 10.005
(ABNT, 2004a) e ABNT NBR 10.006 (ABNT, 2004b).
Para o ensaio de lixiviação, uma amostra representativa de 100g (base seca) será
colocada em frasco de 2000 mL com água destilada, deionizada e isenta de matéria orgânica
mais solução lixiviante (ácido acético glacial e água). Depois, a solução será submetida à
agitação, em equipamento rotativo com 30 rotações por minuto, relação líquido-sólido (L/S)
igual à 20:1 e tempo de contato com o meio lixiviante igual a 18 ± 2 horas.
Em se tratando de resíduo sólido é mais conviniente expressar os resultados em mg.kh1
. Por isso, utilizaremos a seguinte expressão:
Concentraç ão (mg.Kg
−1
) = Concentraç ão (mg.L -1 ).
Volume do Lixiviado (L)
Massa da Amostra (Kg)
(1)
Quanto ao ensaio de solubilização, ele se caracteriza por usar amostra triturada, numa
relação Líquido/Sólido igual a 4:1 e repouso por sete dias a temperatura ambiente. No ensaio,
uma amostra representativa de 250 g (base seca) do material será colocada em frasco de 1500
mL. Em seguida, foi adicionado 1000 mL de água, deionizada e isenta de orgânicos. Os
metais serão quantificados após repouso por 7 dias, em temperatura de 250ºC.
Observações importantes:
1 - As concentrações do lixiviado e do solubilizado em mg.kg-1 serão obtidas após a
determinação do contaminante em mg.L-1 e a sua relação com: a massa da amostra e o volume
da solução lixiviante usada no ensaio de lixiviação e solução solubilizante usada no ensaio de
solubilização em kg.L-1. A massa da amostra (m amostra) será aquela do ensaio de lixiviação
ou do ensaio de solubilização.
2 - Exemplo: [mg.kg-1] = mg.L-1 x L.kg-1 .
A figura abaixo mostra a vista frontal do aparelho rotativo de frasco utilizado no
experimento.
Figura 1 – Vista Frontal do Aparelho Rotativo de Frascos para Lixiviação
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste trabalho estão apresentados os resultados da pesquisa, com dados obtidos
experimentalmente no Laboratório de Gestão Ambiental e Tratamento de Resíduos
(LABGER) na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG).
3.2 Ensaios de Imobilização dos Contaminantes
Os resultados estão apresentados para lixiviação e solubilização do material
estabilizado e solidificado, de acordo com o Protocolo de Avaliação de Brito (2007).
3.2.1 Ensaio de lixiviação
A tabela 1 mostra os resultados obtidos para o resíduo sólido sintético e o ensaio de
lixiviação do chumbo realizado nos corpos-de-prova (CP), após a estabilização por
solidificação.
Tabela 1 - Resultado do ensaio de lixiviação – Pb+2 e Cd+2
Tratamento Volume na Massa da Conc. em Conc. em LMP
LMP
lixiviação
amostra
mg.L-1
mg.kg-1
mg.L-1
mg.kg-1
(L)
(kg)
A (RSS)
1
0,05
2,37
47,4
1,0
20,0
A (CP-E/S)
2
0,1
1,0
20,0
1,0
20,0
B (RSS)
1
0,05
4,20
84,0
0,5
10,0
B (CP-E/S)
2
0,1
0,5
10,0
0,5
10,0
A- contaminado com chumbo (Pb+2); B- contaminado com cádmio (Cd+2);LMP - Limite máximo permissíveis
para lixiviação; RSS – resíduo sólido sintético; CP-E/S corpo de prova após o tratamento de estabilização por
solidificação.
Os resultados foram obtidos de acordo com a expressão (1), para os valores da
concentração de chumbo e cádmio, o resíduo sólido sintético ficou, mais do dobro para o
chumbo e cerca de vinte vezes mais para o cádmio, acima dos Limites Máximos Permissíveis
(LMP), logo esse resíduo foi classificado como Classe I (perigoso). Logo, esse material
possui propriedades físicas ou químicas, que representa riscos para a saúde das pessoas, para a
segurança pública ou para o Meio Ambiente.
Em seguida, tratou-se esse resíduo com a tecnologia Estabilização por Solidificação,
com cimento Portland IV, com 20% do RSS, curado com 28 dias e ao ar livre. Obteve o
resultado igual ao do LMP para os dois metais, com isso, o tratamento foi classificado como
Classe II (Não Perigoso), podendo apresentar propriedades de combustibilidade, de
biodegradabilidade ou solubilidade em água ou características da potabilidade de água, exceto
os padrões de aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor.
3.2.2 Ensaio de Solubilização
Para saber se os materiais são não inertes (IIA) ou inertes (IIB) foi realizado o ensaio
de solubilização, como apresentado na tabela abaixo.
Tabela 3 – Resultado do ensaio de solubilização
Tratamento Volume na Massa da Conc. em Conc. em LMP
LMP
lixiviação
amostra
mg.L-1
mg.kg-1
mg.L-1 mg.kg-1
(L)
(kg)
A (Pb+2)
1
0,250
0,02
0,08
0,01
0,02
+2
A (Cd )
1
0,250
0,03
0,12
0,005
0,03
Os dados da tabela acima mostram que os tratamentos tanto para o cádmio quanto para
o chumbo podem ser classificados como não inertes (classe IIA), pois estão acima do LMP.
Contudo, esse material nem apresentam periculosidade, nem são inertes, porém, apresentam
ter propriedades de combustibilidade, de biodegradabilidade ou solubilidade em água.
Logo, esse resíduo foi aprovado no ensaio de lixiviação e no ensaio de solubilização,
sendo considerado material estabilizado com restrição (BRITO, 2007).
CONCLUSÃO
De acordo com as avaliações realizadas no material contaminado com metais pesados,
através da estabilização por solidificação, conclui-se que o material imobilizou os
contaminantes, ou seja, a matriz E/S aprisionou os contaminantes na matriz de cimento, sendo
aprovados nos ensaios lixiviação e solubilização
Através desses ensaios verificou que o resíduo sólido sintético foi classificado como
classe I (perigoso). Depois do tratamento com a estabilização por solidificação, o ensaio de
lixiviação mostrou que o material passou para classe II (não perigoso) e pelo ensaio de
solubilização os materiais foram classificados como inertes (classe IIA), podendo ser disposto
em aterro de resíduos não inertes e/ou aterro sanitário industrial, que é um local que assegura
a proteção adequada ao meio superficial e subterrâneo conforme ABNT 8.419 (ABNT NBR
8.419, 1992) e ABNT 13.896 (ABNT NBR 13.892, 1997).
REFERÊNCIAS
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ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT NBR 13.896: Aterros de
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BRITO, A. L. F. Protocolo de Avaliação de Materiais Resultantes da Estabilização por
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Catarina - UFSC, Florianópolis - SC, 2007.
CEMIG. Manual de gerenciamento de resíduos sólidos. Belo Horizonte: 2008.
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