Vol. 20 Núm. 1 (2021): Revista UIS Ingenierías
Artículos

Efecto del uso de lodo residual de las plantas de tratamiento de agua como un sustituto parcial de arcilla en la producción de ladrillos refractarios

Alejandra Sarabia-Guarín
Universidad Francisco de Paula Santander
Jorge Sánchez-Molina
Universidad Francisco de Paula Santander
Juan Carlos Bermúdez-Carrillo
Universidad Francisco de Paula Santander

Publicado 2020-10-21

Palabras clave

  • pyroscopic resistance,
  • ladrillos refractarios,
  • lodos residuales,
  • planta de tratamiento de agua

Cómo citar

Sarabia-Guarín, A., Sánchez-Molina, J., & Bermúdez-Carrillo, J. C. (2020). Efecto del uso de lodo residual de las plantas de tratamiento de agua como un sustituto parcial de arcilla en la producción de ladrillos refractarios. Revista UIS Ingenierías, 20(1), 11–22. https://doi.org/10.18273/revuin.v20n1-2021002

Resumen

El lodo generado por el tratamiento de agua ha sido clasificado como un contaminante ambiental potencial. Debido a que su composición química es similar a la arcilla, se propuso evaluar el efecto de su incorporación como un sustituto parcial de los materiales arcillosos tradicionales en la elaboración de ladrillos refractarios de aluminosilicatos. Las materias primas utilizadas se caracterizaron por DRX y FRX; los prototipos diseñados se mezclaron, extruyeron, secaron y dispararon a 1200 ° C, evaluando su contracción lineal, densidad aparente, porosidad, absorción de agua y resistencia mecánica y piroscópica (punto de reblandecimiento por conos de fusión). Los resultados muestran que la adición de un 10% de lodos residuales del tratamiento de agua industrial contribuyó a elevar el punto de reblandecimiento de la arcilla obteniendo un ladrillo refractario capaz de soportar temperaturas de hasta 1430 °C.

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Referencias

[1] IDEAM, “Solidos Suspendidos Totales en agua secados a 103-105°C,” IDEAM, Bogotá D.C., 2007. [Online]. Available: http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/S%C3%B3lidos+Suspendidos+Totales+en+aguas.pdf/f02b4c7f-5b8b-4b0a-803a-1958aac1179c

[2] L. Acosta, “Estado del arte del tratamiento de aguas por coagulación-floculación,” ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azucar, vol. XL, no. 2, pp. 10-17, 2006.

[3] G. Roldán, J. Ramírez, Fundamentos de limnología neotropical, Segunda ed. Medellín, Colombia: Universidad de Antioquía, 2008.

[4] N. D. Tzoupanos, A. I. Zouboulis, “Coagulation-flocculation processes in water/wastewater treatment: the application of new generation of chemical reagents,” in 6th IASME/WSEAS International Conference on Heat Transfer, Thermal Engieering and Environment, Rhodes, Grecia, 2008, pp. 309-317.

[5] A. Matilainen, M. Vepsäläinen, M. Sillanpää, “Natural organic matter removal by coagulation during drinking water treatment: A review,” Advances in Colloid and Interface Science, vol. 159, pp. 189-197, 2010, doi: 10.1016/j.cis.2010.06.007

[6] O. Gibert, B. Lefèvre, A. Teuler, X. Bernat, J. Tobella, “Distribution of dissolved organic matter fractions along several stages of a drinking water treatment plant,” Journal of Water Process Engineering, vol. 6, pp. 64-71, 2015, doi: 10.1016/j.jwpe.2015.03.006

[7] Y. T. Chee, M. B. Pretty, P. Y. Katrina, Y. W. Ta, “Recent Advancement of Coagulation–Flocculation and Its Application in Wastewater Treatment,” Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 55, no. 16, pp. 4363-4389, 2016, doi: 10.1021/acs.iecr.5b04703

[8] L. Semerjian, G. Ayoub, “High-pH–magnesium coagulation–flocculation in wastewater treatment,” Advances in Environmental Research, vol. 7, pp. 389-403, 2003, doi: 10.1016/S1093-0191(02)00009-6

[9] M. Tantawy, “Characterization and pozzolanic properties of calcined alum sludge,” Materials Research Bulletin, vol. 61, pp. 415-421, 2015, doi: 10.1016/j.materresbull.2014.10.042

[10] T. Ahmad, K. Ahmad, M. Alam, “Characterization of Water Treatment Plant’s Sludge and its Safe Disposal Options,” Procedia Environmental Sciences, vol. 35, pp. 950-955, 2016, doi:
10.1016/j.proenv.2016.07.088

[11] S. Jiménez, M. M. Micó, M. Arnaldos, F. Medina, S. Contreras, “State of the art of produced water treatment,” Chemosphere, vol. 192, pp. 186-208, 2018, doi: 10.1016/j.chemosphere.2017.10.139

[12] S. C. Bondy, “Low levels of aluminum can lead to behavioral and morphological changes associated with Alzheimer's disease and age-related neurodegeneration,” NeuroToxicology, vol. 52, pp. 222-
229, 2016. doi: 10.1016/j.neuro.2015.12.002

[13] Z. Wang, X. Wei, J. Yang, J. Suo, J. Chen, X. Liu, X. Zhao, “Chronic exposure to aluminum and risk of Alzheimer’s disease: A meta-analysis,” Neuroscience Letters, vol. 610, pp. 200-206, 2016, doi: 10.1016/j.neulet.2015.11.014

[14] G. Chobanoglous, Wastewater engineering, treatment, disposal and reuse. New Delh, USA: McGraw-Hill, 1987.

[15] L. Jin, G. Zhang, “Current state of sewage treatment in China,” Water Research, vol. 66, pp. 85-98, 2014, doi: 10.1016/j.watres.2014.08.014

[16] E. Metcalf, Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery. Nueva York, USA: McGraw Hill Education, 2013.

[17] B. M. Cieslik, J. Namiesnik, P. Konieczka, “Review of sewage sludge management: standards, regulations and analytical methods,” Journal of Cleaner Production, vol. 90, pp. 1-15, 2015, doi: 10.1016/j.jclepro.2014.11.031

[18] A. Kelessidis, A. Stasinakis, “Comparative study of the methods used for treatment and final disposal of sewage sludge in European countries,” Waste Management, vol. 32, pp. 1186-1195, 2012, doi: 10.1016/j.wasman.2012.01.012

[19] G. Yang, G. Zhang, H. Wang, “Current state of sludge production, management, treatment and disposal in China,” Water Research, vol. 78, pp. 60-73, 2015, doi: 10.1016/j.watres.2015.04.002

[20] M. Kacprzaka, E. Neczaj, A. Fijalkowski, A. Grobelak, A. Grosser, M. Worwag, A. Rorat, H. Brattebo, A. Almas, B. Ram, “Sewage sludge disposal strategies for sustainable development,” Environmental Research, vol. 156, pp. 39-46, 2017, doi: 10.1016/j.envres.2017.03.010

[21] F. Agmar, K. Fagnani, H. Alves, L. Colpini, S. Kunh, S. Nastri, L. Conserva, F. Melchiades, “Effect of incorporating sludge from poultry slaughterhouse wastewater treatment system in ceramic mass for tile production,” Environmental Technology & Innovation, vol. 9, pp. 294-302, 2018, doi: 10.1016/j.eti.2017.11.010

[22] M. Juel, A. Mizan, T. Ahmed, “Sustainable use of tannery sludge in brick manufacturing in Bangladesh,” Waste Management, vol. 60, pp. 259-269, 2017, doi: 10.1016/j.wasman.2016.12.041

[23] J. Cusidó, L. Cremades, C. Soriano, M. Devant, “Incorporation of paper sludge in clay brick formulation: Ten years of industrial experience,” Applied Clay Science, vol. 108, pp. 191-198, 2015, doi: 10.1016/j.clay.2015.02.027

[24] D. Eliche, R. Azevedo, F. Corpas, “Effect of sludge from oil refining industry or sludge from pomace oil extraction industry addition to clay ceramics,” Applied Clay Science, vol. 114, pp. 202-211, 2015, doi: 10.1016/j.clay.2015.06.009

[25] S. Amin, E. Abdel, Hamid, S. El-Sherbiny, H. Sibak, M. Abadir, “The use of sewage sludge in the production of ceramic floor tiles,” HBRC Journal, pp. 1-7, 2017, doi: 10.1016/j.hbrcj.2017.02.002

[26] L. Araujo, S. Molina, L. Noguera, “Aprovechamiento de los lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas residuales como materia prima en la industria de la construcción: revisión bibliográfica,” Revista Agunkuyâa, vol. 8, no. 1, pp. 1-11, 2018.

[27] M. Ramírez, A. Vásquez, J. Gómez, F. Cabrera, “Total replacement of recycled aggregate and treated wastewater: concrete recycling in extremis,” Journal of Sustainable Architecture and Civil Engineering , vol. 15, no. 2, pp. 66-75, 2016, doi: 10.5755/j01.sace.15.2.15464

[28] S. Abo-El-Enein, A. Shebl, S. Abo-El-Dahab, “Drinking water treatment sludge as an efficient adsorbent for heavy metals removal,” Applied Clay Science, vol. 146, pp. 343-349, 2017, doi: 10.1016/j.clay.2017.06.027

[29] M. Tantawy, S. Ramadan, “Middle Eocene clay from Goset Abu Khashier: Geological assessment and utilization with drinking water treatment sludge in brick manufacture,” Applied Clay Science, vol. 138, pp. 114-124, 2017, doi: 10.1016/j.clay.2017.01.005

[30] O. Kizinievič, V. Kizinievič, R. Boris, G. Girskas, J. Malaiškienė, “Eco-efficient recycling of drinking water treatment sludge and glass waste: development of ceramic bricks,” Journal of Material Cycles and Waste Management, pp. 1-11, 2017 , doi: 10.1007/s10163-017-0688-z

[31] P. Torres, D. Hernández, D. Paredes, “Uso productivo de lodos de plantas de tratamiento de agua potable en la fabricación de ladrillos cerámicos,” Revista ingeniería de construcción, vol. 12, no. 3, pp. 145-154, 2012, doi: 10.4067/S0718-50732012000300003

[32] S. Pracidelli, F. Melchiades, “Importância da composição granulométrica de massas para a cerâmica vermelha,” Cerâmica Industrial, vol. 2, no. 1, pp. 31-35, 1997.

[33] A. Sarabia, J. Sánchez, J. Leyva, “Uso de nutrientes tecnológicos como materia prima en la fabricación de materiales de construcción en el paradigma de la economía circular,” Respuestas, vol. 22, no. 1, pp. 6-16, 2017, doi: 10.22463/0122820X.815

[34] Método de ensayo para determinar el cono pirométrico equivalente -CPE- de materiales refractarios silicoaluminosos y de alta alúmina. ICONTEC NTC 706, 2018.

[35] Materiales Refractarios. Clasificación General. ICONTEC NTC 623, 1972.

[36] Metodos de enzayo para determinar posoridad aparente, absorción de agua, gravedad específica aparente y densidad aparente por agua en ebullición de ladrillos refractarios y piezas refractarias quemadas, ICONTEC NTC 674, 2002.

[37] M. Lassinantti, A. Gualtieri, S. Gagliardi, P. Ruffini, R. Ferrari, M. Hanuskova, “Thermal conductivity of fired clays: Effects of mineralogical and physical properties of the raw materials,” Applied Clay Science, vol. 49, no. 3, pp. 269-275, 2010.

[38] J. Linares, F. Huertas, J. Capel, “La arcilla como material cerámico. Características y comportamiento,” Cuadernos de prehistoria y arqueología de la Universidad de Granada, vol. 8, pp. 479-490, 1983.

[39] J. García, M. J. Ortz, A. Saburit, G. Silva, “Thermal conductivity of traditional ceramics: Part II: Influence of mineralogical composition,” Ceramics International, vol. 36, no. 7, pp. 2017-2024, 2010, doi: 10.1016/j.ceramint.2010.05.013

[40] A. García, “Origen y composición de las arcillas cerámicas,” Boletin de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, vol. 24, no. 6, pp. 395-404, 1985.

[41] M. Fernandez, Manual sobre fabricación de baldosas, tejas y ladrillos. Terrassa, España: Beralmar, 2000.

[42] E. Galán, P. Aparicio, “Materias primas para la industria cerámica,” Seminarios de la Sociedad Española de Mineralogía, vol. 2, pp. 31-49, 2006.

[43] D. C. Alvarez, J. Sánchez, F. A. Corpas, J. F. Gelves, “Características de las materias primas usadas por las empresas del sector cerámico del área metropolitana de Cúcuta (Colombia),” Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, vol. 5, no. 6, pp. 247-256, 2018, doi: 10.1016/j.bsecv.2018.04.002

[44] I. Bernal, H. Cabezas, C. Espitia, J. Mojica, J. Quintero, “Análisis próximo de arcillas para cerámica,” Revista de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, vol. 27, no. 105, pp. 569-578, 2003.

[45] K. Swapan, D. Kausik, S. Nar, S. Ritwik, “Shrinkage and strength behaviour of quartzitic and kaolinitic clays in wall tile compositions,” Applied Clay Science, vol. 29, no. 2, pp. 137-143, 2005, doi: 10.1016/j.clay.2004.10.002

[46] Á. X. Moreno, “Obtención tecnológica de mullita a parir de arcillas y caolines refractarios argentinos, y alúmina calcinada o alúminas hidratadas,” doctoral thesis, Universidad Nacional de La Plata, Buenos Aires, 2014.

[47] R. L. Coble, W. D. Kingery, “Effect of Porosity on Physical Properties of Sintered Alumina,” Journal of the American Ceramic Society, vol. 39, no. 11, pp. 377-385, 1956, doi: 10.1111/j.1151-2916.1956.tb15608.x

[48] E. Ertugrul, A. Mustafa, “Utilization of sewage sludge, oven slag and fly ash in clay brick production,” Construction and Building Materials, vol. 194, pp. 110-121, 2019, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.10.231

[49] W. Callister, Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Barcelona, España: Reverté, 2007.

[50] P. A. Ospina, “Influencia de la Adición o Aumento en la Cantidad de Mullita en la Resistencia a la Flexión de una Pasta de Porcelana Eléctrica Comercial,” doctoral thesis, Universidad Nacional de Colombia, Medellín, 2015.

[51] C. Rodríguez, G. Cultrone, A. Sánchez, A. Sebastian, “EM study of mullite growth after muscovite breakdown,” American Mineralogist, vol. 88, no. 5-6, pp. 713-724, 2003.

[52] W. E. Lee, G. P. Souza, C. J. McConville, T. Tarvornpanich, Y. Iqbal, “Mullite formation in clays and clay-derived vitreous ceramics,” Journal of the European Ceramic Society, vol. 28, no. 2, pp. 465-471, 2008, doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.03.009

[53] Oxford University, Diccionario de Ciencias. Madrid, España: Editorial Computlense S.A., 2000.