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Tratamiento de aguas residuales en la industria papelera

Aguas residuales Industria papelera

El papel, material tan utilizado en nuestro día a día, consiste en un entramado de fibras vegetales con un elevado contenido de celulosa que han sido tratadas mediante diferentes procesos basados en el uso del agua, dispuestas sobre un tamiz y finalmente secadas. Estas fibras pueden provenir de diferentes plantas y árboles, pero la fuente mayormente empleada es la de madera de coníferas, por la elevada longitud y resistencia de sus fibras. Un tercio de toda la madera procesada en el mundo tiene como finalidad la producción de papel y de pulpa.

La fabricación de papel consume una gran cantidad de recursos, especialmente agua y energía, aunque también precisa en gran cantidad de materia prima y de productos químicos. Aproximadamente se necesitan entre 2 y 18 m3 de agua (depende del sistema de gestión de los efluentes y de si se recupera el agua) y entre 2 y 2,5 toneladas de madera para producir una tonelada de papel.

En el proceso de fabricación de papel el agua sirve de medio de desintegración de la materia prima, transporte de las fibras y formación del papel. El proceso empieza con la separación de la celulosa del resto de sustancias (lignina, aceites, resinas, etc.), la cual supone el 50% en peso. Para la extracción de las fibras de celulosa, primero se debe moler la madera (pulpa mecánica), o bien someter las astillas de madera a un tratamiento químico (pulpa química). En este segundo caso, el tratamiento puede ser, o bien mediante la utilización de un producto alcalino (sulfato o sosa caústica), o bien mediante el uso de sulfito. En ambos casos se busca solubilizar la lignina para que las fibras de celulosa se liberen. Los dos tratamientos presentan diferencias importantes. En el método alcalino se generan unos efluentes de color negro muy contaminantes los cuales son tratados para recuperar el sulfuro de sodio y la sosa caústica. En el método del sulfito también se pueden recuperar parte de los productos químicos utilizados, como es el caso del ácido sulfúrico. Pero los productos químicos que no pueden ser recuperados se pierden con los efluentes residuales, además de restos de celulosa que no ha sido retenida y que confiere una elevada DQO al efluente. Si la pulpa se obtiene mecánicamente, la calidad de la pasta obtenida es menor pero no se producen tantos residuos líquidos. A la práctica, sólo el 30% de toda la pulpa producida a nivel mundial se obtiene mediante el proceso mecánico.

Los restos de lignina que quedan junto a las fibras de celulosa le proporcionan color a la pasta, especialmente en el caso de la pulpa mecánica. Para la obtención de pulpa blanca es necesario someter la pulpa a un proceso de blanqueo, el cual puede ser llevado a cabo de diferentes maneras. Una alternativa consiste en el uso de peróxido de hidrógeno que, aunque no elimina la lignina, sí que este oxidante le sustrae el color. Otras tecnologías de blanqueo, mucho menos sostenibles ambientalmente, se basan en la utilización de cloro gas o de dióxido de cloro, los cuales oxidan la lignina con una elevada eficacia. No obstante, al tratarse de agentes muy reactivos, inevitablemente también reaccionan con compuestos orgánicos presentes en la pulpa y generan una gran cantidad de compuestos organoclorados, incluyendo dioxinas y furanos. Otra opción para blanquear la pulpa que no genera subproductos consiste en la utilización de ozono, el cual ha desplazado el uso de cloro al no producir contaminantes.

La mezcla de diferentes tipos de pulpa húmeda con sustancias de relleno (carbonato de calcio, caolín, dióxido de titanio, etc.) y con otros aditivos (sulfato de aluminio, colorantes, almidón, látex, etc.) se extiende uniformemente sobre un soporte metálico y se seca, obteniéndose el papel. Para la obtención de papel para escritura o impresión, la superficie de papel se alisa posteriormente mecánicamente.

En todos estos procesos se consume un elevado volumen de agua, la cual debe de ser además de gran calidad. Estas características singularizan a la industria papelera. Como resultado de la producción de papel y de pasta, los efluentes generados contienen una elevada contaminación debida a más de 250 compuestos diferentes. Algunos son de origen natural, proceden de la madera (lignina, taninos, etc.), otros son sintéticos, incorporados al efluente en los procesos de fabricación y blanqueo de las pastas de celulosa, como es el caso de fenoles, dioxinas y furanos.

Para evitar el impacto ambiental que supondría el vertido directo de estos efluentes al medio ambiente, existen dos estrategias diametralmente opuestas. La opción más sencilla consiste en tratar adecuadamente los efluentes y descargar el caudal tratado al medio ambiente. No obstante, existe una alternativa más sostenible y en la mayoría de los casos también más económica, que se basa en tratar los efluentes con la finalidad de recuperar el agua para su reutilización. Así, se desea alcanzar un doble objetivo: la minimización del agua consumida y la minimización de los residuos líquidos. Este modelo de gestión es denominado «ciclo cerrado» o lo que es equivalente, un sistema de vertido cero.

Tratamiento de las aguas sin reutilización (ciclo abierto)

En este caso, el objetivo del tratamiento es la reducción de la contaminación de los efluentes en grado suficiente para que puedan ser vertidos cumpliendo la normativa y así evitar cualquier impacto ambiental.

Los efluentes a tratar incorporan valores extremos de pH, elevado contenido de materia orgánica, sólidos en suspensión, compuestos organohalogenados (AOX), nitrógeno y fósforo entre otros contaminantes.
Un tratamiento satisfactorio de los efluentes comprendería etapas como una homogeneización y neutralización de pH, una coagulación-floculación previa a una decantación y finalmente la eliminación de la materia orgánica mediante un proceso biológico (anaerobio o aerobio) o mediante una oxidación avanzada (con ozono, Fenton o foto-Fenton). Posteriormente a todas estas etapas el efluente podría ser vertido al medio ambiente.

Tratamiento mediante un sistema de vertido cero (ciclo cerrado)

La implantación de un sistema de vertido cero no es meramente una tecnología de tratamiento de los efluentes, sino que representa un concepto mucho más amplio. Se trata de un sistema de gestión ambiental que persigue el menor impacto ambiental del proceso en su conjunto. Así, se minimiza tanto la generación de vertidos líquidos como el consumo de agua potable mediante la reutilización del agua recuperada de los efluentes.

Para conseguir tratar los efluentes hasta conseguir una calidad suficiente que permita la reutilización del agua recuperada, se deberían diseñar un tratamiento más exhaustivo que en el caso anterior. Inicialmente es necesaria una etapa de homogeneización y neutralización de pH y una decantación para sedimentar los sólidos en suspensión de mayor tamaño de partícula. A continuación, continua el tratamiento con una oxidación avanzada (ozonización preferiblemente) para destruir los moléculas orgánicas de gran tamaño y que pueden ser refractarias en un posterior proceso biológico, un tratamiento biológico anaerobio, en el que se reduzca el contenido de materia orgánica disuelta en el líquido a la vez que se genera biogás y una filtración del efluente de la digestión, primero mediante filtros de arena y posteriormente con membranas de ultrafiltración. Finalmente un proceso de ósmosis inversa finaliza el tratamiento. El permeado de la ósmosis inversa tiene la calidad necesaria para poder ser reutilizado dentro del proceso de fabricación de papel, mientras que los rechazos se tratan mediante un proceso de evaporación al vacío para reducir todo lo posible su volumen. El agua recuperada en la evaporación también puede ser reutilizada mientras que el concentrado, un volumen mínimo, se debe gestionar como un residuo. Los lodos generados en el proceso de digestión anaerobia, conjuntamente con residuos vegetales como cortezas de árboles, serrín, etc. que se generan en la preparación inicial de la madera, se queman en una caldera. Y tanto el calor producido en la caldera, como el generado en el aprovechamiento del biogás, sirven para satisfacer los requerimientos energéticos del evaporador al vacío.
Así de este modo, se recupera la mayor parte del agua utilizada en el proceso, se genera una cantidad mínima de residuo a gestionar externamente, energéticamente se producen grandes sinergias entre diferentes procesos, por lo que a nivel global, se dispone de un sistema de gestión ambiental muy sostenible.

Cabe destacar que la implantación de un sistema así es más compleja cuanto mayor es la contaminación de les efluentes. Para garantizar el éxito de la implantación es fundamental introducir en el proceso de fabricación de papel y pulpa todas las mejoras posibles que permitan generar menos compuestos contaminantes. Es el caso de la sustitución del cloro y sus derivados, en el proceso de blanqueo de la pasta, por compuestos de oxígeno (peróxido de hidrógeno u ozono).

Optimización del uso del agua en la industria papelera: tratamiento de aguas y reutilización de aguas residuales

Las industrias papeleras siempre han sido consideradas como grandes consumidoras de recursos naturales, especialmente agua, ya que es un elemento imprescindible en diferentes momentos del proceso de producción.

En los últimos años numerosas empresas de este sector se han esforzado en reducir el consumo y han invertido en sistemas que permiten la reutilización de agua dentro de las fábricas. A pesar de ello, la cantidad de agua que se continúa consumiendo en este sector es importante.

Otro aspecto a considerar es que, contrariamente a lo que sucede en otras industrias, la producción de pasta y papel precisa de agua de buena calidad para conseguir un buen producto, y dependiendo de donde este situada la fabrica puede darse el caso de que sea necesario consumir agua disponible en las redes de abastecimiento de poblaciones.

Para subsanar este problema, la principal apuesta de la industria del papel ha ido encaminada a la reutilización de agua dentro de las fábricas.

Dado que la producción de pasta y papel requiere de agua en numerosas etapas del proceso productivo, incorporar tecnologías de tratamiento de aguas residuales en la cadena de producción hace posible que una misma corriente de agua pueda ser reutilizada en la misma etapa del proceso, o que pueda ser enviada y aprovechada en otra etapa.

De esta forma, aquella agua que ha visto mermada su calidad (básicamente debido a una mayor concentración de materia orgánica y sólidos en suspensión) puede ser tratada mediante tecnologías de filtración, coagulación-floculación, membranas, o evaporación y continuar formando parte del proceso productivo, sin necesidad de recurrir continuamente a recursos externos.

La elección de la mejor tecnología para obtener agua de calidad dependerá de la composición del agua de aporte que ha de ser transformada, ya que a veces puede ser suficiente con un tratamiento biológico y en otras ocasiones es necesario un tratamiento más exhaustivo.

Lo mismo sucede cuando hablamos de su reutilización, ya que la composición del efluente determinara que sistema es el más apropiado para reciclarla y que pueda ser utilizada en el mismo proceso o enviada a otro diferente.

Desde hace aproximadamente una década también se han experimentado grandes progresos en la utilización de aguas provenientes de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDARs), que son sometidas a un tratamiento para aumentar calidad y poder ser incorporadas al proceso productivo. De esta forma se evita consumir agua potable destinada a la población.

A continuación os dejamos un interesantísimo link a un documento elaborado por Julio Salomé y Ainhoa Goikoetxea en el que se profundiza sobre el uso del agua en la industria del papel y en como hacer el mejor uso posible.

Gestión y control del agua en la industria papelera.