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Papel cotidiano (I/II) El tratamiento de aguas residuales en la industria del papel y de la pulpa

Vivimos rodeados de papel, levanto la vista en mi despacho y no veo otra cosa más que archivadores, cajas, archivadores con proyectos, en definitiva papeles… uno de cada tres correos electrónicos recibidos se imprime directamente para luego almacenarlo o lo que es peor, tirarlo a la papelera; publicidad, cartas, envoltorios, los periódicos dominicales pueden llegar a pesar con todos los suplementos hasta dos kg, pero, ¿de dónde sale tanto papel?

A continuación estudiaremos las generalidades de los principales procesos de fabricación de papel y pulpa. Los principales métodos de pulpación están formados por: procesos semiquímicos (NSSC) y de sulfitos, o sulfatos (o papel Kraft). A escala mundial, los principales procesos de fabricación de papel son los de papel de periódico, papel fino (por ejemplo LWC, impresión sin capas y papel para escritura) y cartones de papel (por ejemplo cartones de empaquetamiento, revestimiento y estriados). En este contexto, solo se discuten las principales fases de producción básica, puesto que las instalaciones reales de máquinas de fabricación papel contienen diversos detalles que dependen, por ejemplo, del proveedor de cada máquina. Comenzaremos hablando del objetivo de todos los procesos de tratamiento de pulpa: separar o disolver el material procedente de la lignina disuelta de la materia prima, madera (por ejemplo picea, pino, abedul, álamo

temblón, roble, etc.) o materiales que no son de madera (por ejemplo paja, bagazo, cáñamo, estopa, etc.), y fibras de celulosa válidas para recuperar y procesar para otros usos. Hay en la actualidad diversos tratamientos de la pulpa; los procesos se eligen principalmente dependiendo del tipo de materia prima y los requisitos de calidad del producto final.Todos los métodos de pulpación consisten en subprocesos posteriores (nota: los molidos finos pueden omitirse en algunas operaciones, por ej., arrojo o blanqueado de químicos de cocción) (ver Figura 1): • Descortezado (o tratamiento de la materia prima). • Astillado. • Cocción (o asimilación). • Lavado o cribado. • Blanqueado y cribado. • Secado. • Recuperación de los productos químicos procedentes de la cocción.

Íñigo Sanz Fernández

Ingeniero Industrial del I.C.A.I., especialidad mecánica, promoción de 2000. Máster en Gestión,Tratamiento y Depuración de Aguas. Profesor colaborador de la EOI. Jefe de proyectos de ABS Tecnologías del Agua, participa en la ejecución de instalaciones de Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales a nivel nacional e internacional.

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Figura 1

Figura 2

En el descortezado se elimina la corteza y otras impurezas como la arena. Los troncos de madera talada se llevan hacia un tambor rotatorio de descortezado donde la corteza se separa mediante la fricción entre los troncos y la pared del tambor. Se puede introducir en el tambor de descortezado agua recirculada o fresca, denominándose este proceso descortezado húmedo. El descortezado húmedo es necesario cuando los productos finales son de alta calidad, como por ejemplo

Tabla 1. Cargas de los efluentes del descortezado seco y húmedo Carga Caudal, m3/ADt TSS, kg/ADt

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Descortezado seco

Descortezado húmedo

0-1

1-3

0,5-3

2-5

BOD7, kg/ADt

0-2

1-5

CODcr, kg/ADt

0-5

5-10

anales de mecánica y electricidad / septiembre-octubre 2005

la pulpa de viscosa. En el descortezado seco, el tambor opera sin agua, y los troncos descortezados se lavan fuera del tambor de descortezado. El descortezado seco se usa generalmente en los modernos molinos de pulpa. Las cargas de los efluentes de descortezado seco y húmedo se muestran en la Tabla 1. En el astillado (triturado), los troncos procedentes del descor tezado se trituran en pequeñas astillas que se utilizan posteriormente para la cocción. El triturado puede tener lugar directamente después del descortezado o después del almacenamiento de troncos. No existe ningún efluente de proceso procedente del triturado (astillado). El secado de la pulpa puede llevarse a cabo mediante un cilindro o máquina del tipo Fourdrinier. La instalación de secado puede ser un cilindro calentado por vapor o de tipo secador de aire. Otra aplicación común es también el secado rápido después del desaguado mecánico, usando gases calientes procedentes de un sistema con un calentador independiente. La cantidad de efluente originado en el secado varía dependiendo del tipo de maquinaria; los valores típicos son 2-4 m3/Adt en los molinos modernos. (ver Figura 2). En los procesos con sulfato (papel de envolver Kraft), la mayor parte del material orgánico de lignina presente en la materia prima se separa de la celulosa mediante unos tratamientos de calentamiento presurizado, que usan sulfuro de álcalis que contiene un licor, también llamado licor blanco. Este proceso se llama cocción. Los tratamientos normales de cocción consisten en sistemas continuos y discontinuos. En los molinos modernos, no existe ningún efluente procedente de este proceso, excepto los drenajes de filtraciones. Después de la cocción, la pulpa (o materia marrón) se lava y se criba. El propósito del lavado es limpiar la pulpa antes del blanqueado y también recobrar los productos químicos procedentes de la cocción. Las máquinas de lavado consisten en tambores o prensas en serie; también se usan los llamados difusores. El objetivo del cribado es separar las impurezas (nudos, corteza, etc.) de la pulpa con el fin de mantener una elevada calidad del producto final. El equipo más común de cribado son cribas a presión e hidro-ciclones. No existen efluentes en el lavado moderno ni de la planta de cribado, excepto los drenajes de filtraciones, fugas o derrames ocasionales.

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Al lavado le sigue el blanqueado y post-cribado, cuando, por ejemplo, se producen pulpas de calidades comerciales. El blanqueado puede entenderse como un tratamiento de continuación después de la cocción, donde el resto del material de lignina se elimina de la pulpa. Al mismo tiempo, los compuestos cromofóricos, que causan el color oscuro del “stock marrón”, se disuelven o tornan en compuestos sin color. A menudo, en los molinos modernos de papel Kraft, se usan blanqueados con oxígeno como fase de preblanqueado antes del blanqueado definitivo. El blanqueado de oxígeno se da en condiciones alcalinas presurizadas con gas de oxígeno molecular. El oxígeno se incorpora al ciclo de recuperado del licor negro y de ese modo no se libera ningún efluente procedente del blanqueado por oxígeno. En los molinos modernos, la mayor parte de las cargas contaminantes de los efluentes del molido de papel Kraft se originan en el blanqueado final. Las aplicaciones de blanqueo incluyen sistemas que usan compuestos químicos de cloro (gas cloro, dióxido de cloro e hipocloritos) y compuestos químicos no clorados como el peróxido de hidrógeno, ozono, ácido peracético o una mezcla de éstos. Hoy en día, los sistemas de blanqueo se dividen en ECF (cloro libre elemental) y TCF (cloro químico total libre). El blanqueado ECF es un blanqueado sin gas cloro, que usa dióxido de cloro. La secuencia de TCF de blanqueo incluye ciertos niveles de peróxido y ozono. El uso de gas cloro está disminuyendo de modo drástico, por ejemplo, en Europa; pero en Nor te América, el cloro gaseoso en los molinos, todavía es un compuesto químico relativamente común en el proceso de blanqueo. Cuando el cloro gaseoso se usa en el blanqueado, se liberan en el efluente los llamados compuestos orgánicos clorados. Estos compuestos pueden ser tóxicos para la vida acuática, dependiendo de su peso molecular. La cantidad total de compuestos clorados se mide usando el método del test AOX (halogenuros orgánicos absorbibles) Los compuestos clorados se descomponen hasta un cierto nivel en el tratamiento aeróbico del agua residual, por ejemplo, en plantas de fangos activados. En la Tabla 2 se comparan los efluentes de blanqueado de TCF y ECF. El cribado tras el blanqueado normalmente consiste en cribas por presión y centrífugas. La recuperación de los compuestos quí-

Figura 3

micos procedentes de la cocción comienza con el lavado de la pulpa, donde el licor que ha reaccionado con contenido de lignina, también llamado licor negro, se separa de la pulpa. El licor negro se recoge en depósitos de almacenamiento, de los cuales se bombea hacia la fase de evaporación par a la eliminación del agua, y se aumenta el contenido en sólidos secos. Después de la evaporación, el licor negro concentrado se incinera en el horno de recuperado. El horno de recuperado produce energía para el molino de pulpa y recupera también los compuestos químicos inorgánicos procedentes de la cocción (sodio y sulfuro) al fundirse. El producto fundido se disuelve en licor blanco poco concentrado (reciclado de la planta de basificación) y el líquido verde que se forma se basifica. En la planta de basificación, se añade cal quemada al líquido verde y el producto final es un licor de cocción llamado líquido blanco. El líquido blanco es una mezcla de sulfuro de sodio y de una solución de hidróxido de sodio. En el proceso de basificación, la cal quemada

Tabla 2. Cargas efluentes del blanqueado TCF y ECF Carga Caudal, m /ADt 3

TSS, kg/ADt

ECF1

TCF2

20-30

10-15

2-5

1-3

DBO7, kg/ADt

10-15

10-15

DQOCr3, kg/ADt

30-40

20-30

AOX, kg/ADt