100% Reutilización de agua para fabricar 100% papel recuperado

-=<.ATAMIENTO Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
100% Reutilización de agua para fabricar
100% papel recuperado
El Grupo de Investigación de Celulosa y Papel del deparlametlto de Itlgenierla Qu(mica de la
VlIiversidad Complutellse de Madrid, en colaboración co" Holmen Paper, ha trabajado durante estos
Ji/limos mIos en la optimización de la gestión del agua el! sufdbrica de Madrid. Ademds de minimizar
su consumo, tambléll se ball buscado IIuevasfuelltes de agua a través de dos lineas de trabajo:
reutilizaci611 del efluente de la proPia plemta mediante tratamielllos avanzados y utiUzación de agua
regellerada procedente de ulla depuradora mmlicipal como agua fresca. A corllitmaci611 se describen
los u'ablljos realizados y llls interesalltes conclusiones de esta investigación.
A. Blanco, R. Ordóñez y D. Hermosilla, Grupo de Celulosa y Papel,
Opto. de Ingeniería Química. Universidad Complutense de Madrid
1. San Pío y L. Rodríguez, Holmen Paper Madrid
a industria española es líder en reciclaje de pape l con una utilización
de papel recuperado como materia prima de mas del 84% (CEPI, 2008) y,
específicamente, en la Comunidad de
Madrid del 100%. El gran crecimiento y
desarrollo industrial del sector papelero en esta Comunidad (12% de la producción nacional con una producción
superior a 6(X).((X) tlaño) justifica la necesidad de desarrollar procesos sostenibles que cubran las demandas de la
sociedad, que optimicen la economía
del proceso y que incorporen t ecnologías cada vez mas respetuosas con el
med io ambiente.
La nueva máquina de papel de Holmen
Paper Madrid es una de las más modernas y eficaces de Europa y un ejemp lo de cómo adapt ar las mejores t ecnologías disponibles para disminuir el
consumo de agua y energía y minimizar
el impacto ambiental de la fábrica.
El agua es un elemento indispensable
en la fab ricación de pape l. Su p rincipa l
func ión es la de medio de d ispersión y
transporte de las materias primas fib rosas y de los aditivos a lo largo de t odo
el proceso de producción. El agua también se utiliza como fluido de intercambio de calor, para la producción de vapor, para el sellado de los sistemas de
vacío, como agente lubricante, para los
rociadores y toberas, pa ra li mp ieza,
etc. La can tidad de agua necesaria
para el proceso depende de las mat erias primas empleadas, de la tecnología utilizada y del producto final obtenido. En el caso de Holmen Paper Madrid el consumo de agua se encuentra
por debajo de los consumos de refere ncia del BREF para pape les prensa
(10-20 m3/ t) (IPPC, 2((x)), lo que supone
un reto a la hora de eliminar contaminantes de las aguas de proceso y de
SEPTIEMBRE 2009
evitar que éstos se acumulen en los circuitos de agua.
Para minimizar el consumo de agua, el
Grupo de Investigación de Ce lulosa y
Papel del departamento de Ingeniería
Química de la Universidad Complutense d e Madrid ha trabajado durante los
últimos años en estrecha colaboración
con el persona l de la planta con el objetivo de:
• Realizar una óptima gestión del agua.
• Cierre de los circuitos de agua de
usos tecnicos, como el agua de calderas y de sellado.
• Utilizar el agua en sistemas en cascada
en función de los requerimientos calida d-uso, asegurando una buena separación entre los d istint os circuitos:
lazo 1, lazo 2 y circu ito de máquina.
• Optimizar todas las etapas de clarificación de las aguas de proceso. En la
flotación por aire disuelto se ha trabajado, por ejemplo, en la desestabilización de la mate ria disuelta y coloidal mediante tratamientos avanzados
de coagulación-flocu lación, para así
eliminar junto a la materia en suspensión la mayor parte posible de materia disuelta y coloidal o basura anióni-
Figura 1. Mesa de gravedad
ca. Ademas las aguas blancas, procedentes del filtrado claro del circuito
de má quina. se someten a un proceso de ultrafilt ración para eli minar
también materia coloidal (polisacaridos, extractivos, sustancias lignocelulósicas, etc.), con el objetivo de reutilizar las aguas en las regaderas de
baja presión y en la preparación de
determinados químicos. La metodología FBRM desarrollada po r est e
grupo de investigación, para monitorizar procesos como la flocu lación O
la coagulación, ha facilitado la optimización de las dosis de floculantes y
coagulantes, lo que deriva en la obtención de mejores reducciones de
turbidez, demanda catiónica o DQO
en las aguas y evita la sob redosificación de estos pro duct os (B lanco et al.
2002ab), lo que deriva en ventajas
ambient ales y económicas.
• Se ha optimizado el desgate de los
lodos producidos en el proceso de
destint ado, favoreciendo que la materia disuelta y coloidal desestabilizada se quede en los mismos y salga de l
proceso como un producto sól ido, ya
qu e estos lodos, con una sequedad
del 70%, se destinan a otros usos
como la industria ceramica. La metodología FBRM permitió la monitorización de la flocu lación y coagulación
de estos lodos optimizando las dosis
de floculantes y disminuyendo la presencia posterio r de contaminantes en
las aguas del proceso de fabricación
(Galan, 2008), ya que las aguas filtra das en las mesas de gravedad se reu ti lizan posteriorment e (Figura 1).
Debe tenerse en cuenta, no obsta nte,
que el cierre complet o de circu itos de
agua no es la solución ó pt ima, si no
que se debe buscar el equilibrio entre
la cal idad del produ cto, el buen funcionamiento de las máquinas y la calidad
Infoenvlro
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TRATAMIENTO Y REUTILIZACiÓN DE AGUAS RESIDUALES
TRI'
del agua de proceso (Bourgogne y Laine 2(X)1; Negro et al. 1995). El nivel de
acumulación de contaminantes en las
aguas d e cada industria está directamente relacionado con el grado de cierre del sistema. Además, es la concentración de éstos la que limita, en último
caso, el grado de cierre.
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Teniendo en cuenta que en la actualidad
la planta consume agua potable del Canal de Isabel 11 y los periodos de sequía
que amenazan a la Comunidad de Madrid, este consumo mínimo de agua sigue siendo muy importa nte, por lo que
se está t rabajando en la busqueda de
fuentes alternativas de agua q ue aseguren el buen funciona miento de la planta,
incluso en periodos de sequía en lasque
el uso de agua pot able esté restringido.
Por t anto, se han abierto dos nuevas líneas d e investigación: reutilización del
eflu ent e de la planta mediante tra tamientos avanzados y utilización de agua
regenerada procedente de una depuradora municipal como agua fresca.
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Figura 3. Ejemp lo de cierre de circuitos d. agua
Las ag uas que derivan a efluente son
aquellas de peor calidad y que no pued en reutilizarse internamente dentro
d e l proceso, debiéndose someter a
tratamientos más avanzados.
vertido, de acuerdo a la legislación, a
una estación d epuradora de aguas residuales, pero no permit e su reutilización posterior en ningun proceso de la
fáb rica (Miranda et al. 2008).
El eflu ente de la planta se somet e, en
la actua lid ad, a un t ratamiento primario
de clarificació n por flotación, separando los lodos mediant e espesamiento y
desgate, y a un poste rior trata miento
b io lóg ico aerob io, lo que permite su
Para la reutilización posterior de este
efluent e en la fá brica es necesaria la
mejora del tratamiento secundario y la
realización d e tratamientos terciarios.
Actualmen t e se está trabaj ando en la
combinación de tratam ie nt o anaerobio
~m
una fábrica d. pap.' reciclado
con un tratamiento aerobio convencional tipo lodos activos ó b ioreactor de
membranas (BRM).
El tratamiento anaerobio p ermite la eliminación de sulfatos (Bajpai 2OC()}, habituales en las fábr icas que utilizan pape
reciclado como materia prima, ya que e
sulfato cálcico q ue se añad e en la formación del papel y en las capas de estuco, apa rece en las aguas una vez que e
pa pelote se ha desint egrado; además
este trat amient o perm ite la generaciór
de energía (van Haandel y Lettinga
1994), debido al biogás p roducido po'
las bacterias en el proceso de eliminación de la mat eria orgánica. incrementando la rentabilidad del proceso.
La etapa aerobia posterior p ermite dismínuir, al máximo b iodegradable, a
presencia de materia orgánica en las
aguas y prepararlas para un posterio'
tratamiento con membranas, integradc
en el caso del BRM, y externo en el ca5C
de lodos activos donde las aguas se someten a una uftrafiltración posterior.
SEPTIEMBRE 2009
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19'
LAZO 3
Reutilización del efluente
de la planta mediante
tratamientos avanzados
Figura 2. Planta piloto d e u/trafiltración
ció
Después las aguas se somet en a un trctamiento de ósmosis invers a y desirfección que permite cumplir con los requerimientos más exigent es d e los
puntos criticos de la máquina de pape
permit iendo susti tuir el ag ua fre se¿
que se introd uce actu alme nt e en e
proceso de fa bricació n. Post eri ormente este agua se reutilizará hast a el maximo posible y vol ... erá a ser sometida a
este trata mient o.
Infoenvlro
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3
TRATAMIENTO Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
Actualmente el grupo de invest igación
de la Universidad Comp lutense de Madrid y Ho lmen Pape r están t rabajando
en las diversas comb inacio nes de t ratamie nto mencionadas a esca la pilot o
(F igura 2) y en otras p osibles vías de
t ratam iento como la oxidación avanzada, a esca la de laborato rio ,
La f igura 3 muest ra un esquema simplifi ca do del cierre de circuitos.
Utilización de agua
regenerada procedente de
EDAR como agua fresca
Las técnicas de rege neración de agua
para su utilización en el sector papelero d eb en ir enfocadas a la minimizació n de rie sgos (reducción de bacterias, helmintos, p rotozoos y virus) (Toze
1997; Toze 2006) y a la eliminación de
sa les y cie rt os iones, dada su capacidad para originar episodios de corrosión e incrust aciones que puedan bloquear det erminados equipos e instalacio nes (Abubakr et al. 1997; Cu rley et
al, 1998; Bera rd 2CXXl; Bourgogne y Laine 200 1; Panchapakesan 2001). En este
senti do, los procesos de mem branas
(m icrofiltración, ultrafiltración, nanofilt ració n y ósmosis inversa) est án tomando ventaj a como técnicas avanzadas
de regeneración de los ef luentes secundario/t erciario de las depura doras
municipa les urbanas pa ra alcanzar un
agua de elevada calidad 0Nintgens et
al., 2005), reconocién dose en la act ua lidad como sist emas multibarrera cuando va rios de ellos se d isponen en serie.
La desinfección química o el uso de radiación ult ravioleta después de la fi ltra ció n co n membranas, t ambién si rv e
para el contro l de bacterias y la inactivación efectiva de virus (Lazarova et al.
1999; Clancy 2(01). Por esta razón, la
mayoría de las instalaciones está n
equipadas a su vez con técnicas avanzadas de desinfección: cloro , cloraminas, radiación ultra violeta u ozono.
Figuras 4 Y 5. Insta lacion es donde se llevaron a cabo las pruebas piloto
Tras ana lizar qué configuraciones eran
las más empleadas a nivel mundia l en
las plantas de regeneración , se opt ó
por comparar, en paralelo, 3 sistemas
multibarrera : microfiltración presurizada con membranas de fibra hueca, ultrafiltración sumergida con membranas
en espi ral y u ltrafiltración sumergida
con membranas de fib ra hueca ; seguidos, todos est os pretrat am ientos, de
unidades de ósmosis inversa y ult ravioleta idénticas en las t re s líneas.
Estos trabajos revelaron que el ensuciamiento de las membranas es un aspecto clave para el buen f uncion amiento de estas instalaciones (Figura 6)
y especial atención se tiene que dar a
los vertidos indust riales que llegan a la
depuradora mun icipal.
En b ase a los resultados que se obtuvieron, se demostró que los tres sistemas son apt os para p rodu ci r un agua
regenerada de la calidad deseada: y
que la selección de la tecno log ía óptima para la construcción de una instalación industria l depende, fundamenta lmente, de la evaluación económica de
los costes asociados a cada una de las
t ecnologías.
Duran te los últimos tres años el Grupo
de Investigac ión de Celu losa y Pape l
del Departam ento de Ingeniería Química y la em pre sa Ho lmen Paper han rea lizado diversos estudios pa ra establecer
la viabilidad técnica y eco nó mica de la
reu ti lización de aguas regenera d as munici pales y para def ini r el tratami ento
más adecuado que garant ice la minimizació n de los riesgos ya mencionados.
El equipo de investigación mencionado,
en colaboración con el Cana l de Isabel 11
y la propia empresa, llevó a cabo un p ilot aje en la EOAR de la Cuenca MediaAlta de A rroyo Cu lebro para tratar su
efluent e y hacerlo apto pa ra su con sumo como agua f resca en la fábr ica d e
oapel (Figu ras 4 y 5) (Ordói'iez, 2007) ,
SEPTIEMBRE 2009
Fjgura 6. Detalle del ensuciamjento del
filtro de cartucho previo a la ósmosis
inversa
Agradecimientos
Los aut ores de est e artícu lo quieren
agradecer a la Unión Europea la fin anciación conced ida a t ravés de l proyecto
"Water in Industry, Fit -for-Use Sustainable Water Use in Chemical, Paper, Textile and Food Industry" (financiación
211534), al M inisterio de Ciencia e Innovación la financiación concedida a través del proyecto "Reducción del consumo de agua y de energ ia pa ra la producción sost en ible de papeles g ráficos"
y a la Comunidad de Mad rid la financia ción obtenida a través de l pro yecto
"Producción limpia de papel reciclado:
Hacia la sostenibilidad en la p roducción
de pape l en la Co munidad de Mad rid"
PROLiPAPEL-CM (S-0505/AMB/O l oo).
Asimismo, qu ieren agradecer igu alment e la fi nanciación reci b ida de los
fondos FEOER a través del IMADE (proyecto PIE 538/2008) Y la re cibida de l
COTI (Proyecto 10 1-20070608).
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