Tractament d’aigües residuals a la indústria paperera i de polpa de paper

La indústria paperera i la importància de l’aigua en els seus processos

La fabricació de paper constitueix una de les principals indústries manufactureres a tot el món, proporcionant una àmplia gamma de productes essencials per a la nostra vida diària.

El procés de producció de paper genera grans quantitats d’aigües residuals que, si no es tracten adequadament, poden tenir un impacte negatiu en el medi ambient i la salut pública.

El paper consisteix en un entramat de fibres vegetals amb un elevat contingut de cel·lulosa que han estat tractades mitjançant diferents processos, disposades sobre un tamís i finalment seques.

Aquestes fibres poden provenir de diferents plantes i arbres, però la font majoritàriament emprada és la de fusta de coníferes, per l’elevada longitud i resistència de les seves fibres. Un terç de tota la fusta processada al món té com a finalitat la producció de paper i de polpa.

La fabricació de paper consumeix diferents recursos:

• Matèria Primera (Aprox. 2,5 Tm fusta /Tm paper)
• Productes Químics (NaOH, sulfits, oxidants, etc.)
• Aigua i Energia (aprox. 10 – 15 m/Tm paper)

En el procés de fabricació de paper, l’aigua s’utilitza com a:

• Mitjà de desintegració de la matèria primera
• Transport de les fibres
• Formació del paper

Procés de fabricació de paper

Separació de la cel·lulosa

El procés comença amb la separació de la cel·lulosa de la resta de substàncies (lignina, olis, resines, etc.), la qual suposa el 50% en pes.

Per a l’extracció de les fibres de cel·lulosa es poden emprar 2 sistemes:

• Polpa mecànica: moldre la fusta. La qualitat de la pasta obtinguda és menor però no es produeixen tants residus líquids.
• Polpa química: sotmetre les escorces de fusta a un tractament químic, amb la finalitat de solubilitzar la lignina perquè les fibres de cel·lulosa es alliberin.

Els productes químics emprats poden ser:

• Productes alcalins: Amb aquest mètode es generen uns efluents de color negre molt contaminants, els quals són tractats per recuperar el sulfat de sodi i la sosa càustica.
• Sulfits: En aquest sistema també es poden recuperar part dels productes químics utilitzats, com és el cas de l’àcid sulfúric.

Els productes químics que no poden ser recuperats es perden amb els efluents residuals, juntament amb restes de cel·lulosa que no ha estat retinguda i que aporta una elevada DQO a l’efluent.

Blanqueig de la pasta

Les restes de lignina que queden junt a les fibres de cel·lulosa li proporcionen color a la pasta, especialment en el cas de la polpa mecànica.

Per a l’obtenció de polpa blanca és necessari sotmetre la polpa a un procés de blanqueig, el qual pot ser dut a terme de diferents maneres:

• Peròxid d’Hidrogen: encara que no elimina la lignina, sí que li sustreu el color.
• Clor gas o de diòxid de clor: Aquest procés és molt menys sostenible ambientalment ja que genera una gran quantitat de compostos organoclorats, incloent diòxines i furans.
• Ozó: Aquesta opció no genera subproductes i per això ha desplaçat l’ús de clor.

La barreja de diferents tipus de polpa humida amb substàncies de farciment (carbonat de calci, caolí, diòxid de titani, etc.) i amb altres additius (sulfat d’alumini, colorants, midó, làtex, etc.) s’estén uniformement sobre un suport metàl·lic i s’asseca, obtenint-se el paper.

Per a la producció de paper per a escriptura o impressió, la superfície de paper s’alleugereix posteriorment mitjançant mitjans mecànics.

Les aigües residuals de la indústria paperera

Durant la producció de paper es consumeix un elevat volum d’aigua, la qual ha de ser a més de gran qualitat. Les aigües residuals de fabricació de paper provenen principalment de tres fonts:

• El líquid residual que es produeix durant el tractament de la polpa (licor negre).
• L’aigua blanca de les màquines de paper, produïda en el procés de fabricació.
• Els vessaments de rentat, cribatge i blanqueig de la polpa. Aquests vessaments estan carregats de substàncies contaminants que han de ser separades per poder reutilitzar-los o vessar-los.

Aproximadament es necessiten entre 1 i 15 m³ d’aigua d’aport per cada tona de fusta utilitzada per fabricar paper, en funció de si existeix o no reutilització d’aigua.

Els efluents generats contenen una elevada contaminació deguda a més de 250 compostos diferents.

Alguns són d’origen natural i procedeixen de la fusta (lignina, tanins, etc.), altres són sintètics i s’incorporen a l’efluent en els processos de fabricació i blanqueig de les pastes de cel·lulosa, com és el cas de fenols, diòxines i furans.

Com s’ha esmentat, el procés de fabricació de polpa i paper genera aigües residuals amb característiques complexes degut a la gran diversitat de substàncies que es troben en l’efluent residual. Entre els contaminants principals es troben:

• Material orgànic: fibres de cel·lulosa, lignina i altres residus de la fusta.
• Sòlids en suspensió: restes de fibres i partícules.
• Compostos tòxics: derivats del clor en el blanqueig, com diòxines i furans.
• Nutrients: nitrogen i fòsfor.

La Demanda Química d’Oxigen (DQO) i la Demanda Biològica d’Oxigen són indicadors de la quantitat de matèria orgànica que demanda oxigen per descompondre’s.

El tractament d’aquestes aigües residuals busca reduir o eliminar aquests contaminants per complir amb les regulacions ambientals i evitar danys a l’ecosistema.

A continuació, es mostra una analítica mitjana dels vessaments que es troben en diferents fases del procés de tractament d’aigües residuals d’una indústria paperera:

És important tenir en compte que la producció de pasta i paper precisa d’aigua de bona qualitat a fi d’aconseguir un bon producte.

Depenent de la ubicació de la fàbrica, és possible que sigui necessari consumir aigua de les xarxes d’abastament de poblacions, cosa que s’ha d’evitar en la mesura del possible.

Per això, a més de reciclar aigües residuals tractades de la pròpia fàbrica, també s’ha optat, en ocasions, per utilitzar aigües reciclades d’EDARs properes.

Tractament d’efluents

Existeixen dues opcions per al tractament de les aigües residuals produïdes per les indústries papereres, segons es reutilitzi o no part dels seus vessaments:

Cicle obert: Tractament de les aigües sense reutilització

L’opció més senzilla consisteix a tractar adequadament els efluents i descarregar l’efluent tractat al medi ambient complint amb les normatives i evitant qualsevol impacte ambiental.

Un tractament satisfactori dels efluents comprèn les etapes següents:

• Homogeneïtzació i neutralització de pH
• Coagulació-floculació seguida d’una decantació o flotació DAF
• Eliminació de la matèria orgànica mitjançant un procés biològic (anaerobi o aerobi), o mitjançant una oxidació avançada (amb ozó, Fenton o foto-Fenton).

Cicle tancat: Tractament de les aigües amb reutilització

Existeix una alternativa més sostenible i en molts casos també més econòmica, que consisteix a tractar els efluents amb la finalitat de recuperar l’aigua per a la seva reutilització.

Atès que la producció de pasta i paper requereix d’aigua en nombroses etapes del procés productiu, incorporar tecnologies de tractament d’aigües residuals a la cadena de producció facilita que una mateixa corrent d’aigua pugui ser reutilitzada contínuament en la mateixa etapa del procés, o que pugui ser enviada i aprofitada en una altra etapa.

Amb un cicle tancat s’aconsegueix assolir un doble objectiu:

• Minimització de l’aigua consumida
• Minimització dels residus líquids produïts

Gràcies a aquest sistema es redueix l’impacte ambiental del procés en el seu conjunt.

Per obtenir una aigua de suficient qualitat per a la seva reutilització, es requereix d’un tractament més exhaustiu que el descrit en el Cicle Obert. Les principals etapes d’aquest tractament són les següents:

• Homogeneïtzació, neutralització de pH i decantació o flotació DAF: aquests processos separen els col·loides i els sòlids en suspensió de major mida
• Oxidació avançada (ozonització preferiblement): amb aquesta etapa es destrueixen les molècules orgàniques de gran mida i que poden ser refractàries en un posterior procés biològic.
• Tractament biològic anaerobi/aerobi: redueix el contingut de matèria orgànica dissolta en el líquid. Amb el procés anaerobi es produeix biogàs que es pot utilitzar com a combustible per a generació d’energia.
• Clarificació de l’efluent mitjançant decantació o flotació DAF
• Filtració de l’efluent de la digestió amb ultrafiltració (UF): primer mitjançant filtres de sorra i posteriorment amb membranes d’ultrafiltració.
• Tractament per òsmosi inversa: l’aigua ultrafiltrada és sotmesa a un procés d’òsmosi inversa, després del qual s’obté una aigua que té la qualitat necessària per poder ser reutilitzada dins del procés de fabricació de paper.
• Evaporació al buit: els residus i rebuigs restants es poden tractar mitjançant evaporació al buit per minimitzar el seu volum. L’aigua recuperada en l’evaporació també pot ser reutilitzada, mentre que el concentrat, reduït a la seva mínima expressió, s’ha de gestionar com un residu.
• Incineració: Els fangs generats, juntament amb residus vegetals com escorces d’arbres, serradures, etc., es poden cremar en una caldera que aporta energia als processos de la indústria.

En aquest moment, és important recordar que si la planta de tractament d’aigües inclou un reactor anaerobi, s’ha de sumar com a combustible el biogàs (bàsicament metà) que procedeix de la digestió biològica.

La suma d’aquestes fonts d’energia serveix per satisfer els requeriments energètics de l’evaporador i el procés global de la fàbrica.

Tractament dels residus per evaporadors al buit

Els evaporadors al buit permeten la reducció del volum de deixalles líquides i la recuperació de recursos valuosos.

Aquest procés aprofita la disminució del punt d’ebullició dels líquids sota condicions de pressió reduïda, permetent l’evaporació a temperatures més baixes que les normals.

Principis i beneficis de l’evaporació al buit

L’evaporació al buit es basa en la relació inversa entre la pressió i la temperatura d’ebullició d’un líquid.

En reduir la pressió en un sistema tancat, els líquids comencen a evaporar-se a temperatures considerablement més baixes.

A la indústria paperera, els efluents líquids solen contenir aigua, contaminants orgànics i inorgànics, i compostos químics utilitzats en els processos de fabricació i tractament.

L’evaporació al buit permet reduir significativament la quantitat de residus líquids, alhora que facilita la recuperació de productes químics, com agents blanquejadors o adhesius, que poden ser reutilitzats a la cadena de producció, reduint el cost de matèria primera.

Addicionalment, els evaporadors al buit recuperen un elevat percentatge d’aigua d’alta qualitat, que pot ser incorporada al procés productiu gràcies a la seva alta puresa.

En resum, l’evaporació al buit és una tecnologia d’alt rendiment amb una clara aplicació a la indústria paperera, que està cada cop més alineada amb les tendències de sostenibilitat i optimització de recursos.

Conclusió

Les indústries de fabricació de paper i els seus derivats consumeixen importants quantitats d’aigua per als seus processos productius. A més, generen vessaments altament contaminats per la separació de productes que es contenen en la matèria primera, així com dels reactius que s’utilitzen per als diferents tractaments del procés.

Davant la creixent demanda de paper, i al consum associat d’aigua, es fa precís un perfeccionament dels processos de depuració de les aigües residuals produïdes, alhora que una modificació dels processos industrials que es segueixen en la fabricació del paper.

L’objectiu que s’estan marcant les indústries és la recuperació de vessaments tractats amb l’objectiu d’assolir el denominat «vessament zero», per minimitzar l’impacte mediambiental amb la reducció del consum d’aigua i la reducció de residus generats; per a això s’han d’utilitzar tecnologies de depuració d’aigües que tenen elevats rendiments.

L’evaporació al buit representa una solució innovadora i efectiva per al tractament d’aigües residuals a la indústria paperera i de polpa de paper. La seva capacitat per minimitzar el volum de residus i facilitar la recuperació d’aigua la converteix en una opció atractiva per a les empreses compromeses amb la sostenibilitat i l’eficiència operativa.

Bibliografia i consultes

– Tecnologia DAF aplicada a la indústria de fabricació de paper per a l’ús de reciclatge d’aigües residuals – Noticias – Wuxi Gongyuan Environmental Equipment&Technology Co., Ltd (gyeclarifier.com)
– PPT – Paper PowerPoint Presentation – ID:2632688 (slideserve.com)
– Quin és l’impacte ambiental del consum de paper – (ecologiaverde.com)