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Argila Expandida como Mídia Biológica

Atualizado: 19 de Jan de 2019

Esse é mais um texto da série de mídias que as empresas não querem que você conheça e nele vamos falar de uma mídia batida, conhecida e polêmica: a argila expandida. E já vamos avisando que a argila expandida possui uma característica que nenhuma outra mídia de vidro sinterizado possui, nem mesmo das mais renomadas marcas possuem.

A argila expandida é um material desenvolvido há mais de 100 anos nos Estados Unidos para uso na construção de um navio, mas depois foram surgindo novas utilizações na construção civil, aquicultura,  hidroponia, tratamento de resíduos e até ornamentação.

No aquarismo a argila expandida já é usada por uma boa quantidade de aquaristas “ousados” que obtiveram resultados bons ou ruins de acordo com a forma que a argila foi utilizada como mídia para a colonização de bactérias.


Dados técnicos da argila expandida


A argila expandida, como o próprio nome sugere, é fabricada a partir de argila cozida a uma temperatura próxima de 1200°C ( para se ter uma ideia, o ponto de fusão do alumínio é 660°C). O que causa a expansão da argila é a vaporizam de compostos orgânicos e inorgânicos, como madeira ou mesmo água, durante seu cozimento que formam aquelas bolhas de gases dentro da argila expandida.  O formato mais comum de argila expandida encontrado no mercado é o esférico com diâmetro entre 1 e 2,5 centímetros, embora possam ser encontradas argilas maiores e menores no mercado e com formatos diferente do esférico.


A argila expandida possui uma densidade específica que varia entre 0,3 kg por litro a até 0,6kg por litro. Como todo mundo sabe, para título de comparação, a água pesa 1kg por litro.


Devido à sua estrutura e composição química, a argila expandida é um material leve, resistente à compressão, um excelente isolante térmico e acústico e também uma excelente mídia biológica para colonização de bactérias.


Superfície específica : A argila expandida de 2,5cm de diâmetro possui uma superfície específica maior que 0,24 m²/l ( superfície da esfera lisa) chegando até a 0,5m²/l devido à sua superfície completamente irregular. Quanto mais irregular for a superfície da argila expandida, maior a sua superfície específica. Quanto menor o diâmetro da esfera, maior a superfície específica. Para a finalidade de uso em aquários, a argila mais barata (geralmente a mais irregular) é a mais indicada.


Não vamos nos ater a esse assunto porque ele já foi devidamente explicado no nosso texto sobre a superfície específica.


Você pode ler o nosso texto sobre superfície específica aqui!


Veja abaixo a foto de microscópio da superfície interna e externa de uma espuma de argila e da argila expandida usadas num reator anaeróbico de esgoto:


Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura mostrando os diversos estágios de colonização dos diferentes suportes: (a) espuma de alumina antes do experimento de colonização; (b) placa de bactérias desenvolvida sobre a espuma de alumina mostrando a grande diversidade de microorganismos; (c) placa de bactérias sobre a superfície da borracha de EPR; (d) visão ampliada da placa desenvolvida sobre a borracha de EPR, mostrando a grande biodiversidade; (e) interior da argila expandida, mostrando poros fechados e ausência de microorganismos; (f) placa bacteriana na superfície da argila expandida, mostrando o predomínio de bactérias filamentosas.

Capacidade de adesão: A argila expandida possui uma excelente adesão das colônias de bactérias, maior que as mídias plásticas.


Hidrodinâmica: A forma esférica da argila expandida convencional tem uma hidrodinâmica pior que os cilindros ocos, porém isso permite uma excelente filtragem mecânica de partículas.


Composição química: A composição química básica da argila expandida costuma ser principalmente sílica e óxidos de alumínio e magnésio. A argila expandida é completamente inerte e não libera nada na água. Alguns podem dizer que corre o risco de liberar metais pesados, mas quando ocorre a sinterização da sílica, os compostos ficam “aprisionados” na sua estrutura.


Veja abaixo uma tabela de um estudo da composição química de uma argila expandida fabricada no Brasil:


Vantagens da argila expandida


Preço: Se for usar uma grande quantidade de mídia, geralmente filtros de lagos, o saco de argila expandida com 50 litros geralmente está na faixa de R$30,00 a R$40,00, o que faz uma mídia muito barata.


Facilidade ao acesso: Praticamente toda cidade brasileira tem algum comércio que vende argila expandida, seja em lojas de material de construção, jardinagem ou agricultura.


Adsorção de amônia e outros compostos: Não só o carvão ativado, a zeolita e a purigen que adsorvem amônia, como também a argila expandida adsorve amônia em sua estrutura [1]. Alguns minerais especiais ou mesmo tratados adicionados à argila possuem a capacidade, de além de adsorver amônia, adsorve também fosfatos e até alguns compostos orgânicos[2].Algumas argilas são tratadas para serem capazes de adsorver metais pesados e outras compostos tóxicos da mesma forma que o carvão ativado[3]. A faixa de pH que melhor permite a adsorção de amônia é entre 5 e 8, faixa de pH onde se encontra a maioria dos aquários.


Isso quer dizer que a argila expandida possui a incrível propriedade de segurar uma pequena quantidade de amônia da mesma forma que materiais caros usados no aquarismo.

Ainda confuso com o termo adsorção? Veja esse vídeo bem explicativo sobre o assunto:


Desvantagens da argila expandida


Para que a argila expandida funcione bem, e ela funciona, é preciso que ela seja usada adequadamente. Existem dezenas de vídeos e materiais na internet com o uso dela na aquaponia e no tratamento de esgotos residenciais para a colonização de bactérias.


Veja abaixo um vídeo do uso de argila expandida num sistema de aquaponia. A argila expandida usada como mídia biológica e suporte para as plantas.



Não recomendamos o uso dela quebrada, pois ela tende a entupir muito fácil e prejudica muito o fluxo de água, aconselhamos usar ela inteira, principalmente em filtros com baixa vazão (menor que 4000 litros por hora). As argilas muito pequenas costumam entupir com facilidade.


Em dry wets a argila expandida é muito bem aproveitada, sendo possível usar até as de granulometria menor que a de 2,5cm de diâmetro.


Nós da Aquários Sobrinho temos usado a argila expandida em nossos filtros e em filtros de nossos clientes com grande sucesso para aquários e lagos de todos os tipos, desde aquários de amazônicos selvagem com pH muito baixo à aquários de ciclídeos africanos com pH bastante alcalino.


Veja o vídeo da nossa bateria de carpas que utiliza apenas argila expandida e os parâmetros estão idéias. Temos cerca de 40 litros em um filtro pressurizado e cerca de 20 litros num dry wet:

Boa parte da argila expandida, dependendo do processo de fabricação e material, não afundam na água nem com o passar de muito tempo o que permite que elas sejam usadas em um filtro de leito móvel, conforme os vídeos abaixo:

O pior resultados que vimos até então foram em sumps, mas ainda assim é possível ter um bom resultado.


Em filtros pressurizados é que obtivemos os melhores resultados da argila expandida.

É preciso lembrar que a luz é um fator que prejudica grandemente a nitrificação, então, caso for fazer um filtro, lembre de o fazer opaco ou ao abrigo da luz.


Veja informações sobre as bactérias nitrificantes aqui no nosso texto sobre elas!


Conclusão


Com essas informações percebemos que a argila expandida é de fato uma mídia com excelentes características para colonização das bactérias nitrificantes que vão remover a amônia e nitrito dos nossos aquários e também pelo leve poder adsorvente que é uma vantagens perante as mídias de vidro sinterizado.


Muita gente obtém sucesso, mas algumas pessoas não conseguem resultados e isso não é pela mídia, é pelo modo de uso da argila expandida no sistema de filtragem. Existem uma série de fatores que afetam a nitrificação como taxa de oxigênio da água, carbonatos, elementos traços e o fluxo de água (mais importante de todos).


 Veja aqui no nosso texto sobre os fatores limitantes da filtragem biológica mais explicações sobre isso.


Novidades por aí


Nossos amigos mais próximos sabem que estamos com um projeto de desenvolvimento de uma mídia simples e eficiente adequada ao aquarismo há quase um ano e no começo de 2017 ela já estará finalizada. Aguardem que virá uma grande novidade!


Curiosidade:

Veja um pequeno vídeo de uma fábrica de argila expandida


Referência bibliográficas:

[1] Sharifnia, Shahram, et al. "Characterization, isotherm and kinetic studies for ammonium ion adsorption by light expanded clay aggregate (LECA)." Journal of Saudi Chemical Society (2012).

[2] Guo, Lu, et al. "Enhanced removal performance by the core-shell zeolites/MgFe-layered double hydroxides (LDHs) for municipal wastewater treatment." Environmental Science and Pollution Research 23.7 (2016): 6749-6757.

[3] Weng, Chih-Huang, Y. C. Sharma, and Sue-Hua Chu. "Adsorption of Cr (VI) from aqueous solutions by spent activated clay." Journal of hazardous materials 155.1 (2008): 65-75.

Balci, Suna, and Yücel Dinçel. "Ammonium ion adsorption with sepiolite: use of transient uptake method." Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 41.1 (2002): 79-85.

Imagens:

Moravia, W. G., et al. "Caracterização microestrutural da argila expandida para aplicação como agregado em concreto estrutural leve (Microstructural evaluation of expanded clay to be used as lightweight aggregate in structural concrete)." Cerâmica 52 (2006): 193-199.

Ortega, F. S., et al. "Aplicação de espumas cerâmicas produzidas via “gelcasting” em biorreator para tratamento anaeróbio de águas residuárias." Cerâmica 47.304 (2001): 199-203.

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