UTILIZACION DE ENZIMAS EN EL BLANQUEO DE LA PASTA AL

CONGRESO FORESTAL ESPAÑOL - Lourizán 1.993. Ponencias y comunicaciones. Tomo IV
227
UTILIZACION DE ENZIMAS EN EL BLANQUEO DE LA PASTA
AL SULFATO DE EUCALIPTO
F.Sánehez, J.Canaval, J.L.Franciseo y F.Iglesias
Centro de Investigación de ENCE (CIE), Ctra. Campañó sIn, Ribeiro-Vao. 36157-PONTEVEDRA
(España)
Resumen
El tratamiento enzimático que se da a las pastas~al sulfato de eucalipto, permite alcanzar altos
niveles de blancura con importantes reducciones en la dosificación de dióxido de cloro en pastas ECF.
Asimismo esas reducciones se trasladan a los efluentes de blanqueo como reducciones en las cargas
de AOX.
Para pastas TCF, el tratamiento enzimático permite alcanzar blancuras del 85.5 % ISO con la
misma dosificación de peróxido que en un blanqueo sin enzimas donde se alcanzan blancuras del 81 %
ISO, ó reducir la dosificación del peróxido hasta el 25% manteniendo la blancura de referencia.
Las propiedades mecánicas, relacionadas con la viscosidad de las pastas tratadas con enzimas·
son comparables a las de los ensayos convencionales.
Ensayos industriales realizados con enzimas, confirman los resultados experimentales
presentados en esta comunicación.
P.C.: Pastas ECF, Enzimas, Eucalyptus, Blanqueo, Viscosidad
Abstraet
Enzymatic pretreatment of eucalyptus kraft pulp permitted high brightness to be achievecl
using substantially reduced chlorine dioxide charges for ECF pulps. These reductions were translated
to the bleach effluents as reductions in AOX charges.
In the case of TCF pulps, the enzymatic pretreatment permitted high brightness· tobe
achieved, 85.5% ISO, at the same peroxide charge as bleaching without enzymes, 81 % ISO, or
reductions on peroxide charges up to 25 % compared to a control sample.
Strength properties, related with viscosity, of the enzyme treated samples, were comparable
to conventionally bleaching ones.
Industrial trials with enzymes confirm the laboratory results showed in this paper.
K. W.: ECF pulp, Enzymes, Eucalyptus, Brightness, Viscosity
INTRODUCCION
El proceso al sulfato es el método mas común utilizado para producir pastas blancas de
excelentes resistencias, destinadas a la fabricación de papeles y productos afines. de alta calidad.
Una pasta sin blanquear contiene típicamente entre un 3 y un 5% de lignina residual, la cual
es eliminada en un proceso de blanqueo multietapa que incluye una o mas etapas oxidantes que
utilizan cloro ó compuestos que lo contengan como agentes oxidantes (MCKAGUE y cols., 1989).
Existe en estos momentos, en Europa principalmente, un cierto interés en reducir el uso ~~l cloro para
reducir la carga contaminante de los efluentes de blanqueo, medido como AOX (AXEGARD y cols.,
1989).
Una de las tecnologías emergentes para reducir la cantidad de los productos químicos que se
emple~n en el blanqueo ó para elevar los techos de blancura, es el uso de enzimas.
Los enzimas son catalizadores biológicos no-vivos producidos por organismos vivos, capace.s
228
de incrementar la velocidad de las reacciones químicas en las que participan. Químicamente se
caracterizan como proteinas de cadena larga que deben sus propiedades catalíticas especiales al tamaño
y forma de su cadena polipéptida. Como productos de uso industrial han sido utilizados durante
décadas en industrias bien conocidas como las lácteas, en la fabricación de piensos, almidón, etc.
_
Utilizando un pretratamiento enzimático anterior al blanqueo, que hidrolice parte del xilano
depositado en la superficie de la fibra, con la consiguiente des lignificación parcial y que simultáneamente incremente la permeabilidad de la pared de la fibra al paso de los productos químicos de
blanqueo, es posible la reducción y/o eliminación del uso del cloro durante el blanqueo (VIIKARI y
cols., 1986).
En esta comunicación se exponen brevemente los trabajos de investigación llevados a cabo por
ENCE en su Centro de Investigación (CIE), sobre la aplicación de enzimas como impulsores del
blanqueo sin la utilización del cloro gas, pastas ECF, y en blanqueos sin la utilización de ningún
compuesto de cloro, pastas TCF.
BLANQUEOS SIN UTILIZACION DEL CLORO GAS. PASTAS ECF
Una de las técnicas para reducir la generación de compuestos organoclorados consiste el la
sustitución total del cloro gas por dióxido de cloro en la primera etapa del blanqueo. Esta tecnología,
como contra partida conlleva un mayor coste, tanto en inversiones como en consumo de dióxido
(QUESSINBERRY, 1982), de ahí el interés por utilizar un pretratamiento enzimático anterior al
blanqueo que permita el empleo de tales tecnologías sin incrementos de costes y con ahorros en
productos químicos, con la consiguiente mejora medioambiental derivada de la reducción de la carga
contaminante de los efluentes. Otra ventaja muy importante es que al reducir la dosificación de
dióxido de cloro -limitada en la fábrica- permite un incremento de producción
MA TERIALES y METODOS
Para la realización de los ensayos de laboratorio, se utilizó una pasta industrial deslignificada
con oxígeno, procedente de la fábrica de ENCE en Huelva.
Los enzimas empleados fueron suministrados por Sandoz, SAE, España, y Cultor, registrados
con los nombres comerciales de Cartazyme HS y Albazyme 10, libres de celulasa y con .actividades
de 10000 y 5830 UI/mL respectivamente.
Las condiciones del pretratamiento enzimático (etapa X) fueron: Tiempo 180 min,
Temperatura 50°C, Consistencia 10%, pH final 4.5, y la dosificación del enzima de 5 UI/g. La pasta
después del pretratamiento se blanqueó utilizando la secuencia Dn-EOP-D¡, empleando dosificaciones
decrecientes de dióxido de cloro. Paralelamente se blanqueó otra muestra de pasta con la misma
secuencia y en las mismas condiciones pero sin el pretratamiento enzimático.y con la dosificación de
dióxido de cloro necesaria para' alcanzar una blancura final del 90 %, que sirviese de testigo ó
referencia.
RESULTADOS
En las figuras 1 y 2, se muestran los resultados obtenidos en cuanto a blancuras y niveles de
AOX en efluentes. Se puede comprobar que el tratamiento enzimático previo al blanqueo supone un
importante ahorro de dióxido manteniéndose la blancura igual a la del testigo, este ahorro en el
dióxido se traduce en una reducción en los niveles de AOX (organoclorados) vertidos en el efluente
de mas del 40%. La reducción en el dióxido, supone además un incremento en la viscosidad final de
la pasta, (Fig.3), con lo que se garantizan las características de resistencia de las pastas pretratadas
con enzimas.
ENSAYOS INDUSTRIALES
De acuerdo a los resultados experimentales, ENCE .decidió acometer la realización de un
,
ensayo industrial sobre la utilización de enzimas en su factoría de Huelva.
Las pruebas tuvieron una duración de 26 días, y se realizaron durante una campaña de
producción de pasta ECF.
Como enzima se utilizó un producto comercial. La dosificación del enzima empleada fué de
229
3 UIIg.
Los ensayos estuvieron dirigidos hacia la reducción del consumo de dióxido, tal y como se
hizo en los ensayos realizados e'p. el CIE, obteniéndose una reducción máxima del 36.9% sobre la
dosificación habitual de dióxido sin enzimas, que supone a su vez una reducción en los niveles de
AOX del efluente de salida de la fábrica del 40 %, sin que la blancura final de la pasta se viese
afectada, 90.7% sin enzimas frente a 90.9% con enzimas.
Las características físicas de las pastas producidas durante la prueba, no difieren significativamente de las producidas sin el uso de enzimas.
BLANQUEOS SIN LA UTILIZACION DE NINGUN COMPUESTO DE CLORO. PASTAS
TCF
La manera más segura de no generar compuestos organoclorados durante el blanqueo de la
pasta, es no utilizar ningún compuesto de cloro durante el mismo, lo que consecuentemente obliga
a emplear otro tipo de productos químicos.
ENCE fué la pionera en utilizar esta nueva tecnología en el blanqueo de pastas de eucalipto
al sulfato, empleando para ello únicamnete peróxido de hidrógeno e hidróxido sódico. Este nuevo
proceso de blanqueo tiene la limitación de que las blancuras que se alcanzan se encuentran en el rango
del 80%, que comparadas con las que se obtienen cuando se utiliza el cloro, 90%, supone una
desventaja importante en algunos casos difícil de justificar.
La aplicación del pretratamiento enzimático en este tipo de blanqueos, ha de suponer a la vista
de los resultados obtenidos en el caso de las pastas ECF, una ayuda tanto en la consecución de
mayores blancuras, como en el ahorro de productos químicos.
MATERIALES Y METODOS
Para la realización de los ensayos de laboratorio, se utilizó una pasta industrial deslignificada
con oxígeno, procedente de la fábrica de ENCE enPontevedra.
El enzima empleado fué suministrado por Sandoz, SAE, España, registrado con el nombre
comercial de Cartazyme HS, libre de celulasa y con una actividad de 5000 UI/mL.
Las condiciones del pretratamiento enzimático fueron idénticas al caso de los blanqueos tipo
ECF.
Las pastas se blanquearon en una secuencia basada en la utilización de peróxido de hidrógeno
e hidróxido sódico con una etapa previa de eliminación ó inaCtivación de los iones metálicos
presentes, para evitar la decomposición del peróxido.
El planteamiento del trabajo fué básicamente igual al caso de los blanqueos sin cloro pastas
ECF, esto es, realización de un blanqueo sin tratamiento enzimático a modo de referencia y con la
dosificación necesaria de peróxido para alcanzar una blancura final igual al 80 %, y a continuación
blanqueos en pastas pretratadas enzimáticamente, en los que la dosificación del peróxido se fué
reduciendo gradualmente mientras la blancura final no bajase del nivel marcado por el testigo.
RESULTADOS
En las Figuras 4 y 5 pueden verse los resultados obtenidos. Manteniendo la misma
. dosificación de peróxido que el testigo, las pastas tratadas con enzimas incrementan su blancura final
en 4.5 puntos, llegando hasta el 85.5% ISO, esto permite, si se desea, una reducción progresiva en
la dosificación del peróxido del 25% manteniendo todavía una blancura final del 82.6% superior a
la de referencia en más de 1.5 puntos.
La reducción en la dosificación del peróxido significa un aumento de la viscosidad final de
las pastas (Fig. 5), quedando de esta manera garantizado el mantenimiento, si no aumento, de las
resistencias mecánicas de las pastas, punto importante para este tipo de pastas de cara a la previsible
sustitución de las pastas blanquedas por procedimientos convencionales (con cloro ó compuestos que
lo contengan), por este nuevo tipo de pastas de nula ó muy escasa contribución contaminante.
CONCLUSIONES FINALES
La aplicación de un tratamiento enzimático sobre las pastas antes de su blanqueo, permite en
230
el caso de blanqueos sin la utilización del cloro gas, pastas ECF, ahorros en la dosificación del Cl02
superiores al 35 %, lo que implica reducciones en el nivel de AOX de los efluentes próximos al 40 %,.
sin que la blancura de las pastas se Vea afectada y mejorando la viscosidad de las mismas. Estos
resultados se vieron confirmados durante la realizaciónd(! .un ensayo a escala industrial de 26 días de
duración.
En el caso de las pastas TCF, blanqueadas sin ningún compuesto de cloro, la utilización de
enzimas permite manteniendo la misma dosificación de peróxido, incrementar el techo de blancura
desde el 81 % sin enzimas hasta el 85.5 %, ó bien reducir el consumo de peróxido en al menos un
.
25 % sin pérdidas de blancura.
BIBLIOGRAFIA
AXEGÁRD, P.; RENBERG, L. (1989). The influence of bleaching chemicals and lignin
content on the formation of polychlorinated dioxins and dibenzofurans. Chemosphere 19 (1-6):
661-668.
ERIKSSON, O.; GORGING, D.A.1. & LINDGREN, B.O. (1980). Structure studies on the
chemical bonds between lignin and carbohydrates in spruce wood. Wood Sci. Technol. 014:
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MCKAGUE, A.B.; JARL, M. & KRINGSTAD, P. (1989). An up-date list on components
identified in bleachery effluents as of January 1989. SSVL Miljo 90.
PLUS, J.; POUTANEN, K. & LIN, J.J. (1990). Enzymatic accessibility of hemicellulose in
hardwood pulps to enzymes. Biotechnology in Pulp and Paper Manufacture, Boston:
Butterworth-Heinemann : 183-191.
QUESSINBERRY, G.D. (1982). International Pulp Bleaching Conferencel179.
VIIKARI, L.; RANUA, M.; KANTELINEN,A.; LINKO,M. & SUNDQUIST, J. (1986). Bleaching
with enzymes. Proc. 3rd Int. Conf. Biotechnology in the Pulp and Paper Industry. Stóckholm
:67-69.
Utilización de enzimas en el blanqueo
.
Pastas ECF
Blancura, " fina.
93
r-
92
f-
-
91190~"'"
Referencia .In enzima.
...................................................*
89 r88~~~~~~~~~~~~~~~~~~·~·~~~
30
35
40
45
50
55
60
65
CI02, kg/t
Fig.l Blancura final según el C10
aplicado en la secuencia.
231
Utilización de enzimas en el blanqueo
Pastas ECF
AOX, kg/t (Efluente)
2
Referencia aln enzlmaa
1.5 •............... , ............................................ ~
1
0.5
~
, I , ,
,
,
,
I
O~~~~~~~~~~··~,~I~I~~~~~~~~
35
30
40.
45
50
55
80
86
Ct02, kg/t
.
Fig.2 AOX del efluente según el C10 2 aplicado en la secuencia.
Utilización de enzimas. 8n el blanqueo
,
Pastas ECF
'
Vlacoaldad, mUg final
900
875
Referencia aln enzlmaa
850
825
,................ ................ ",." ............... '*
800
775
750
725
700~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
30
35
40
45
50
55
80
CI02, kg/t
Fig.3 Viscosidad según el C10 2 aplicado en la secuencia.
85
232
Utilización de enzimas en el blanqueo
Pastas TCF
Blancura, " final
88
85
84
83
82
Referencia sin enzima
.........................................................
*
. 81
80~~~~--~~--~--~~--~--~~L-~--~
20
24
28
32
HI02,kg/t
Fig.4 Blancura según el H2 0 2 aplicado en la secuencia.
Utilización de enzimas en el blanqueo
Pa8taaTCF
Vlacoaldad,
mUg
final
900
850
Referencia sin enzima
800~~--~--~~--~~~~--~--~~--~~
20
24
28
H202,kg/t
Fig.5 Viscosidad según el H2 0 2 aplicado en la secuencia.
32