Angeles Blanco 23-01-08
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008
Alternativas de tratamiento de residuos de la industria papelera A. Blanco
Dpto. de Ingeniería Química, Universidad Complutense de Madrid
Contenidos
• Introducción • Generación de residuos en la industria papelera • Optimización del desgote • Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado: 1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento 2. Valorización energética: combustión 3. Materia prima para la obtención de etanol
• Conclusiones Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 2
1
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
“PRODUCCIÓN LIMPIA DE PAPEL RECICLADO: HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA PRODUCCIÓN DE PAPEL EN LA COMUNIDAD DE MADRID” PROLIPAPEL-CM (S-0505/AMB-0100)
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 3
Actividades UCM
UCM CIB
CIEMAT INIA
-1 I ÓN OCET AC RIZ
ACT CAR
O CT -2
PR MO ED DE CA IC LO LI CIÓ S D DA N E D DE
CALIDAD DEL PRODUCTO
INIA
O
CT -7
R SU EU VA BP TIL LO RO IZA RI DU CI ZA CT Ó CI O N, Ó S, N
ACTIVIDAD 3 OCT-5
OCT-4
OC T6
CA RA CT ER IZ AC IÓ
OCT-3 DISMINUCI ÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO
DISMINUCI ÓN DEL CONSUMO DE AGUA N
CIB CIEMAT Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 4
2
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www.ucm.es/info/prolipapel
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GESTIÓN DE RESIDUOS Î MP
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3
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Producción: 6.5 MMt/año Consumo: 7.8 MMt/año
T. utilización: 84.5% T. recogida: 59% T. reciclaje: 68%
90 GERMANY NETHERLANDS SWITZERLAND AUSTRIA SPAIN BELGIUM FRANCE
Tasa de recogida (%)
80 70
SWEDEN
FINLAND
NORWAY
60 50
UNITED KINGDOM ITALY
40 30
PORTUGAL
20 10 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Tasa de utilización (%) Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 8
TASA DE RECOGIDA GROUP 2
42.7%
70 60 50 40
69.3%
Estonia
Czech Rep.
Austria
Greece
France
Denmark
Hungary
Ireland
Finland
Poland
Italy
Germany
16000
Spain
Netherlands
14000
UK
Norway
12000
Portugal Slovakia Turkey
Sweden Switzerland
30 20
10000 8000 6000 4000 2000
10 0
0
Cz ec P h ola Re n pu d Hu bli ng c ar y Po Ita l rtu y Sl ga ov l ak S ia Be pain l De gium nm Un ite F ark d ra Ki nc ng e d Fi om nl a Au nd st r Ne No ia th rwa er y la S n Sw we d s it z d e e n G r lan er d m a Ire ny la nd
Collection rate (%)
90 80
50.5%
GROUP 3
Recovered paper collection ('000 tonnes)
GROUP 1
Recovered Paper collection ('000 tonnes)
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d
Collection rate (%) Madrid, 2005 23 Enero 2008 9
4
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CONCIENCIACIÓN MA 80.0%
Datos económicos: PIB Demográficos Datos del sector papelero Generación RSU Certificaciones MA Concienciación MA …..
Collection rate
70.0% 60.0%
3
50.0%
1
30.0% 20.0%
y = 0,1789x + 0,1769
10.0%
R = 0,9975 (R = 0,999)
2
0.0% 0.00
GRUPO 1
GRUPO 2
GRUPO 3
Estonia
Czech Rep.
Austria
Greece
France
Denmark
Hungary
Ireland
Finland
Poland
Italy
Germany
Portugal
Spain
Netherlands
Slovakia
UK
Norway
Turkey
2
40.0%
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
Estimated Environmental Consciousness
Sweden Switzerland
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5000
2003: PROGRAMA “TU PAPEL ES IMPORTANTE”
4500 4000 3500 3000
1994: ACUERDO RECOGIDA SELECTIVA
↑ 7%/y
2500 2000 1500 1000 500
Aumentar la recogida y la calidad
0 1985 1987 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Tasa de recogida ('000 tonnes)
TASA DE RECOGIDA
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• Papel para impresión y escritura 30%
• Papel prensa • Envases y embalajes • Papeles para cartón ondulado • Papel kraft para sacos • Cartoncillo
45%
• Papeles higiénicos y sanitarios
14%
• Papeles especiales
11%
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Contenidos
• Introducción • Generación de residuos en la industria papelera • Optimización del desgote • Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado: 1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento 2. Valorización energética combustión 3. Materia prima para la obtención de etanol
• Conclusiones Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 13
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Proceso de fabricación
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Gestión de residuos GESTIÓN DE RESIDUOS EN EL PROCESO PAPELERO Prioridad
Minimización
Siempre que es posible
Cuando no existe otra vía
Valorización Valorización
Vertedero
¿Por qué? ¿Por qué? • Eficacia productiva • Mejora de costes • Mayor rendimiento de MP • Menor impacto ambiental • Menor gestión de residuos ¿Cómo? ¿Cómo? • Reciclado • Control de calidad de MP - Cerámicas • Mejoras en el proceso: - Compostaje - Uso agrícola aumento del rendimiento • Valoración energética: - Producción energía eléctrica y/o térmica - Hornos de clinker de cemento - Gasificación, pirólisis, termolisis - Biocombustibles Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 15
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Características de los lodos LODOS DE DESTINTADO
LODOS DE LA CLARIFICACIÓN DE AGUAS DE PROCESO
Fibras Cargas Tintas Aditivos
Fibras Cargas
LODOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Tratamiento primario y biológico) Fibras y cargas M. org/microrg.
Cuanto mayor es la concentración, más difícil es mezclarlo con un solución viscosa de floculante.
SÓLIDOS VOLÁTILES
Cuanto mayor es su contenido, peor es el desgote, menor es la sequedad final y mayor es el consumo de floculante.
LODOS
CONCENTRACIÓN
Cuanto mayor es su naturaleza coloidal, peor es el desgote.
NATURALEZA COLOIDAL
- Primario
mezclas
biológico +
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Duchas
Filtrado claro
Lodos WT
40% humedad
Ash
LODOS C
Prensa de tornillo 1
F FT
WT
Mesa de gravedad
Tanque de lodos
Ash
Prensa de tornillo 2
DC
LC
Aguas residuales DIP
Tanque de agua de lodos
Máquina FT pH
LC
C FT
LC
F
DIP
FT
Tanque de aguas claras
DAF
LC
Turb
ASR
LODOS
LC
8
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Desgote Mesa de gravedad HUMEDAD INICIAL (%)
HUMEDAD FINAL (%)
98-99
85-90
VENTAJAS
DESVENTAJAS
Bajo coste
Se requiere gran espacio
Bajo consumo de energía Fácil mantenimiento
El lodo debe alimentarse floculado
Pueden alimentarse lodos “blandos”
La velocidad de la tela no suele ser ajustable
APLICACIÓN Gran implementación en la industria papelera para el espesamiento de lodos y para mejorar tratamientos posteriores
filtrado
lodo + floculante
1. Caja de entrada 2. Guía
3. Piquetes 4. Lavado de tela
lodo espesado Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 18
Desgote Prensa de tornillo HUMEDAD INICIAL (%)
HUMEDAD FINAL (%)
VENTAJAS Requerimiento de poco espacio
85-90
Obtención de altas sequedades
40-50
Alta capacidad
FILTROS
ÁREA DE DESGOTE
APLICACIÓN
No apropiado para lodos muy viscosos
Mecanismo de desgote mecánico de lodos más ampliamente empleado en la industria papelera
Consumo de energía relativamente alto
Sequedad opcional por corriente de vapor
ENTRADA LODO HÚMEDO
DESVENTAJAS
Elevado consumo de agua para limpieza
CARCASA ÁREA DE PRENSADO
FILTRADO
LODO SECO
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Contenidos
• Introducción • Generación de residuos en la industria papelera • Optimización del desgote • Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado: 1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento 2. Valorización energética: combustión 3. Materia prima para la obtención de etanol
• Conclusiones Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 20
Desgote de lodos
TIPO DE CARGAS DENSIDAD DE CARGA
PESO MOLECULAR ESTRUCTURA MOLECULAR TIPO DE MONÓMERO
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Optimización del desgote
SISTEMAS ESTUDIADOS SISTEMAS SIMPLES
SISTEMAS DUALES
A
COAGULANTE-FLOCULANTE
B
BENTONITA-FLOCULANTE
C D E
DOSIS 1 kg
polímero sólido/t muestra sólida
2 kg
polímero sólido/t muestra sólida
3 kg
polímero sólido/t muestra sólida
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 22
Optimización del desgote Metodología GERMAN DRAINAGE KIT
10 kg TELA FILTRANTE FILTRO
(mesa de gravedad)
DISPOSITIVO DE RENTENCIÓN
PESA
DRENAJE LIBRE (MESA DE GRAVEDAD)
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 23
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Optimización del desgote Metodología GERMAN DRAINAGE KIT
10 kg FILTRO
TELA FILTRANTE
DISPOSITIVO DE RENTENCIÓN
PESA
ESTABILIDAD DE LOS FLÓCULOS
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 24
Optimización del desgote Metodología GERMAN DRAINAGE KIT
10 kg FILTRO
10 kg
TELA FILTRANTE
DISPOSITIVO DE RENTENCIÓN
PESA
DRENAJE FORZADO (PRENSA TORNILLO)
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Optimización del desgote MÜTEK DFR-04
RETENCIÓN DRENAJE
WITH ADDITIVE B
WITH ADDITIVE A WITHOUT ADDITIVE
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Optimización del desgote Metodología VARIABLES ESTUDIADAS Velocidad de drenaje libre durante un determinado tiempo Volumen de filtrado obtenido a diferentes tiempos Turbidez Retención
MDC y
Sequedad de los lodos
sólidos retenidos
Estabilidad visual de los flóculos
Manejabilidad de los lodos
ANÁLISIS Una dosis
turbidez filtrados obtenidos a t1, t2, y t3
Varias dosis
turbidez del filtrado (recogido conjuntamente) para cada dosis. consistencia del filtrado para cada dosis (retención). Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 30
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Optimización del desgote Resultados-Sistemas Simples
Dosis: 1 kg polímero sólido / t muestra sólida Concentración de polímero: 0,5 % DRENAJE LIBRE EN UN PASO (60s)
Tiempo (s)
62
A
52
B
42
C D
32 22 12 2 100
150
200
Volumen filtrado (mL) Blanco
A
B
C
D
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 31
Optimización del desgote Resultados-Sistemas Simples
Dosis: 1 kg polímero sólido / t muestra sólida Concentración de polímero: 0.5 % VOLUMEN FILTRADO
TURBIDEZ 8000 7000
265
Turbidez (NTU)
Volumen total (mL)
285
245 225 205 185
6000 5000 4000 3000
165
2000
145
1000
125
0 Blanco A
B
C
D
Blanco
A
B
Volumen a t1
Turbidez a t1
Volumen a t2
Turbidez a t2 Turbidez a t3
Volumen a t3
C
D
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Optimización del desgote
Resultados-Sistemas Simples 200 mL TIEMPO DE DRENAJE VOLUMEN DE ESTABILIDAD VISUAL TURBIDEZ a t1 (NTU) LIBRE antes de t1 (s) FILTRADO a t1 (mL) DE LOS FLÓCULOS
Blanco
> t1
173
7550
no
A
59
200
2640
no
B
42
223
4130
+
C
30
249
796
+++
D
27
244
6510
++
MEJOR
PEOR
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 33
Optimización del desgote Resultados-Sistemas Simples Efecto de la dosis: 1, 2, 3 kg polímero sólido/t muestra sólida Concentración de polímero: 0.5 % DRENAJE LIBRE
TURBIDEZ
RETENCION
270
600
260
500
240 230 220 210 200
100 95
Retención (%)
250
Turbidez (NTU)
Volumen filtrado (mL)
280
400 300 200
85 80 75
100
70
0
65
190 180
90
Dosis de polímero C (kg/ton)
0 1 2 3
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 34
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Optimización del desgote Resultados-Sistemas duales Floculante 1 kg/ton Coagulante 1 kg/ton Bentonita 3 kg/ton
60 50 40 30 20 10 0
Floculante
Coagulante-Floculante Bentonita-Floculante
RETENCION
DRENAJE LIBRE Volumen filtrado (mL)
Tiempo de drenaje de 100 ml (s)
DRENAJE LIBRE
Floculante
95 90 85 80 75 70 65 60
Coagulante-Floculante Bentonita-Floculante
TURBIDEZ Turbidez (NTU)
Retención (%)
200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Floculante 1 kg/ton Coagulante 1 kg/ton Bentonita 3 kg/ton
100
Floculante 1 kg/ton Coagulante 1 kg/ton Bentonita 3 kg/ton
Floculante 1 kg/ton Coagulante 1 kg/ton Bentonita 3 kg/ton
200 150 100 50 0
Floculante
Coagulante-Floculante Bentonita-Floculante
Floculante
Coagulante-Floculante Bentonita-Floculante
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Contenidos
• Introducción • Generación de residuos en la industria papelera • Optimización del desgote • Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado: 1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento 2. Valorización energética: combustión 3. Materia prima para la obtención de etanol
• Conclusiones Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 36
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MP en la fabricación de fibrocemento
RIESGO PARA
PRESIÓN
LA SALUD
SOCIAL
AMIANTO
FIBROCEMENTO
AMIANTO – CEMENTO
CELULOSA
LODOS DE DESTINTADO
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 37
MP en la fabricación de fibrocemento Composición de los lodos Minerales (%)
Materia orgánica (%)
Carbonatos
Arcilla
Talco
Otros
Fibras
Otros
44,1
13,86
3,15
1,89
35,15
1,85
63 %
37 %
• Fibras de Pinus Radiata sin blanquear: 6, 9 y 12% • Cemento ASTM Tipo II: 47%
Materias primas
• Al2O3: 3,8% • Arcilla: 4% • Lodo: 5, 10, 15 y 30% • Sílice Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 38
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
70
60
Densidad (g/cm3)
65
55 50 45 40
Humedad (%)
1,6
6% FIBRAS 9% FIBRAS 12% FIBRAS
6% FIBRAS 9% FIBRAS 12% FIBRAS
1,4
1,2
1,0
0
5
10
15
20
25
30
35
0
5
10
15
20
25
30
35
Sustitución de fibra virgen por lodo (%)
Sustitución de fibra virgen por lodo (%)
30
12
Resistencia (MPa)
Tiempo de drenaje (s)
MP en la fabricación de fibrocemento
25 20 6% FIBRAS 9% FIBRAS 12% FIBRAS
15 10
0
5
10
15
20
25
30
35
Sustitución de fibra virgen por lodo (%)
6% FIBRAS 9% FIBRAS 12% FIBRAS
10 8 6 4
0
5
10
15
20
25
30
35
Sustitución de fibra virgen por lodo (%) Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 39
Contenidos
• Introducción • Generación de residuos en la industria papelera • Optimización del desgote • Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado: 1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento 2. Valorización energética: combustión 3. Materia prima para la obtención de etanol
• Conclusiones Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 40
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Generación de calor y/o electricidad Caracterización de los lodos ELEMENTOS MAYORITARIOS Y MINORITARIOS EN CENIZAS (% base seca analizados como elementos y expresados como óxidos) 14 Al2O3 0,014 BaO 32 CaO 0,58 Fe2O3 0,52 K2O 2,8 MgO 0,024 Mn2O3 0,23 Na2O 0,16 P2O5 0,87 SO3 23 SiO2 0,044 SrO 0,26 TiO2 0,011 ZnO
HUMEDAD 37,3 ANÁLISIS INMEDIATO (% base seca) Cenizas (550ºC) 62,3 45,9 Volátiles ANÁLISIS ELEMENTAL (% base seca) 24,1 Carbono 2,70 Hidrógeno 0,07 Nitrógeno Azufre 0,06 Cloro 0,02 MJ/kg Mcal/kg PODER CALORÍFICO 8,22 1,96 Superior (humedad 0% b.h.) 1,23 Superior (humedad 37,3% b.h.) 5,15 7,86 1,83 Inferior (humedad 0% b.h.) 0,92 Inferior (humedad 37,3% b.h.) 3,94
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 41
Proceso de combustión
SALIDA GASES
271 T6
171 T5
101 T4 ARIO
AIRE 2 76 T3
9 Nm3/h
LECHO FLUIDIZADO
44 T2 25 T1
COMBUSTIBLE
ARIO
AIRE 1
60 kg/h
108 Nm3/h PLACA DISTRIBUIDORA CENIZAS
Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 43
19
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Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Alternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera
Proceso de combustión Tem peraturas 1000 900
T (ºC)
800 700 T1
600
T2 500
T3 T4
400
T5 T6
300 0
20
40
60
80
100
120
140
t (m in)
NO (mg/Nm3)
CO (mg/Nm3)
Caracterización físico-química de las cenizas recogidas Parámetro
CO (%)
LECHO
Cantidad recogida (kg)
35.7
Densidad pila (kg/m3)
490
CICLÓN
F. M.
34
52
Cenizas (% b.s.)
98.8
98.9
97.2
CO2 (%)
Inquemados (% b.s.)
1.2
1.1
2.8
Composición del gas O2 (% seco)
160
MEDIA
2.6
301.1
12392.8
2.4
15.4
ANÁLISIS ELEMENTAL
MAX
17.5
569.5
16848.2
6.7
18.7
Carbono (% b.s.)
5.8
5.2
6.4
MIN
0.2
0.1
173.2
0.1
1.6
Hidrógeno (% b.s.)
0.3
0.3
0.3
Nitrógeno (% b.s.)
