Viability of the water treatment plant waste (WTP) utilization at concrete production

The aim of this study is to evaluate the influence of replacing natural sand by different levels of Water Treatment Plant Sludge (WTP sludge) in the production of environmentally friendly concrete. The experiment included the collection and characterization of raw materials, the concrete dosing study produced with different sludge replacement levels of Wet Sludge (WS) and Calcined Sludge (CS) and the evaluation of the produced mixtures with regards the technical, economic and environmental aspect. The sludge samples used in the study were collected from the Tamandua ETA, located in Foz do Iguaçu, Paraná, in three different periods during the year 2014. In the dosage of study, WS (in natura) was substituted by natural sand in the levels of 0, 5, 7 and 10% in concrete with water/cement ratio (w/c) of 0.45, 0.55 and 0.65 and CS (temperature of 900 °C) in levels of 0, 5, 10 and 20% in mixtures with w/c of 0.55, evaluating the properties in the fresh state (workability) and in the hardened state (resistance to axial compression, tensile strength, elastic modulus, water absorption and leaching). From the results obtained it was found that the addition of CS up to 20% resulted in an increase in the mechanical properties of concrete, therefore it can be used in structural concrete, provided that durability studies are carried out. With regards WS, its addition significantly reduces the strength of concrete and is suitable, from a technical point of view, a replacement level up to 5% for applications in concrete, provided that not structural. From an economic point of view, in comparison to the reference concrete, concrete produced with WS resulted in lower production cost while concrete with CS the cost was higher. By thermogravimetric analysis, the sludge may be calcined at lower temperatures (300 to 500 °C), leading to energy saving in the heat treatment process, resulting in an improvement in the economic and environmental factor in the application of the calcinated sludge in the production of concrete. With regards the environmental viability, the results demonstrated that the levels of concentration of the substances analyzed in the leaching test meet the maximum allowed limit, ensuring environmental and human health. The sustainability of sludge use in concrete is confirmed by the reduction in the extraction of natural resources, contributing mainly to the decreas of sludge release in water bodies, and upon satisfying the requirements of the management and environmental legislation system. Further studies should be conducted to assess the effect of replacing sand for higher levels of sludge, analyzing the economic and environmental viability linked to the calcination process.O presente estudo objetiva avaliar a influência da substituição de areia natural por diferentes teores de Lodo de Estação de Tratamento de Água (Lodo de ETA) na produção de concretos ambientalmente amigáveis. O procedimento experimental abrangeu a coleta e caracterização das matérias-primas, o estudo de dosagem do concreto produzido com diferentes teores de substituição de Lodo Úmido (LU) e Lodo Calcinado (LC) e a avaliação das misturas produzidas no aspecto técnico, econômico e ambiental. As amostras de Lodo utilizadas foram coletadas na ETA Tamanduá, localizada em Foz do Iguaçu, PR, em três períodos distintos durante o ano de 2014. No estudo de dosagem fez-se a substituição de LU (in natura) por areia natural nos teores de 0, 5, 7 e 10% em concretos de relação água/cimento (a/c) 0,45, 0,55 e 0,65 e de LC (temperatura de 900 ºC) nos teores de 0, 5, 10 e 20% em misturas de a/c 0,55, avaliando-se as propriedades no estado fresco (trabalhabilidade) e no estado endurecido (resistência à compressão axial, resistência à tração, módulo de elasticidade, absorção de água e lixiviação). A partir dos resultados obtidos constatou-se que a adição de até 20% de LC propiciou aumento nas propriedades mecânicas do concreto, podendo ser empregado em concretos estruturais, desde que realizados estudos de durabilidade. Já a adição de lodo de ETA úmido reduziu significativamente a resistência do concreto, sendo indicado do ponto de vista técnico um teor de substituição de até 5% para aplicações em concretos, desde que não estruturais. Do ponto de vista econômico, em relação ao concreto de referência, concretos produzidos com LU resultaram em menor custo de produção enquanto que concretos com LC maior. Pela análise termogravimétrica o lodo poderá ser calcinado a menores temperaturas (de 300 a 500 oC), promovendo economia energética no processo de tratamento térmico, resultando num melhoramento no aspecto econômico e ambiental da aplicação do Lodo calcinado na produção de concretos. Por meio da viabilidade ambiental, os resultados demonstraram que os níveis de concentração das substâncias analisadas no ensaio de lixiviação atendem ao limite máximo permitido, assegurando a saúde humana e ambiental. A sustentabilidade do aproveitamento do lodo em concreto confirma-se pela redução na extração de recursos naturais, contribuindo principalmente, na diminuição do lançamento de lodo em corpos hídricos, e ao atendimento dos requisitos do sistema de gestão e legislação ambiental vigente. por teores mais elevados de lodo, analisando a viabilidade econômica e ambiental vinculada ao processo de calcinação