OCT 1 Caracterización de papeles recuperados Hito 2 Protocolo de

Título del Proyecto:
Producción limpia de papel reciclado: hacia la
sostenibilidad en la producción de papel en la
Comunidad de Madrid
Referencia:
S-0505/AMB-0100
Acrónimo:
PROLIPAPEL
Duración:
Enero 2006- Diciembre 2009
OCT 1
Caracterización de papeles recuperados
Hito 2
Protocolo de caracterización de la materia disuelta y coloidal aportada a
las aguas de proceso por el papel recuperado
Grupo responsable de este Hito:
Grupos participantes en este Hito:
Grupos Asociados participantes:
UCM
UCM
-
Nivel de difusión
PU
Público
RE
Restringido a un grupo específico de Grupos Asociados al Programa
CO
Confidencial, solo para los Grupos de I+D del Programa
X
Informe Hito
PROLIPAPEL: S-0505/AMB-0100
Hito Nº 2
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HITO 2
Protocolo de caracterización de la materia disuelta y coloidal aportada a
las aguas de proceso por el papel recuperado
GRUPO RESPONSABLE: UCM
Rubén Miranda
GRUPO PARTICIPANTE: UCM
Responsable: Rubén Miranda
Participantes: A. Blanco, M. Concepción Monte
contacto: [email protected]
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Hito Nº 2
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ÍNDICE
1
1.1
1.2
1.3
Resumen de los objetivos Científico-Tecnológicos del Hito .......................................4
Resumen de los objetivos del OCT y del Hito de acuerdo con la propuesta. ....................4
Revisión del progreso realizado con respecto a los objetivos especificados en la
propuesta..............................................................................................................................4
Comparación de las actividades planeadas y las actividades realizadas. Desviaciones
del programa científico y temporal.......................................................................................5
2
Estado del arte correspondiente al Hito..........................................................................5
3
Objetivos de la investigación. ..........................................................................................7
4
Descripción de la metodología utilizada. ........................................................................7
5
Resultados y discusión.....................................................................................................7
6
Conclusiones....................................................................................................................14
7
Bibliografía........................................................................................................................15
8
Documentación complementaria. ..................................................................................16
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1
Resumen de los objetivos Científico-Tecnológicos del Hito
El OCT-1, titulado “Caracterización de papeles recuperados”, se encuentra dentro de la
Actividad 1, “GESTIÓN SOSTENIBLE DE MATERIAS PRIMAS”, del Programa PROLIPAPEL.
Dentro de esta actividad se han considerado dos aspectos clave en la sostenibilidad del uso
del papel recuperado como materia prima: su caracterización y la elaboración de modelos de
predicción de la calidad.
El principal objetivo del OCT-1 está relacionado precisamente con el primer aspecto,
es decir, la caracterización de los papeles recuperados de mayor producción y utilización en la
Comunidad de Madrid. Para ello es necesario desarrollar las metodologías de caracterización
y análisis de la calidad de papel usado con el fin de cuantificar los contaminantes que
acompañan al papel recuperado. La caracterización se llevará a cabo mediante:
-
parámetros de calidad clásicos: humedad, materias impropias, etc.
parámetros de cuantificación específica del aporte a las aguas de proceso de
materia disuelta y coloidal.
parámetros de calidad avanzados mediante la caracterización morfológica de
fibras.
Por tanto, para llevar a cabo la caracterización del papel recuperado es necesario
establecer diferentes protocolos de experimentación. Cada uno de estos protocolos se
desarrollan en los Hitos 1, 2 y 3, respectivamente, del presente Programa.
Una vez caracterizados los papeles recuperados, se estudiará la evolución de los
factores que afectan a su calidad con el fin de crear modelos matemáticos que predigan la
calidad del papel y su evolución con el tiempo, mediante técnicas de análisis avanzado de
datos, de creación de indicadores de tendencia y de discretización de variables. La predicción
de la evolución de la calidad del papel recuperado es clave para predecir los problemas
futuros de las empresas y buscar soluciones.
1.1
Resumen de los objetivos del OCT y del Hito de acuerdo con la propuesta
Una vez seleccionados los papeles recuperados en función de los criterios de mayor
producción y utilización en la Comunidad de Madrid y caracterizados mediante el protocolo del
Hito Nº 1, se cuantificará también el aporte a las aguas de proceso de materia disuelta y
coloidal procedente de dichas materias primas, mediante el protocolo desarrollado y
presentado en este informe. Por tanto, el objetivo principal del hito 2 es el desarrollo de dicha
metodología.
1.2
Revisión del progreso realizado con respecto a los objetivos especificados en la
propuesta
El trabajo realizado se ajusta a los objetivos iniciales especificados en la propuesta.
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1.3
Comparación de las actividades planeadas y las actividades realizadas.
Desviaciones del programa científico y temporal.
No existe ninguna desviación en cuanto a los objetivos científicos descritos en el
Programa, si bien se ha producido una desviación temporal en cuanto que los hitos 1, 2 y 3 se
alcanzarán de forma conjunta en el mes 8 debido a las interacciones existentes entre ellos.
2
Estado del arte correspondiente al Hito
El sector papelero en España ha sufrido un crecimiento del 7% durante el año 2004 y,
más concretamente, en la Comunidad de Madrid del 12% de la producción nacional con
600.000 Tn/año considerando la nueva máquina de Holmen Paper, donde el 100% de la
producción es papel reciclado. Sin embargo, la tasa de recogida es baja (50,5%), un 40% del
papel acaba en vertederos e incineradoras mientras se importan 900.000 Tn/año de papel
recuperado. Además, la recogida aparente se ha ralentizado (54,6% en 2001 y 51% en 2004),
lo que pone de manifiesto la necesidad de dar un nuevo impulso a la recogida selectiva. La
recuperación de productos al final de su vida útil para reutilizarlos constituye el primer eslabón
del desarrollo sostenible. Una vez conseguido, es necesario tener en cuenta su calidad,
puesto que determinará el tratamiento necesario para alcanzar una determinada calidad de
papel y el nivel de residuos producidos y, por tanto, su reciclabilidad.
Uno de los criterios decisivos para la utilización del papel recuperado es su calidad. La
calidad es función de:
-
-
-
La cantidad de componentes indeseables presentes en el papel recuperado, como
adhesivos, materiales plásticos, láminas metálicas o simplemente suciedad u otros
residuos recogidos junto con los productos de papel.
Las tecnologías de tratamiento del papel recuperado.
El nivel de impurezas aceptado en la pasta terminada. En este aspecto cabe destacar
que la calidad de la pasta terminada determina para qué productos puede ser utilizada,
no al revés. Sin embargo, cuanto menor sea la calidad más limitado será su uso.
El estado de deterioro de las fibras de celulosa. Hay que tener en cuenta que con los
sucesivos usos y reciclados, las fibras se van deteriorando.
El sistema de gestión y recogida de residuos. El papel usado se recupera a través de
diversas vías: recogida industrial en empresas, editoriales e imprentas, y grandes
superficies comerciales; recogida selectiva mediante el “contenedor azul”; recogidas
especiales en oficinas, en edificios de organismos e instituciones públicas, en puntos
limpios, etc.
Aumentar las tasas de utilización más allá de ciertos límites requiere la explotación de
recursos que no han sido utilizados hasta ahora, como papel y cartón de baja calidad o
papeles altamente contaminados. Incluso con técnicas de limpieza muy sofisticadas, la calidad
de la pasta reciclada producida a partir de estas materias primas será limitada. El rendimiento
disminuirá y la cantidad de residuos producidos durante el reciclado de estas materias
aumentará.
Por tanto, el uso de papel recuperado como materia prima para la industria papelera,
presenta numerosas ventajas medioambientales y económicas, pero tiene también graves
inconvenientes relacionados con la gran variedad de contaminantes que las materias primas
de recuperación incorporan al proceso. Los problemas que presenta la incorporación de
contaminantes con las materias primas empleadas, se ven agravados por el cierre de los
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circuitos de aguas, que tiene a su vez como consecuencia inmediata la acumulación de
materia disuelta y coloidal, de sólidos en suspensión y el incremento de la temperatura.
Para evitar los problemas asociados, tanto a las materias primas fibrosas secundarias,
como al cierre de los circuitos de aguas, la industria papelera tiende a utilizar cada vez un
mayor número de aditivos en el proceso de fabricación. Los aditivos cumplen inicialmente la
función para la que han sido incorporados, pero, a su vez, se convierten en contaminantes
potenciales cuando se introducen nuevamente en el proceso con las fibras recicladas, lo que
representa, a lo largo del ciclo de vida del producto, un nuevo inconveniente.
Uno de los principales problemas de la materia disuelta y coloidal es la formación de
depósitos adherentes cuando se produce su desestabilización debido a un cambio brusco en
el sistema. Estos depósitos adherentes se conocen con el nombre de "stickies". La principal
fuente de contaminantes potenciales de "stickies" es el papel de recuperación.
Por tanto, una pasta de mala calidad obtenida a partir de papel recuperado puede
originar problemas que van a reducir la eficacia del proceso e incrementar los costes de
producción. Estos se clasifican en dos grandes grupos:
•
•
Problemas en la calidad del producto. Se manifiestan como una alteración de la
calidad del producto, por ejemplo manchas, agujeros, disminución de la resistencia
mecánica, efectos adversos en operaciones de encolado, impresión, etc.
Problemas operacionales en el proceso. Este grupo engloba todos aquellos efectos
negativos sobre la productividad del proceso. Los principales están localizados en la
máquina: roturas de la banda de papel, deposición en telas, fieltros, rodillos de
prensado y/o de secado, en cuchillas y en rasquetas, etc. Los problemas de operación
en máquina producen, finalmente, dos graves consecuencias: un excesivo número de
paradas de la máquina debido a un aumento de la frecuencia de las operaciones de
mantenimiento, limpieza, recambio de materiales, etc. y un aumento en la frecuencia
de rotura y en la proporción de rechazos.
Actualmente, la producción limpia es un requisito imprescindible. Precisamente, la
disminución del consumo de energía y agua y la valorización de residuos son aspectos claves
de las líneas del presente Programa.
Las empresas de la Comunidad de Madrid trabajan con consumos de agua por debajo
de los de referencia del BREF, lo que supone numerosos problemas de acumulación de
contaminantes que afectan a la productividad y a la calidad del producto. Por ello, es
imprescindible disponer de mejores técnicas de caracterización de las aguas con el fin de
determinar el aporte de materia disuelta y coloidal procedente de los contaminantes
contenidos en el papel recuperado.
Por otra parte, la demanda de calidad de impresión hace que la calidad del papel
producido sea cada vez más crítica, de manera que el cierre de circuitos y la peor calidad del
papel recuperado hacen que también aumenten los defectos de impresión.
Por tanto, la calidad del papel recuperado es un aspecto decisivo para la industria
papelera, además de la disponibilidad y el precio.
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Objetivos de la investigación
Como se ha indicado, el objetivo del presente hito es el desarrollo de un protocolo de
caracterización de la materia disuelta y coloidal aportada a las aguas de proceso por el papel
recuperado.
4
Descripción de la metodología utilizada
Previamente a la caracterización, es necesario separar la pasta obtenida a partir del papel
recuperado en diferentes fracciones, con el fin de separar la que contiene la materia disuelta y
coloidal. Por tanto, el protocolo desarrollado consta de las siguientes etapas generales:
•
•
•
5
Preparación y caracterización de la pasta a alta consistencia.
Obtención y estudio de depositabilidad de las aguas blancas.
Obtención y caracterización de la fracción que contiene la materia disuelta y coloidal.
Resultados y discusión
En la figura 1 se muestra el procedimiento experimental desarrollado para caracterizar
la materia disuelta y coloidal aportada por el papel recuperado.
contacto: [email protected]
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DDJ 150 µm
Agua del grifo
Tiempo: 4 horas
• Depositabilidad (“microstickies” y “stickies” secundarios)
[Pat. Nº 98901981.5]
AGUAS BLANCAS
Finos, cargas y MDC
Filtración
PASTA
Consistencia: 1,0%
Dilución
• Extractivos con DCM [TAPPI T204 cm-97]
PASTA
Consistencia: 3,5%
Desintegración
Remojo
OBTENCIÓN Y ESTUDIO DE
DEPOSITABILIDAD DE LAS AGUAS BLANCAS
Volumen: 2 L
Consistencia: 3,5 %
Temperatura: 20ºC
Tiempo: 20 minutos
60000 vueltas
Aditivos: 1% NaOH
PAPEL RECUPERADO
PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LA
PASTA A ALTA CONSISTENCIA
1250 g
15 min
Centrifugación
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
pH [EPA 150.1 (1983)]
Conductividad [UNE EN 27888:1994]
Temperatura
Alcalinidad [EPA 310.1 (1983)]
Demanda catiónica (PDADMAC, PEI)
DQO [APHA-AWWA-WPCF 5220-D]
Turbidez [UNE EN ISO 7027:2001]
Dureza [UNE 77040:2002]
Ca y Mg [UNE EN ISO 7980]
Sulfatos [EPA 375.4 (1983)]
MDC
OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE
LA FRACCIÓN QUE CONTIENE LA MDC
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Figura 1. Protocolo de caracterización de la materia disuelta y coloidal aportada a las aguas de proceso
por el papel recuperado
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ETAPA 1: PREPARACIÓN
CONSISTENCIA
Y
CARACTERIZACIÓN
DE
LA
PASTA
A
ALTA
La preparación de la suspensión de pasta de alta consistencia (3,5%) lleva asociada
una etapa de desintegración de las materias primas con agua fresca. La desintegración se
lleva a cabo en un desintegrador de laboratorio donde se incorporan las materias primas junto
con el agua y un 1% de NaOH. La sosa proporciona el valor de pH (aproximadamente 9) al
que tiene lugar el pulpado e hidroliza o saponifica las resinas ligantes de la tinta y de otros
compuestos contaminantes contenidos en el papel recuperado. Además, provoca el
hinchamiento de las fibras de forma que las partículas de tinta se desprenden con más
facilidad, con lo que se obtienen fibras con mejores propiedades, como es una mayor
resistencia.
Previamente a la desintegración, la materia prima debe estar en remojo durante un
mínimo de 4 horas, con el fin de que se humedezca y se facilite su posterior desintegración.
En la tabla 1 se resumen las condiciones de desintegración de las materias primas.
Tabla 2. Condiciones generales de desintegración de las materias primas
Consistencia (%)
Temperatura (ºC)
Tiempo (min)
Velocidad (rpm)
Volumen de agua (L)
3,5
20
20
3000
2
Medida de los extractivos contenidos en la pasta
Con el fin de evaluar el contenido en compuestos contaminantes relacionados con la
formación de depósitos adherentes (“stickies”) en la obtención de papel a partir de papel
recuperado, se lleva a cabo la determinación del contenido total de extractivos sobre la pasta
obtenida previamente. La extracción se ha llevado a cabo de acuerdo a la norma TAPPI T204
cm-97, usando como agente de extracción el diclorometano. Esta extracción representa un
buen indicador del potencial de deposición de una pasta, se ha encontrado que los depósitos
que se producen en la máquina de papel contienen gran cantidad de compuestos extractivos
de diclorometano (30 a 50%).
Las muestras de pasta al 3,5% de consistencia se secan a 105 ºC, sin llevar a cabo
ningún pretratamiento o clasificación, con el fin de que todos los contaminantes permanezcan
con la pasta, y así poder evaluar el contenido total de extractivos en las muestras. La
extracción con diclorometano se lleva a cabo sobre 10 g de pasta seca en un aparato de
extracción Soxhlet. Se fija un tiempo de extracción de 5 horas. Después de la extracción, se
recupera el disolvente y se evapora mediante un rotavapor, en un recipiente tarado
previamente. El residuo obtenido tras la evaporación del disolvente se seca en una estufa a
105 ºC y, finalmente, se pesa. El resultado se expresa como en porcentaje (%, g de
extractivos/100 g de pasta seca). De acuerdo con la norma utilizada, las determinaciones se
llevan a cabo por duplicado.
ETAPA 2: OBTENCIÓN Y ESTUDIO DE DEPOSITABILIDAD DE LAS AGUAS BLANCAS
La pasta de papel recuperado al 3,5% de consistencia, obtenida en las condiciones
explicadas en el anterior apartado, se diluye con agua de grifo hasta obtener una suspensión a
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una consistencia del 1 %, consistencia aproximada de pasta en la caja de alimentación de la
máquina de papel. La suspensión obtenida se agita en un recipiente durante varios minutos,
con el fin de obtener una muestra homogénea.
Para obtener unas aguas blancas semejantes a las que se obtienen en la máquina de
papel, la suspensión de pasta al 1% se filtra a través de un vaso de drenaje dinámico o DDJ
(“Dynamic Drainage Jar”), cuya luz de malla es de 100 mesh (150 µm), a una velocidad de
800 rpm, aproximadamente. En las aguas blancas obtenidas, compuestas por finos, cargas
minerales y materia disuelta y coloidal, se lleva a cabo el estudio de depositabilidad, para
determinar su tendencia a la formación de “microstickies” y “stickies” secundarios.
El uso de papel recuperado como materia prima en la industria papelera, presenta
numerosas ventajas medioambientales y económicas, pero tiene también graves
inconvenientes. Estos están relacionados con la gran variedad de contaminantes que las
materias primas de recuperación incorporan al proceso, ya que si no son eliminados en las
etapas de depuración del sistema pueden dar origen a la formación de depósitos adherentes.
Las partículas adherentes con un tamaño menor de 100-150 µm dan origen a los
“microstickies”, mientras que la materia disuelta y coloidal desestabilizada debido a un cambio
brusco en el sistema, por ejemplo por la incorporación de un aditivo catiónico, da lugar a su
aglomeración y deposición originando los “stickies” secundarios. Por tanto, la determinación
de los contaminantes aportados por las distintas pastas, así como su potencial de
depositabilidad son de gran importancia para la industria papelera.
El ensayo de depositabilidad se realiza con el método desarrollado y patentado por
Grupo de Investigación de Celulosa y Papel, denominado rotor de deposición (Pat. Nº
98901981.5). Mediante este método es posible obtener:
-
depósitos adherentes, procedentes de los contaminantes contenidos en el papel
recuperado con un tamaño inferior a 100-150µm: “microstickies”.
depósitos adherentes debidos a la desestabilización de la materia disuelta y coloidal
por adición de un polímero catiónico, polietilenimina (PEI): “stickies” secundarios. En
este caso, es necesario medir la demanda catiónica del sobrenadante del agua blanca,
después de centrifugar a 1250 g durante 15 minutos, por titulación coloidal con una
disolución de polietilenimina (PEI) de concentración conocida, de manera análoga a
cómo se ha descrito en el apartado 2.3.
Los experimentos de depositabilidad se llevan a cabo introduciendo el rotor de
deposición en un vaso de 2 litros termostatizado a una temperatura de 50ºC, que contiene
aproximadamente 1800 mL de aguas blancas preparadas según el protocolo representado en
la figura 1. Los experimentos tienen una duración de 1 hora y con una velocidad de giro del
rotor de 250 rpm.
Los depósitos se obtienen mediante dos mecanismos: por flujo, los depósitos quedan
adheridos en una lámina de acero inoxidable colocada en la parte exterior del tubo colector; y
por impacto, en una lámina de acero inoxidable colocada en la parte interior. Cuando finaliza
el experimento, las láminas de acero inoxidable son retiradas cuidadosamente y, una vez
secas, son escaneadas. Después son analizadas mediante un sistema de análisis de imagen,
dando como resultado un porcentaje de superficie cubierta por depósitos (Figura 2).
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Superficie
externa
Superficie
interna
Con PEI
“Stickies”
secundarios
Escáner
Análisis de imagen
Sin PEI
“Microstickies”
Superficie cubierta (%)
mm2 de depósitos
ppm (mm2/m2)
Figura 2. Metodología para el estudio de “microstickies” y “stickies” secundarios con el rotor de
deposición.
ETAPA 3: OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LA FRACCIÓN QUE CONTIENE LA
MATERIA DISUELTA Y COLOIDAL
Una parte de las aguas blancas son centrifugadas para separar la fracción formada por la
materia disuelta y coloidal, fracción que es caracterizada mediante la determinación de:
•
pH: Está relacionado con la acidez del medio. Las aguas obtenidas son alcalinas,
puesto que la desintegración se lleva a cabo en medio básico. El pH juega un papel
muy importante en la química de la parte húmeda y sus problemas asociados.
•
Conductividad (λ): Está relacionada con los iones presentes en la suspensión papelera
y, por tanto, con el contenido en compuestos inorgánicos. La conductividad es debida
principalmente al contenido en contaminantes inorgánicos en el papel recuperado,
aunque también influye las sales presentes en el agua empleada para preparar la
suspensión de pasta y los aditivos añadidos en el pulpado. Los problemas más
importantes asociados a altos niveles de sales en la fabricación de papel recuperado
son la formación de incrustaciones y la corrosión, aunque también se ven afectados la
eficacia de distintos aditivos o la resistencia de la hoja. El valor de la conductividad
depende de la temperatura a la que sea medida, por lo que ésta también tiene que ser
medida. Los resultados se expresan a 25 ºC.
•
Alcalinidad total: Es una medida del contenido en hidróxidos, carbonatos y
bicarbonatos de las aguas, especialmente de calcio y magnesio. Aunque se ve
afectada por la incorporación de iones OH- con la sosa en la etapa de desintegración y
el paso de los bicarbonatos a carbonatos por el aumento de pH, sirve como parámetro
de medida del aporte de materia inorgánica de los diferentes papeles recuperados.
Está relacionada también con la dureza. La importancia de la alcalinidad en el proceso
de fabricación de papel recuperado es la de servir para determinar de forma indirecta
los carbonatos (causantes de formación de depósitos e incrustaciones, especialmente
como carbonato cálcico) y como medida de la capacidad tamponante del sistema de
aguas (vital en la parte húmeda de la máquina de papel).
•
Demanda catiónica: Está relacionada con la carga eléctrica de la suspensión. Se
define como los µeq de polímero catiónico necesarios para neutralizar las cargas
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aniónicas presentes en una suspensión. La MDC orgánica es normalmente aniónica
por lo que la demanda catiónica da idea de la presencia de MDC orgánica. Junto con
la demanda química de oxígeno son los parámetros de contaminación más relevantes
de sustancias detrimentales para el proceso de fabricación de papel. Se expresa como
los µeq de polímero catiónico/L de suspensión. En el proceso de fabricación de papel,
la carga de las aguas blancas es aniónica. La medida de la demanda catiónica es una
de las más utilizadas en las fábricas de papel para determinar problemas de "stickies"
secundarios, si bien en muchas ocasiones los datos son difíciles de interpretar. Es de
gran importancia en la química de la parte húmeda de la máquina de papel porque la
afecta de manera decisiva. Junto con la determinación de la demanda catiónica
soluble (disuelta), la demanda catiónica es el indicador de mayor importancia para
determinar la presencia de contaminantes perjudiciales (denominado en el sector
como “basura aniónica”.
•
Demanda química de oxígeno (DQO): Indica el contenido en materia orgánica. Puesto
que los compuestos inorgánicos y los sólidos pueden interferir en la determinación y la
mayoría de los compuestos orgánicos perjudiciales se encuentran en forma disuelta
y/o coloidal, sólo se mide en esta fracción. Como se ha comentado anteriormente, la
DQO disuelta es uno de los mejores indicadores, junto con la demanda catiónica, de
la presencia de contaminantes perjudiciales para la fabricación de papel.
•
Turbidez: Está relacionada con los sólidos presentes en la suspensión. Este
parámetro también se utiliza en las fábricas de papel para controlar la presencia de
contaminantes en el medio, principalmente finos y cargas minerales. Los problemas
asociados a altos niveles de sólidos en suspensión, especialmente los de menor
tamaño (determinados por turbidez) son: la formación de depósitos, el taponamiento
de telas, el taponamiento de tuberías y rociadores, la posible transferencia de
manchas a la hoja de papel, etc.
•
Dureza: Está relacionada con el contenido en sales de magnesio y de calcio
contenidas en el agua. En la fabricación de papel es un parámetro importante a tener
en cuenta dado que un contenido elevado de la dureza supone la formación de
depósitos e incrustaciones en los equipos de intercambio de calor, en las tuberías, así
como la aparición de interferencias en los procesos de destintando (mayor consumo
de aditivos químicos, formación de espumas, etc.).
•
Sulfatos: Los problemas asociados a los altos niveles de sulfatos son principalmente
dos: el incremento de la corrosión (incrementado debido a la acción de las bacterias
sulfato-reductoras) y la formación de depósitos (incrustaciones de sulfato cálcico).
También están involucrados en la producción de olores, consecuencia de la reducción
microbiológica de sulfatos a H2S (sobre todo en condiciones próximas a las
anaeróbicas).
Medida del pH
El pH se mide con un pH-metro comercial según la norma EPA 150.1 (1983).
Medida de la conductividad (λ)
La conductividad se mide con un conductivímetro comercial de acuerdo a la norma
UNE-EN 27888:1994. Su valor se expresa en mS/cm ó µS/cm.
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Medida de la alcalinidad
La alcalinidad (total) determina la capacidad de tamponamiento de un agua. Se
determina mediante una valoración potenciométrica, añadiendo un ácido hasta obtener un
valor de pH determinado, pH 4.5 (viraje de naranja de metilo) en el caso de alcalinidad total. El
resultado se expresa como ppm de CaCO3. La determinación se ha lleva a cabo según la
norma EPA 310.1 (1983).
Medida de la demanda catiónica
La medida de la demanda catiónica se lleva a cabo mediante titulación coloidal
utilizando un valorador automático CRISON, conectado a un Detector de Carga de Partícula,
Mütek PCD 03, que determina el punto final de la valoración. El principio de funcionamiento
del Detector de Carga está basado en que las sustancias en forma disuelta y coloidal en una
suspensión acuosa están cargadas eléctricamente. En el caso de las aguas blancas, esta
carga es negativa, como se ha visto anteriormente. Por tanto, alrededor de sus superficies
existe una concentración de iones de carga opuesta, denominados contraiones que, si se
separan de la partícula debido a una fuerza de cizalla crean un potencial de corriente que
puede ser medido en mV. El Detector de Carga consta de una célula de medida de teflón,
donde se incorporan 10 mL del agua a caracterizar, y de un pistón del mismo material, que se
acopla al vástago del equipo y le hace oscilar dentro de la célula de medida, originando una
fuerza de cizalla que separa los contraiones de las partículas coloidales. El valorador
automático contiene la disolución del polímero catiónico, policloruro de dialil-dimetil-amonio
(PDADMAC) en general, o polietilenimina (PEI), en el caso del ensayo de deposición, con una
determinada concentración (aproximadamente de 10-3 o 10-4 N), que descarga sobre la
suspensión contenida en la célula de medida, hasta alcanzar un valor de potencial de corriente
de 0 mV, establecido como punto final de la valoración. Se efectúa la adición de polímero
hasta el punto isoeléctrico, en el cual todas las cargas en la muestra están neutralizadas. En
este punto se conoce la cantidad de polímero catiónico necesario para neutralizar la carga
negativa de 10 mL de agua blanca. A partir de este valor se calcula la demanda catiónica del
agua blanca expresada como los µeq de polímero catiónico/L de suspensión.
Se mide normalmente con PDADMAC (de concentración 0.001 N) y con PEI, para
llevar a cabo el ensayo de depositabilidad con el rotor de deposición.
Medida de la demanda química de oxígeno (DQO)
Por definición es la cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación de la materia
contenida en un agua. Por tanto, se expresa como ppm de O2. La demanda química de
oxígeno (DQO) se mide según el método normalizado APHA-AWWA-WPCF 5220-D. Este
método se basa en una digestión a reflujo (en tubos cerrados) de las muestras y posterior
determinación fotométrica.
Medida de la turbidez
La turbidez se mide según la norma UNE-EN ISO 7027:2001. Se puede medir de
manera fotométrica (por atenuación de la radicación incidente) o bien de manera
nefelométrica (medida de la radiación difundida). En este caso se utilizarán medidas
nefelométricas de la turbidez obtenidas con un nefelómetro comercial. La turbidez se
expresará entonces en unidades nefelométricas de turbidez (NTU).
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Medida de la dureza
La dureza se mide a partir de las concentraciones individuales de calcio y magnesio,
método preferido al de la valoración complexométrica con AEDT (UNE 77040:2002). La
determinación individual de la concentración de calcio y magnesio se hace por
espectrofotometría de absorción atómica en llama de aire-acetileno según norma UNE-EN
ISO 7980. La dureza se expresa en ppm de CaCO3.
Medida de los sulfatos
El contenido en sulfatos se mide de manera turbidimétrica de acuerdo a la norma EPA
375.4 (1983). En este método se precipitan los sulfatos con cloruro de bario para dar lugar a
sulfato de bario, que se determina por turbidimetría con un nefelómetro comercial.
A modo de resumen, en la tabla 2 se muestran los procedimientos estandarizados
utilizados para la medida de cada uno de los parámetros del protocolo de caracterización
desarrollado. Dichos procedimientos se adjuntan en el Anexo I.
Tabla 2. Normas utilizadas en el protocolo de caracterización de la materia disuelta y coloidal
Parámetro
Extractivos con DCM
pH
Conductividad
Demanda catiónica
Alcalinidad
Depositabilidad
Demanda química de oxígeno
Turbidez
Dureza (Ca y Mg)
Sulfatos
6
Norma
TAPPI T204 cm-97
EPA 150.1 (1983)
UNE-EN 27888:1994
EPA 310.1 (1983)
Pat. Nº 98901981.5
APHA-AWWA-WPCF 5220-D
UNE-EN ISO 7027:2001
UNE 77040:2002 y
UNE-EN ISO 7980
EPA 375.4 (1983)
Conclusiones
Con el protocolo desarrollado es posible caracterizar la materia disuelta y coloidal
aportada por los papeles recuperados de mayor producción y utilización en la Comunidad de
Madrid.
Siguiendo la evolución de calidad del papel recuperado se podrá prevenir y evitar
problemas en el proceso de fabricación y obtener productos de una calidad adecuada de
acuerdo a su uso.
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Documentación complementaria
Anexo I - Normas utilizadas para la medida de los distintos parámetros:
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T 204 cm-97 “Solvent extractives of wood and pulp”.
Método EPA 150.1 (1983) “pH. Electrometric”.
UNE-EN 27888:1994 “Calidad del Agua. Determinación de la conductividad eléctrica”.
Método EPA 310.1 (1983). “Alkalinity. Titrimetric, pH 4.5”.
UNE-EN ISO 7027:2001 “Calidad del agua. Determinación de la turbiedaz”.
UNE-EN ISO 7980:2000 “Calidad del agua. Determinación del calcio y del magnesio.
Método por espectrometría de absorción atómica”.
UNE 77040:2002 “Calidad del agua. Determinación de la dureza del agua. Método
complexométrico con AEDT”.
Método EPA 375.4 (1983): “Sulfate. Turbidimetric”.
Método 5220-D “Requerimiento de oxígeno químico. Reflujo cerrado, método
colorimétrico”. Métodos Normalizados para el análisis de aguas potables y residuales.
APHA-AWWA-WPCF. Ediciones Díaz de Santos. 17ª Edición, Madrid, España, 1992.
ISBN: 84-7978-031-2.
contacto: [email protected]