El desarrollo forestal en Chile

Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.1
Breve historia del desarrollo forestal en Chile.
El sector forestal chileno basa su producción actual, principalmente, en la plantación de
dos
especies
foráneas,
el
Pino
Radiata
(Pinus
radiata)
y
el
Eucalipto
(Eucalyptus globulus) principalmente, las cuales han logrado una muy buena
adaptación a las condiciones locales de clima y suelo en la zona sur o centro-sur del
país. Junto con lo anterior, vale la pena mencionar que Chile posee una importante
cantidad de bosques naturales o nativos también en la zona centro-sur y extremo sur.
Sin embargo, desde un punto de vista productivo esté recurso forestal ha sido menos
importante que las plantaciones exóticas, lo cual se debe a una serie de factores, como
por ejemplo, las bajas tasas de regeneración, la calidad irregular de la madera de los
bosques naturales, y en las últimas décadas, las crecientes restricciones ambientales a
la explotación de esté recurso.
El Pinus radiata, conocido originalmente también como pino de Monterrey o pino
insigne, fue introducido a Chile desde California a fines del siglo XIX sin fines
productivos, y posteriormente, fue ensayado sin éxito como fuente de madera
estructural para las minas subterráneas de carbón de la zona de Coronel y Lota en la
Octava Región.
La expansión inicial de las plantaciones del Pinus radiata data de la década de 1950,
pero no fue hasta la década de 1980 donde se produjo un fuerte aumento de las
plantaciones. Ello, fue motivado en gran medida por una política pública de fomento a
las plantaciones forestales, dada por el Decreto Ley 701 de 1974, el cual determinó el
subsidio de una importante proporción de las inversiones realizadas por privados en
plantaciones y manejo forestal.
En forma posterior a la introducción del Pinus radiata, se probaron diversas otras
especies forestales desde la década de 1960 hasta el presente, con lo cual se
generaron nuevas alternativas, dentro de las cuales la más exitosa ha sido el
Eucalyptus globulus. Junto con ello, existen experiencias con diversas otras especies,
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
aunque menos exitosas. Dentro de las cuales, se encuentra el Eucalyptus nitens y
algunas otras de menor importancia.
En cuanto a la industria ligada a la actividad forestal, se puede decir que la
industrialización del sector forestal chileno ocurrió en forma paralela. En un principio, se
instalaron aserraderos menores asociados más que nada a la explotación del bosque
nativo más al sur y, posteriormente, durante el siglo XX se pasó a pensar en grandes
instalaciones industriales, como por ejemplo, las requeridas para producir celulosa
(Luraschi, 2007).
2.2
Características del material pulpable.
La pulpa puede ser obtenida de diversos materiales fibrosos, lo cual origina un producto
con diferentes características, pero sólo hasta mediados del 1800, en que surgen una
serie de avances técnicos que permitieron el uso de la madera como material fibroso.
En la actualidad casi la totalidad de la pulpa producida industrialmente, encuentra su
origen en la fibra de madera.
La química y anatomía del árbol varía con las distintas especies, pero tiene algunas
características en común que permite agruparlas en la siguiente clasificación:
•
Coníferas: Que resultan preferidas para ciertos usos de la pulpa, debido a la
longitud y resistencia de la fibra, también se le conoce como maderas blandas y
un grupo de especies representativa corresponde al Pino.
•
Latifoliadas: De una longitud de fibra significativamente menor que las coníferas
(1,2 mm comparado con 3,6 mm) y generalmente más delgada. A este grupo se
le conoce también como “maderas duras” siendo una especie representativa el
Eucalipto.
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Tabla 2.1: Composición química de la madera, % en peso (Melo y Paz, 1980).
2.3
Procesos de pulpaje.
Los procesos de pulpaje involucran desde separación física de las fibras hasta la
remoción a través de degradación química de la lignina, que es la sustancia que
mantiene unidas las fibras entre sí.
Esta diversidad de procesos provoca que la pulpa producida tenga distintas
características (Tabla 2. 2).
Tabla 2. 2: Algunos procesos de pulpaje y sus rendimientos (Dence y Reeve, 1996).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
En una visión general los procesos de pulpaje pueden clasificarse en:
•
Mecánicos: Se fuerza la separación de la fibra sólo a través de métodos físicos
y la pulpa contiene toda la lignina presente en la madera por lo que los
rendimientos son muy elevados, del orden de 90 – 96 %.
•
Químicos: La madera se trata con reactivos químicos que retiran parte
importante de la lignina y cierta fracción de otros constituyentes de la madera por
lo que el rendimiento llega sólo hasta el 45 – 50 %.
•
Semiquímicos o Químico - Mecánicos: Combinación de los dos procesos
anteriores, lo que permite elevar los rendimientos respecto al pulpaje químico.
2.4
Antecedentes generales de la Industria.
Está industria obtiene celulosa a partir del proceso Kraft, que quiere decir “fuerte” en
alemán, debido a las características de resistencia de la pulpa obtenida al incluir Na2S
en el pulpaje. Esté método es ampliamente dominante dentro de los procesos químicos
para producir celulosa.
La industria tiene una capacidad actual de producción diaria de 800 ADt/d para
Eucalyptus globulus (80 %), Eucalyptus nitens (20 %), (estos porcentajes se refieren a
la composición de astillas que se cargan al digestor Batch) y 1410 ADt/d para Pinus
radiata, esto lleva a una capacidad total de aproximadamente 753.406 ADt al año. Estás
especies forestales son cultivadas en el país (Anónimo, 2008).
2.5
Descripción general del proceso productivo.
En el proceso Kraft los rollizos de madera son cargados en los descortezadores, que
son tambores rotatorios que giran a una velocidad de 6 a 10 revoluciones por minuto.
Éstos retiran la corteza de la madera, que es llevada a la caldera de poder para ser
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
quemada y producir energía. Los troncos descortezados son transformados en astillas
(chips), que ingresan a cocción con productos químicos, cuya función es disolver la
lignina para que las fibras de celulosa puedan ser separadas, en está fase se produce
una reducción de la madera.
Después de la deslignificación las fibras pasan a una fase de separación y lavado, para
posteriormente pasar a la fase de blanqueo y de secado. La lignina y parte de la
hemicelulosa que están en el licor negro, se queman en una caldera de recuperación
para producir energía, mientras que las sustancias químicas se recuperan para ser
usadas otra vez en el proceso de cocción. El proceso, no solamente es autosuficiente
en el aspecto energético, sino que además está diseñado para producir un excedente
de energía. Dentro del proceso productivo se generan residuos, efluente y emisiones,
tal como se presenta en la Figura 2.1.
Figura 2. 1: Proceso Productivo y Generación de residuos, efluentes y emisiones de la
Industria de Celulosa Kraft (Fundación Terram, 2001).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
La fábrica abarca tres áreas principales:
• Preparación de la Madera: Que consiste en la conversión de rollizos en
astillas.
• Línea de Fibras: Consiste en las etapas de cocción, lavado y clasificación,
deslignificación con oxígeno, blanqueado, secado y embalado.
• Línea de Recuperación: Consiste en las etapas de evaporación, caldera de
recuperación, planta de caustificación, recuperación de cal, planta de
productos químicos y turbogenerador.
2.5.1 Preparación de la Madera.
La madera como materia prima corresponde a rollizos provenientes de las plantaciones
pertenecientes a está industria, además ingresaran astillas compradas en los
aserraderos. Se consumen rollizos, aproximadamente 144.900 m3 ssc/mes (metros
cúbicos sólidos sin corteza) de Pino y 79.905 m3 ssc/mes de Eucaliptos. Además se
consumen astillas de Pino, aproximadamente 106.270 m3 ssc/mes.
El almacenamiento debe ser capaz de acumular madera como materia prima, por
posibles perturbaciones breves en el suministro de madera, sean estos conflictos
sociales, cortes en el camino etc. Al inicio de cada línea se cuenta con un tambor
descortezador giratorio en el que por medio del contacto entre los troncos, se
desprende la corteza, al tiempo que se inicia el lavado mediante duchas de agua a
efectos de remover dichos residuos de corteza conjuntamente con la tierra, arena y
demás impurezas que pueda acarrear la madera desde las plantaciones.
La corteza extraída de los rollizos, es utilizada como combustible en la caldera de
poder. Posteriormente los troncos descortezados ingresan a un equipo denominado
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
astillador, los cuales están provistos de un disco rotatorio con cuchillos, que son
encargados de reducir el tamaño de los rollizos a astillas.
Las astillas (chips) se disponen en pilas al aire libre, equipadas con sistema automático
de carga y descarga. Se clasifican en pilas diferentes, según el tipo de madera
(Eucalyptus globulus, Pinus radiata). Los chips serán clasificados y transportados hacia
el silo de chips (Anónimo, 2008).
2.5.2 Línea de Fibras.
El pulpaje de las astillas se realiza en el área denominada línea de fibras, que está
compuesta por las fases de cocción, lavado y clasificación, deslignificación con oxígeno,
blanqueado, secado y embalado.
2.5.2.1 Cocción.
Los chips transportados desde el área de preparación de madera, ingresan a un silo de
chips, donde reciben un tratamiento previo con vapor con el objeto de facilitar la
impregnación de los reactivos en las etapas siguientes. A la salida del silo, los chips
pasan por la torre de impregnación, donde el líquido penetra en ellos, y los productos
químicos difunden dentro de la estructura de la madera de modo de obtener un
resultado adecuado y homogéneo en la cocción. Mas tarde, la mezcla es transferida a
siete digestores batch para el caso del Eucalipto o bien a un digestor continuo, para el
caso del Pino. En los digestores batch el tiempo de cocción es de 15 a 30 minutos con
una temperatura de 165 °C. A la salida del digestor batch la pulpa café tiene un Kappa
entre 15 y 17. En el digestor continuo el tiempo de cocción es de 50 a 60 minutos a una
temperatura de 170 °C. A la salida del digestor con tinuo la pulpa café tiene un Kappa
entre 28 y 30. En la cocción el licor negro extraído, que contiene los productos de
reacción de los químicos empleados y los residuos disueltos de la madera, es llevado a
un tanque de expansión, en el que se separa vapor para el tratamiento inicial de los
chips. Luego, el licor es bombeado a través de un enfriador y varios filtros de licor negro
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
que operan en paralelo, a la planta de evaporación para su recuperación. La fracción
rechazada en los filtros de licor negro se recircula y se alimenta nuevamente al digestor.
Al llegar a la parte inferior del digestor, la pasta de celulosa es sometida a un lavado a
altas temperaturas, donde los flujos de agua en contracorriente le van eliminando el
licor negro, la mezcla resultante de fibras y líquido de pulpaje (licor negro débil) será
descargada en un tanque de soplado cuya función es reducir bruscamente la presión,
con el objeto de liberar las fibras que aún permanecen compactas. El proceso de
soplado se realiza a menores temperaturas; para ello se inyecta agua fría a la pasta,
con el fin de bajar su temperatura al rango de 75 -80 °C (Anónimo, 2008).
2.5.2.2 Lavado y Clasificación.
La pulpa de celulosa que sale del digestor es lavada y clasificada a través de varios
filtros, se envía la pulpa y la suspensión química residual de los tanques de soplado a
los separadores de nudos. La función de estos separadores es remover los nudos,
aglomerados de fibras y otras impurezas presentes.
Se utiliza un sistema de multitamizado de 3 etapas incluyéndose la separación de
nudos en la primera etapa. El sistema también comprende un lavador de nudos, un
lavador de rechazos y una serie de limpiadores centrífugos para clasificar las corrientes
de rechazo que se devuelven al proceso de cocción o son enviados al tratamiento de
efluentes.
La pasta filtrada y lavada por segunda vez es enviada a las torres almacenadoras de
alta densidad. Esta pasta constituye lo que se denomina pulpa cruda o pulpa sin
blanquear y tiene un contenido importante de lignina que se expresa a través del
número de kappa, que le da una tonalidad color café, similar al color natural de la
madera. El licor que sale del lavado es enviado en contracorriente al proceso y
finalmente a la recuperación de sustancias químicas y energía (Anónimo, 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.5.2.3 Deslignificación con Oxígeno.
Después de la cocción, las fibras contienen restos de lignina, que deben ser removidos
antes del blanqueo final. Para preservar la resistencia de la fibra, la lignina debe ser
removida en forma selectiva con el mínimo deterioro de la parte celulósica de las fibras
y con la mínima pérdida de rendimiento. En la pulpa cruda, aproximadamente la mitad
de la lignina restante, se puede remover y recuperar por adición de Oxígeno a una
suspensión alcalina de fibras. En la deslignificación por Oxígeno, éste se mezcla con la
pulpa, en un reactor.
La reacción de deslignificación, se hace a presión y la temperatura se eleva hasta
alrededor de 100 °C. Después de la cocción y previo al blanqueo, la deslignificación con
Oxígeno ocurre en una o dos etapas en reactores presurizados y puede alcanzar un
eficiencia del 40 % al 60 %. Una eficiencia por encima del 40 %, normalmente requiere
instalaciones de dos etapas.
El licor de desecho, se envía al sistema de recuperación a contracorriente. El objetivo
principal de la deslignificación por oxígeno es disminuir el número Kappa de entrada al
proceso de Blanqueo, impactando positivamente en un menor consumo de químicos en
el blanqueamiento final de la pulpa (Tabla 2.3).
Tabla 2.3: Parámetros operacionales para el Nº de Kappa, en la etapa de
deslignificación con Oxígeno (Anónimo, 2008).
Posteriormente la pulpa preblanqueada ingresa a una prensa de lavado, donde se
retiran los químicos restantes y productos degradados en la reacción anterior, para su
envío a un estanque de alimentación al proceso de Blanqueo.
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.5.2.4 Blanqueo.
El objetivo del blanqueo es eliminar toda la lignina residual posible de la pulpa mediante
el uso de productos químicos oxidantes. Esto se ve reflejado a través de los parámetros
operacionales del Nº de Kappa (Tabla 2.4).
Se usan varios productos químicos en un proceso de varias etapas en combinaciones
relativas, que varían según el tipo de fibra que se quiera producir.
•
Para la producción de celulosa con madera de Eucalipto se desarrolla en tres
etapas, usando la secuencia ECF (Do – Eop – D1). En donde la pulpa al ingresar
se divide en 2 líneas de blanqueo (A y B) siguiendo la secuencia establecida.
(DoA –EopA – D1A) y (DoB –EopB – D1B).
•
Para la producción de celulosa con madera de Pino se desarrolla en cinco
etapas, usando la secuencia ECF (Do – Eop – D1 – E – D2).
Tabla 2.4: Parámetros operacionales para el Nº de Kappa, en la etapa de Blanqueo
(Anónimo, 2008).
Cada etapa está compuesta de una torre para que se desarrolle la reacción, previo a lo
cual se inyectan los reactivos en equipos mezcladores para tal fin, seguida en su
descarga de un equipo lavador de la pulpa, donde mediante el uso de filtrados y agua,
se retiran los químicos remanentes para el paso a la etapa posterior.
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Está industria blanquea la pulpa a través de la tecnología ECF (Elemental Chlorine
Free). Tanto la Comisión Europea como la EPA (Environmental Protection Agency) de
Estados Unidos, han incluido está tecnología con sus correspondientes tratamientos de
efluentes dentro de las denominadas BAT (Best Available Techniques) en la industria
de la Celulosa y el Papel.
En el blanqueo ECF, las sustancias químicas principales son:
Dióxido de Cloro: (Etapa D)
La combinación de la fuerte capacidad oxidativa del ClO2, la reducción de la extensión
de cloración y los cambios en la lignina dan como resultado la disminución en la
formación de compuestos órganoclorados cuando se sustituye el Cl2 por ClO2, esto
deriva en la producción de compuestos con menos permanencia en el tiempo en los
cuerpos receptores, menor bioacumulación y toxicidad (Solomon et al., 1996).
El empleo de ClO2 permite alcanzar blancuras cercanas al 90 %, según la norma ISO 2470 (Internacional Organization for Standardization), dando mayor flexibilidad y
selectividad a los procesos. El ClO2 es un compuesto gaseoso a temperatura ambiente,
de color amarillo verdoso, irritante, tóxico y explosivo; se descompone en presencia de
impurezas y de la luz solar. De las variables principales, la consistencia tiene muy poco
efecto sobre el blanqueo con ClO2, a nivel industrial se utiliza un rango entre 10 % y
12 %; La temperatura en la primera etapa es baja, en las etapas finales ésta alcanza
valores entre 60° y 80° C. La velocidad de reacción es rápida a altas temperaturas, pero
el aumento de blancura es lento, por ello, los tiempos de retención son altos, de 3 a 5
horas. En cuanto al pH de
trabajo este oscila entre 3 a 5. La carga de reactivo,
depende principalmente del índice de Kappa que posea la pulpa y a su vez, del tipo de
madera a utilizar (Salvadores, 1990).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
La etapa Do significa la primera adición de Dióxido de Cloro, la etapa D1 significa la
segunda adición de Dióxido de Cloro, y finalmente la etapa D2 significa la tercera
adición de Dióxido de Cloro.
Hidróxido de Sodio: (Etapa E)
Los productos de la cloración y oxidación son parcialmente solubles en agua, sólo se
elimina alrededor del 50 % durante el lavado. Por lo tanto se necesita un lavado alcalino
que debe incluirse después de cada etapa oxidante posterior, excepto la final. Además
se aprovecha esta etapa para eliminar resinas y carbohidratos de bajo peso molecular.
Cada extracción con Hidróxido de Sodio hincha las fibras y facilita el acceso del reactivo
posterior en la secuencia. Esta operación provoca que se arrastren mayor cantidad de
componentes
de
la
madera
no
deseados,
los
cuales
forman
compuestos
órganoclorados de alto peso molecular, además de contribuir al cambio en el color de
los cauces. Todo esto involucra la necesidad de contar con nuevos y más eficientes
tratamientos para los efluentes producidos (Farrán, 1998).
También dentro de esta industria se utiliza la etapa Eop, que es una extracción alcalina
reforzada con Oxígeno y Peróxido de Hidrógeno.
Peróxido de Hidrógeno: (Etapa P)
El Peróxido de Hidrógeno puro es un líquido oleoso, parecido al agua y miscible en
ella. En solución acuosa el peróxido es débilmente ácido. La acción de blanqueo del
peróxido se atribuye a la función oxidativa del ion perhidroxilo O2H¯ . La concentración
de este ion depende de la temperatura, pero en mayor grado de alcalinidad de la
solución, razón por la cual se adiciona NaOH. Si se descompone en medio acuoso, en
presencia de oxígeno no sirve como agente blanqueante, causando incluso daño a la
pulpa, por lo cual es necesario mantener el pH en condiciones tales que optimice el
blanqueo. Para está etapa las condiciones de operación recomendadas son
temperaturas entre 40 y 70 °C. Temperaturas altas a yuda a mejorar las cualidades de la
pulpa. Estas temperaturas elevadas incrementan la velocidad a la cual la lignina
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
clorada, solubilizadas en álcali, se pueden eliminar en la fibra. En cuanto a la
consistencia, se recomienda operar a una consistencia de 10 a 18 %, lo cual ayuda a
obtener mayor concentración de reactivos en la pulpa. Esto, además colabora con la
eliminación de incrustaciones lo que favorece las etapas posteriores, los tiempos de
residencia que se manejan son de 1 a 2 horas (Farrán, 1998).
2.5.2.5 Secado y Embalado.
La pasta procedente de la planta de blanqueo es preparada para su secado. El
porcentaje de fibras contenida en la pasta a la entrada de la máquina secadora
(consistencia inicial), es de aproximadamente 1 a 2 %, es decir, la pasta tiene un gran
contenido de agua. Desde la caja de entrada a está máquina, la pasta es distribuida
uniformemente sobre el fourdrinier o mesa formadora de la hoja. Este equipo es
accionado por varios rodillos que sacan el agua de la pasta por gravedad y bombas de
vacío, dándole la forma de una lámina. La lámina, que a estas alturas posee una
consistencia de aproximadamente un 46 %, entra a los pre-secadores, grandes cilindros
en cuyo interior circula vapor a altas temperaturas.
Luego pasa a los secadores principales, éste es un sistema de secado con aire caliente,
donde la hoja de celulosa pasa libre a través de corrientes de aire caliente seco para
eliminar el agua. A la salida de esta área, la lámina posee una consistencia de 87-92 %
seco. Después, esta lámina pasa por la unidad cortadora, que la deja en forma de
pliegos, los que se apilan, se prensan y se embalan en una unidad denominada fardo,
con un peso de 250 k. Finalmente agrupando 8 fardos en dos columnas de 4 se forman
los units, los que se pesan antes de almacenarlos en las bodegas. También existe la
posibilidad de bobinar la lámina de celulosa (celulosa en rollos), en cuyo caso se
prescinde de su paso por la cortadora (CMPC Celulosa S.A., 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.5.3 Línea de Recuperación.
La fase de Recuperación de Productos Químicos y Energía, si bien no se relaciona
directamente con la celulosa en sí, contribuye a su proceso de producción a través de la
generación de energía y la recuperación de los productos químicos que la planta
requiere.
2.5.3.1 Evaporación.
La evaporación consiste en una unidad de evaporación de siete efectos (evaporadores)
de película descendente.
En la evaporación, el licor negro débil con un contenido de sólidos que varía entre
15 – 20 % (Tabla 2.5), debe ser concentrado hasta 65 – 75 % de sólidos secos (licor
negro concentrado), para después ser quemados en la caldera recuperadora.
Tabla 2.5: Composición Licor Negro para 17% de sólidos (% peso), (Melo y Paz, 1980).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.5.3.2 Caldera de Recuperación.
En la caldera de recuperación se quema el licor negro concentrado, que es dispersado
dentro de ella. La caldera tiene dos funciones centrales:
1) Producir vapor
2) Recuperar las sustancias químicas
El polvo en el gas de combustión se separa mediante un precipitador electrostático, que
controla el material particulado del gas de combustión. El fundido inorgánico de la
caldera de recuperación se recoge en un disolvedor, donde se aporta licor blanco débil
para disolver el fundido, generando licor verde. El licor verde es una solución acuosa de
Carbonato de Sodio (Na2CO3) y Sulfuro de Sodio (Na2S), que se filtra o clarifica antes
de su almacenamiento.
2.5.3.3 Planta de Caustificación.
Se prepara licor blanco en un sistema que comprende un apagador, clasificador de cal y
estanques de caustificación, agregando Óxido de Calcio (CaO) al licor verde. Del
producto resultante llamada lechada de cal se filtra para separar el licor blanco y lodo
de cal (CaCO3). El licor blanco es almacenado en estanques de compensación
(Anónimo, 2008).
2.5.3.4 Recuperación de cal, proceso de calcinación.
Se lava el lodo de cal antes de su calcinación en el horno de cal para recuperar CaCO3
como CaO para ser reutilizado. El horno de cal está equipado con un secador de lodo.
Un precipitador electrostático controla el material particulado en el gas de combustión.
El horno de cal, usa petróleo o gas natural como combustible (Anónimo, 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.5.3.5 Planta de Productos Químicos.
Se genera Dióxido de Cloro (ClO2) de la reacción de Clorato de Sodio con el Metanol
en presencia de Acido Sulfúrico (método Solvay R8). La instalación tiene áreas
adecuadas de carga y descarga diseñadas para contener y controlar cualquier tipo de
derrame que pueda ocurrir. Todos los materiales están debidamente almacenados en
recipientes
equipados
con
control
de
derrames
y
contención
incorporados
(Anónimo, 2008).
2.5.3.6 Turbogenerador y Generación de Energía.
El vapor producido en la caldera de recuperación es alimentado a través de una turbina
de contrapresión para generar electricidad. Se produce electricidad en cantidades
suficientes para satisfacer todas las necesidades de la fábrica y el excedente es
vendido a Sistema Interconectado Central (SIC) (Anónimo, 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.6
El Recurso Agua.
2.6.1 Tratamiento del Agua que ingresa a la Industria.
Se extrae el agua desde un río cercano a la industria, consumiendo al día un promedio
de 72 m3/ADt. En la boca de entrada, el agua es filtrada con unas rejas que se instalan
para prevenir, por ejemplo que los peces entren dentro de la tubería del agua.
Figura 2. 2: Tratamiento del agua que ingresa a la industria (Anónimo, 2008).
Luego el agua del río es tratada en los clarificadores donde se le adicionan productos
químicos (soda cáustica, polímeros) y utilizando procesos físicos de separación de
material en suspensión, sean estos clarificadores y filtros de arena, de modo de dejarla
en condiciones de ser utilizada como agua de fábrica en el proceso productivo
(Figura 2.2), (Anónimo, 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.6.2 Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
La planta de tratamiento de aguas residuales, consiste en un tratamiento biológico que
es llevado a cabo por una laguna de aireación y descarga en promedio unos 62 m3/ADt
al día.
En esta industria de celulosa se producen tres tipos de efluentes o descargas líquidas,
los que difieren en las etapas donde colectan sus aguas, estos son:
1. Efluente Básico: Recibe principalmente el desagüe de las etapas alcalinas del
área de blanqueo.
2. Efluente Ácido: Recibe principalmente el desagüe de las etapas ácidas del área
de blanqueo.
3. Efluente General: Recibe el resto de las aguas desechadas del proceso
productivo, tales como las de preparación de madera, efluentes sanitarios etc.
La primera fase del proceso de tratamiento de aguas residuales en sí abarca una reja
de desbaste donde se separan los sólidos de gran tamaño provenientes del efluente
básico y general. Luego está corriente pasa al clarificador primario, en él se realiza la
separación de los sólidos gruesos con densidad mayor que el agua utilizando el
mecanismo de decantación. El clarificador primario, tiene un tiempo de residencia de 3
a 5 horas.
Posteriormente está corriente y el efluente ácido es conducido a una cámara de
neutralización, que cumple la función de ajustar el pH de ambas corrientes entre 6 y 8,
para a continuación ingresar a la laguna de aireación.
La laguna de aireación, es el sistema de tratamiento secundario, su objetivo es tratar los
efluentes generados en el proceso para bajar los parámetros a valores normativos
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
(D.S N° 90). Es un sistema aeróbico, compuesto por 32 aireadores superficiales, posee
una capacidad de 600.000 m3 y un tiempo de residencia de 4 días. Después de ser
tratados los efluentes estos son evacuados al cuerpo de agua receptor (Figura 2.3).
Tanto la línea de fibras como la de recuperación de la fábrica están equipadas con un
sistema de recuperación de derrames líquidos. Los derrames accidentales son
monitoreados y recuperados. Se monitorea la conductividad o el pH en puntos
estratégicos para detectar pérdidas o derrames. A través de toda la fábrica se asegura
el manejo de derrames accidentales y de fugas mediante la instalación de paredes de
protección para contener cualquier derrame de los tanques de licor o de sustancias
químicas. Se diseñó el sistema de drenaje del suelo para asegurarse de que todos los
líquidos se dirijan a los canales adecuados, para ello el sistema de tratamiento posee
una laguna de emergencia con una capacidad de 50.000 m3, que cumple la función de
almacenar los derrames líquidos de la planta.
Figura 2.3: Sistema de Tratamiento de Efluentes (Anónimo, 2008).
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24
Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.7
Características de los Efluentes de Producción de Celulosa.
En la producción de celulosa se produce una reducción de la madera, debido a que la
celulosa producida corresponde sólo a aproximadamente un 40 o 45 % del peso original
de la madera, los residuos generados poseen altas cargas de materia orgánica. Estos
residuos causan un daño considerable en la recepción de aguas si son descargados sin
ser procesados ya que tienen una alta demanda biológica de oxígeno (DBO), demanda
química de oxígeno (DQO), compuestos clorados (medidos como compuestos
orgánicos halogenados adsorbibles AOX), sólidos suspendidos (principalmente de
fibra),
ácidos grasos, taninos, ácidos resínicos, lignina y sus derivados, azufre y
compuestos de azufre, etc. (Ali y Sreekrishnan, 2001).
Mientras algunos de éstos compuestos son extraídos en forma natural de la madera
(taninos, ácidos resínicos, lignina), otros son compuestos xenobióticos, que se forman
durante el proceso de fabricación de celulosa y papel (ligninas cloradas, fenoles,
dioxinas, furanos) así, los residuos provenientes de la fábrica de celulosa y papel se
convierten en una mezcla de reactivos químicos (Ali y Sreekrishnan, 2001).
Algunos
de
los
contaminantes
antes
mencionados,
en
particular,
policloro
dibenzodioxinas y dibenzofuranos (dioxinas y furanos) son recalcitrantes a la
degradación y en esencia tienden a permanecer en el tiempo. Por esta razón, se les
conoce como contaminantes orgánicos persistentes y han sido clasificados por la
Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA, 1998) como
“contaminantes prioritarios” (Ali y Sreekrishnan, 2001).
Los compuestos volátiles de azufre reducido, tales como Sulfuro de Hidrógeno, Metil
Mercaptanos, y Sulfuro de Dimetilo, también contribuyen a la toxicidad de los efluentes
de la industria de pulpeo Kraft (Springer, 1993).
Gran parte del color se asocia a los compuestos de lignina los cuales son difíciles de
biodegradar (Torres, 1994),
y provienen principalmente de las etapas de cocción
química y blanqueo de la pulpa (Springer, 1993).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.7.1 Efluentes provenientes de las distintas etapas del Proceso.
La fabricación de celulosa incluye varias etapas y cada una puede sobrellevar una
variedad de procedimientos. Así, el efluente final es la combinación de las distintas
corrientes provenientes de cada una de las etapas y de dichos procedimientos, que se
presentan a continuación:
Descortezado: Esta etapa convierte la madera en pequeñas piezas llamadas chips y
se elimina la corteza. En este paso, la naturaleza de la materia prima utilizada, por
ejemplo madera de latifoliadas (Eucalyptus globulus), madera de coníferas (Pinus
radiata), resulta en la transferencia de taninos, ácidos resínicos, alcoholes diterpénicos,
etc., presentes en el lavado de la corteza (Ali y Sreekrishnan, 2001). Se producen
efluentes con altos niveles de sólidos suspendidos (Fundación Terram, 2001).
Los ácidos resínicos son componentes que se encuentran presentes naturalmente en la
madera, principalmente en la madera de coníferas que contienen más cantidad de
ácidos resínicos que la maderas de latifoliadas (Zaror, 2005).
Los ácidos resínicos son compuestos tipo diterpenos tricíclicos que se clasifican en dos
familias: abietanos (ác. Dehidroabiético, abiético, palústrico, levopimárico, neoabiético)
y pimaranos (ác. Sandaracopimárico, iso-pimárico y pimárico), (Springer, 1993).
Se ha demostrado que la toxicidad aguda de los efluentes está directamente
relacionada a la presencia de los ácidos resínicos (Springer, 1993).
Cocción: En esta etapa se realiza la cocción de los chips de la madera, dentro de
equipos denominados digestores. En este paso, se elimina la mayoría de la lignina y el
contenido de hemicelulosa junto con la transferencia de ácidos grasos y ácidos
resínicos, que pueden estar presentes en las aguas de lavado (Ali y Sreekrishnan,
2001). Estos efluentes tienen un alto contenido de materia orgánica (Fundación
Terram, 2001).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Los principales compuestos químicos tóxicos, formados durante el pulpeo kraft son los
ácidos grasos insaturados, que pueden ser: oléico, linoléico, linolénico y palmitoléico
(Springer, 1993).
Blanqueo: En esta etapa es utilizada la pulpa café obtenida después de la etapa de
cocción. Diversos agentes blanqueadores son agregados, incluyendo el Cloro, Dióxido
de Cloro, Hipoclorito, Peróxido de Hidrógeno, Oxígeno, Ozono, etc., pueden ser
utilizados ya sea de forma individual o combinados. En este paso, es donde la lignina,
fenoles, ácidos resínicos, etc. son clorados y transformados en compuestos
xenobióticos altamente tóxicos (Ali y Sreekrishnan, 2001).
En el lavado de las etapas de blanqueo, se utiliza una etapa de extracción alcalina,
utilizando Hidróxido de Sodio para extraer color y agentes blanqueadores de la pulpa
(Ali y Sreekrishnan, 2001).
El Cloro gaseoso (Cl2) ha sido tradicionalmente usado como agente blanqueador por su
poder oxidante. Desafortunadamente, tales características tienen efectos adversos en el
ambiente (Féliz, 2007).
El nivel de conocimiento de los compuestos tóxicos en el efluente de una planta de
pulpa kraft blanqueada ha aumentado considerablemente. Los efluentes de las etapas
de cloración con Cl2 y extracción con NaOH, representan la mayor porción de
materiales clorados. La fracción que es menor a 1,0 unidades de peso molecular (PM)
es la más preocupante, porque este material puede ser absorbido por la célula a través
de la membrana celular y de esta forma tiene potencial para bioacumularse. El material
que se bioacumula debería ser el de mayor interés, ya que si el material se degrada o
está inerte en el entorno tendrá poco impacto. Una fracción grande del material
derivado de la lignina del blanqueo pesa más 1,0 unidad de PM, de modo que no
debería de inquietar tanto. Se tiende a considerar equivalente a toxicidad y compuestos
órganoclorados, pero es importante recordar que algunos materiales no clorados son
también tóxicos, tales como los ácidos resínicos y grasos (Springer, 1993).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Durante el proceso de blanqueado, con Cl2
gaseoso, se producen compuestos
orgánicos clorados, entre ellos tenemos, bifenilos policlorados, cloroformo, dioxinas y
furanos (Springer, 1996), clorofenoles, clorocatecoles y cloroguaicoles (Goza, 2002).
Los primeros compuestos orgánicos clorados asociados con la industria papelera en
llamar la atención, fueron los bifenilos policlorados (PCBs). Estos son una mezcla de
isómeros
del
triclorobifenilo,
tetraclorobifenilo,
pentaclorobifenilo,
y
cantidades
pequeñas de diclorobifenilo y hexaclorobifenilo (Springer, 1993).
Dentro del proceso de blanqueo en la adición de Hipoclorito se genera cloroformo
(triclorometano) es un líquido altamente refractante, no inflamable, pesado, de gusto
dulzón y muy volátil (Springer, 1993).
Unas de las sustancias que se le vinculó a la industria papelera son las dioxinas y
furanos. El isómero de la dioxina de mayor interés es uno de los más tóxicos, el 2, 3, 7,
8 – tetraclorodibenzo-p-dioxina (TCDD). El furano más tóxico es el 2, 3, 7, 8
tetraclorodibenzofurano es también de gran interés. La formación de éstos compuestos
varía de una industria a otra y ahora las fábricas conocen cómo operar sus plantas de
blanqueo para disminuir los niveles de dioxinas hasta el nivel no detectable
(Springer, 1993).
Recuperación y Energía: En está etapa se pueden presentar derrames de licor negro
y de condensados contaminados (Ali y Sreekrishnan, 2001).
En el condensado contaminado, el mayor contenido de DQO es principalmente el
metanol, etanol y numerosos compuestos orgánicos sulfurados. El condensado
contaminado contiene además cetonas, terpenos, fenoles, ácidos resinosos, grasos y
varios gases disueltos (Botnia Celulosa S.A. 2004).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Una gran proporción de nitrógeno descargada de una fábrica kraft, está contenido en
los condensados (Botnia Celulosa S.A. 2004).
Es importante definir que “NO” todas las fábricas de celulosa y
papel pueden
descargar residuos idénticos ya que pueden tener distintas combinaciones de acuerdo a
la tecnología disponible en cada proceso que forma parte de la fabricación de celulosa y
papel (Ali y Sreekrishnan, 2001). Es el caso de esta industria, la que no ocupa
Cloro, ni Hipoclorito en su proceso de blanqueo, adicionalmente en el punto 2.8
se indican algunas de las tecnologías ya adoptada por está industria en la
prevención de impactos.
Por lo tanto, se debería tener conciencia de que cada fábrica de celulosa y papel son
empresas grandes, complejas, de alta interactividad y que perturbaciones en un área
pueden tener un impacto más grande de lo esperado en otra área. Consecuentemente,
el tratamiento de aguas residuales provenientes de fábricas de celulosa y papel tiende a
transformar efluentes específicos y es por esta razón que el conocimiento de posibles
contaminantes presentes en las aguas residuales, sus orígenes, grado de toxicidad y
disponibilidad
de tecnologías para su tratamiento se vuelve trascendental (Ali y
Sreekrishnan, 2001).
2.7.2 Efluentes Sectoriales generados por está Industria.
Los efluentes que se generan en las distintas etapas del proceso productivo,
identificados por la Industria que fue objeto de estudio, se detallan a continuación:
El agua que ingresa a la industria es tratada, por clarificadores y filtros de
arena, en está etapa se generan efluentes correspondientes a la “Purga Clarificador”
y “Lavado Filtro”, ambas son enviadas al Sistema de Tratamiento (Anónimo, 2008).
Los efluentes generados en la etapa “Efluente Madera Eucalipto y Pino” corresponden
a toda el agua empleada en el lavado que se recoge bajo los transportadores, donde se
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
retiran las piedras, la arena mediante trampas y el agua se conduce a un pozo. Para
mantener una calidad uniforme del agua de lavado, se retira continuamente parte de la
misma, bombeándose al Sistema de Tratamiento de efluentes y reponiéndose con agua
limpia (Anónimo, 2008).
Los efluentes generados en esta etapa “Digestores”, corresponde al agua empleada en
el lavado de la pulpa que es desechada o algún derrame accidental que se pudiera
ocasionar. Este pozo tiene controles de conductividad para en caso de que se requiera,
estos puedan ser bombeados y recuperados (Anónimo, 2008).
En la etapa de lavado y clasificación se generan los efluentes de “Lavado Pino” y de
“Rechazo Secundario Eucalipto”, éstos son enviados al Sistema de Tratamiento de
efluentes (Anónimo, 2008).
Los efluentes más representativos son los que se generan en la etapa de “Blanqueo”
que descarga continuamente parte de sus filtrados al Sistema de Tratamiento de
efluentes. La razón para esto, es que para lograr pasta limpia es necesario contar con la
suficiente cantidad de agua para su lavado, dando como resultado una concentración
de sustancias disueltas en dichos filtrados. Una parte de los filtrados es recirculada en
contracorriente desde D2, pasando por D1 hasta D0 y de E1 a E0, para el blanqueo con
Pino, lo mismo sucede en el blanqueo de Eucalipto. Esto se realiza a modo de disminuir
el consumo de agua fresca de lavado. En lo que respecta a la recuperación de filtrados
del blanqueo, no hay técnicas definidas como las “mejores técnicas disponibles” (MTD).
Esto se explica porque en el blanqueo moderno, no sólo las sustancias están en una
concentración baja, sino que además se degradan en el tratamiento biológico
de efluentes y por lo tanto los efluentes finales no son tóxicos ni nocivos
(Botnia Celulosa S.A. 2004).
El efluente que proviene de la etapa “Secado”, se usará como agua de lavado luego de
la última etapa de blanqueo, para dilución de pasta y otros usos dentro de la planta de
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
secado. Una parte del agua blanca en exceso será conducida al Sistema de
Tratamiento de efluentes (Anónimo, 2008).
Dadas las características del proceso, la planta de evaporación genera una cantidad
importante de “Condensados”. El diseño del sistema de recolección y tratamiento de
condensados es tal que permite la reutilización de los condensados en alguna de las
otras áreas de la planta.
La separación de condensados se hace en:
•
Condensado Primario: Es aquel que se obtiene de la condensación del vapor
de baja presión y media presión. Es un condensado completamente limpio que
nunca está en contacto con el licor y que se regresa a planta de agua.
•
Condensado Secundario tipo A: Condensado producido en los primeros
efectos de los evaporadores, es también conocido como condensado de
proceso, y es apto para uso en lavado de pulpa café.
•
Condensado Secundario tipo B: Condensado producido en los últimos efectos
de los evaporadores, es también conocido como condensado combinado, y es
apto para el uso del lavado de lodo.
•
Condensado Sucio: El condensado sucio proviene principalmente de la
segregación de condensado en los efectos 2 al 7. Se envía a los Stripping de
condensados para ser purificados.
Los efluentes de la etapa de “Caustificación” son posibles desbordes y derrames. Estos
son monitoreados para en caso de que se requiera, puedan ser bombeados y
recuperados (Anónimo, 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.8
Tecnologías usadas por esta industria para la prevención de impactos.
Para disminuir los parámetros físico - químicos de los efluentes generados, se han
introducido una serie de mejoras tendientes a la prevención y control de la polución,
como son:
•
Blanqueo con Dióxido de Cloro (Tecnología ECF).
•
Deslignificación con Oxígeno
•
Producción de Dióxido de Cloro por el método Solvay R8.
•
Sistemas de stripping para los condensados contaminados de evaporadores.
•
Reutilización de algunas aguas de proceso.
•
Sistemas de control de derrames.
•
Tratamiento de efluentes.
Cambio de Cl2 por ClO2: Sin duda que uno de los cambios más importantes en la
prevención de la polución introducida en la fabricación de celulosa, es en la etapa de
blanqueo, donde fue la substitución del Cl2 por ClO2.
Tal modificación fue esencial en la reducción de la cantidad y en el tipo de
órganoclorados formados y produjo la desaparición de dioxinas y furanos tetraclorados
de los efluentes (Féliz, 2007).
Este cambio elimina los 2, 3, 7, 8 - TCDD (tetracloro-dibenzo-paradioxinas) y 2, 3, 7, 8 TCDF (tetracloro-dibenzo-furanos), llevándolos a niveles indetectables. Sin embargo, la
eliminación completa de las dioxinas y furanos en los efluentes de blanqueo ECF es un
asunto que depende del nº kappa y de la pureza del ClO2.
Con un valor alto de kappa y ClO2 impuro (por ej. con alta concentración de Cl2),
aumenta la probabilidad de que se formen dioxinas y furanos. También, eliminan los
clorofenoles, disminuye la formación de cloroformo y la formación de compuestos
orgánicos clorados (AOX), (Botnia Celulosa S.A. 2004).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
La sustitución del Cl2 por ClO2, en el proceso de blanqueado, hace que la mayor parte
de los AOX (órgano clorados adsorbibles) formados fueran solubles en agua, de baja
lipofilicidad, y tuvieran una pequeña tendencia (o ninguna) a la bioacumulación (Féliz,
2007).
Se ha demostrado que remplazando el 100 % del Cl2 por ClO2 y realizando tratamientos
efectivos a los efluentes se minimiza el riesgo de daños ambientales por el efecto de los
órganoclorados (Solomon et al., 1996).
Hay organismos que han evolucionado en ambientes con importantes concentraciones
de órganoclorados naturales. Muchos compuestos idénticos o similares a aquellos
formados durante el blanqueado ECF son producidos en procesos naturales. Hay
evidencia de que existen organismos que poseen mecanismos para una efectiva
destrucción de sustancias cloradas. Por lo tanto, los compuestos clorados formados
durante el blanqueado ECF no son resistentes a la descomposición en el ambiente o a
la biodegradación. Los AOX provenientes de una planta de celulosa con la tecnología
ECF pueden ser, finalmente, mineralizados fotoquímica y biológicamente (Féliz, 2007).
Deslignificación con Oxígeno: Otra innovación significativa fue la introducción, antes
de ingresar a la secuencia de blanqueado, de una etapa de deslignificación con O2, la
cual reduce la cantidad de lignina y, consecuentemente, la cantidad de Dióxido de Cloro
requerido en las etapas posteriores (Féliz, 2007).
Producción de Dióxido de Cloro por el método Solvay R8: Las técnicas para
producir Dióxido de Cloro, han evolucionado durante muchos años con el objetivo de
maximizar el rendimiento del Dióxido de Cloro a partir del Clorato de Sodio,
minimizando la formación de Cloro como subproducto. Para la obtención de ClO2 en
está industria se utiliza el método Solvay R8, el cual minimiza la formación de Cloro y
forma el ClO2 a partir de Clorato de Sodio, Acido Sulfúrico y Metanol (Anónimo, 2008).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Stripping de los condensados contaminados concentrados: El propósito de los
Stripping es la separación y recuperación de metanol junto con reducir el consumo de
agua fresca en la planta. Esto, debido a que se purifican los condensados
contaminados reduciendo la carga de contaminantes orgánicos, vertidos al tratamiento
de efluente. El stripping y la reutilización de condensados, puede reducir de forma
significativa la carga de DQO a la planta de tratamiento de efluentes (Anónimo, 2008).
Reutilización de algunas aguas de proceso: Principalmente los filtrados de las
etapas de blanqueo, las aguas blancas del área de secado y los condensados de la
planta de evaporación (Anónimo, 2008).
Sistemas de control de derrame: Sistema de recuperación de derrames líquidos
(tanques de almacenamiento, pretiles) y una laguna de derrame con una capacidad de
50.000 m3, que cumple la función de almacenar los derrames líquidos de la planta
(Anónimo, 2008).
Tratamiento de efluentes: Consistente en un clarificador primario y una laguna de
aireación, los cuales tratan los efluentes generados en el proceso, para bajar los
parámetros a valores normativos. El tratamiento biológico también ha demostrado ser
eficaz en eliminar muchos de los contaminantes tóxicos conocidos derivados de la
madera o que se cree están asociados con efectos adversos al medio ambiente. En
particular el tratamiento biológico aplicado adecuadamente es eficaz para eliminar los
materiales tóxicos de los efluentes de pulpa y papel (Springer, 1993).
Tabla 2.6: Eficiencia de los Sistemas de Tratamiento Aeróbico (Goza, 2002).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.9
Importancia de los bioensayos de toxicidad.
La rápida y continua detección de toxicidad medioambiental causada por materiales
peligrosos es de gran importancia para la conservación de los ecosistemas y la salud
pública (Cho, et al., 2004).
La ecotoxicología, disciplina científica relativamente joven, desarrollada a partir de la
toxicología y la química medioambiental y que es definida como “el estudio del destino y
efecto de agentes tóxicos en los ecosistemas”. Los efectos pueden manifestarse a
diferentes niveles, desde estructuras subcelulares o sistemas de enzimas, hasta
organismos completos, poblaciones o comunidades (Castillo, 2004).
La ecotoxicología Integra varias disciplinas, incluyendo la biogeoquímica ambiental,
toxicología y ecología, tratando los mecanismos, procesos y respuestas, versando
sobre las interacciones entre los organismos, los agentes tóxicos y el medio ambiente
(Adriano, 2001).
De ella se desprende la ecotoxicología aplicada, que tiene como objetivo el desarrollo
de protocolos de ensayo para ser utilizados como herramientas de predicción
tempranas que permitan definir umbrales permisibles, con niveles de incertidumbre
aceptables, y sirvan de guía a las entidades reguladores para la toma de decisiones
(Day et al., 1988).
La evaluación de riesgo ecológico es un proceso de asignación de magnitudes y
probabilidades a los efectos adversos de actividades antrópicas y catástrofes naturales,
recurre tanto a métodos predictivos para la evaluación de la exposición, como de los
efectos de sustancias tóxicas a distintos niveles de organización y escala trófica.
(Ronco y Díaz, 2008).
La mayoría de los procedimientos utilizados en toxicología son llevados a cabo sobre
mamíferos, pero está creciendo la presión pública para minimizar la utilización de
vertebrados en ensayos de ecotoxicidad y el interés científico en promocionar el estudio
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35
Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
de los efectos de las sustancias químicas sobre organismos terrestres (incluyendo
vegetales) y ambientes acuáticos. Las alternativas más prometedoras en ecotoxicología
abarcan la utilización de unos pocos organismos con sensibilidad limitada y/o que no
están protegidos por la legislación. Estos incluyen bacterias, hongos, algas, plantas y
animales invertebrados (Repetto et al., 2001).
Los ensayos de biotoxicidad han adoptado una importancia creciente en la evaluación
de la toxicidad potencial de muestras medioambientales, puesto que son rápidos y no
necesitan la completa caracterización química de las mismas. Sin embargo, algunos
autores indican la necesidad de combinar los ensayos ecotoxicológicos y químicos para
evaluar dicha toxicidad potencial y establecer su naturaleza (Boluda et al., 2002).
Dependerá tanto de las propiedades químicas del compuesto como de su
concentración, según sea la duración y frecuencia de la exposición al tóxico, y su
relación con el ciclo de vida del organismo (Castillo, 2004).
Además, se debe considerar que el efecto tóxico sobre los sistemas biológicos es
ejercido por la acción combinada de todas las sustancias nocivas presentes en el
medio, incluso aquellas que no son tóxicas en sí, pero que afectan las propiedades
químicas o físicas del sistema, y consecuentemente las condiciones de vida de los
organismos (Castillo, 2004).
Estos ensayos aspiran a la predicción realista del comportamiento de sustancias tóxicas
en el medioambiente. Es razonable investigar si los bioensayos de ecotoxicidad
proporcionan una importante información por la cual puede reconocerse el posible
riesgo potencial de una muestra medioambiental (Boluda et al., 2002).
Los ensayos de ecotoxicidad se utilizan normalmente para detectar efectos agudos o
crónicos de sustancias en organismos representativos, especialmente acuáticos, como
en este caso son las bacterias marinas luminiscentes Vibrio fischeri, (Boluda et al.,
2002).
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36
Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Dichos ensayos, en bacterias y otros microorganismos, tienen la ventaja de que
presentan rutas bioquímicas similares a las de los organismos superiores, ciclos de vida
cortos y además responden rápidamente a los cambios en el medio ambiente (García,
2004). Por ello, los ensayos de toxicidad aguda utilizando bacterias, han adquirido esta
gran importancia, principalmente debido a la correlación existente entre los resultados
obtenidos a través de estos ensayos y los bioensayos convencionales de amplia
utilización (Arufe et al., 2004).
De hecho, Microtox es el ensayo que ha mostrado mayor sensibilidad y correlación con
los resultados obtenidos en peces y en Daphnia, siendo desde 1984 una de las pruebas
recomendadas por la EPA (Environmental Protection Agency), junto con pruebas en
dáfnidos, en la evaluación de la toxicidad aguda de muestras de agua (García, 2004).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.9.1 Fundamento del método utilizando la bacteria Vibrio fischeri.
El bioensayo bacteriano Microtox, se basa en monitorizar los cambios en las emisiones
de luz natural de una bacteria luminiscente (Aruldoss y Viraraghavan, 1998), Vibrio
fischeri.
Vibrio fischeri es una bacteria gram negativa, anaerobia facultativa, de la familia
Vibrionaceae cuya característica más representativa es la bioluminiscencia (producción
de luz por parte de ciertos organismos vivos). Es importante destacar la estabilidad en
la emisión de luz así como la gran sensibilidad que presenta a una amplia variedad de
sustancias tóxicas (García, 2004).
La reacción de bioluminiscencia bacteriana está ligada al sistema de transporte de
electrones en la respiración celular y es indicativa del estado metabólico de la célula, de
modo que una disminución de la bioluminiscencia indica la disminución de la respiración
celular (García, 2004).
Los contaminantes físicos, químicos y biológicos afectan a la respiración celular
alterando el porcentaje de síntesis de proteínas y lípidos y modificando por tanto el nivel
de emisión de luminiscencia (García, 2004).
En presencia de agentes contaminantes, la bioluminiscencia natural de Vibrio fischeri
disminuye y la toxicidad se expresa como concentración efectiva 50 (EC50), que es la
concentración del agente contaminante que produce una reducción del 50 % en la
emisión de luz inicial (Onoratti y Mecozzi, 2004).
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38
Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
2.10
Tecnologías posibles de implementar para la depuración de efluentes.
Frente a los tratamientos convencionales, surgen alternativas que atacan aquellos
contaminantes que no pueden ser eliminados por los tratamientos convencionales.
Entre estos tipos de tratamiento se encuentran los procesos de precipitación química y
oxidación avanzada, los cuales pueden ser utilizados como parte del tratamiento, para
eliminar compuestos que no han sido abatidos por el tratamiento convencional.
Alternativamente, pueden ser usados para tratar corrientes segregadas con alta carga
tóxica y de compuestos coloreados.
A continuación se detallan estas alternativas de tratamiento:
Precipitación química: Consiste básicamente en la adición de productos químicos con
la finalidad de alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en suspensión, para así
facilitar su eliminación por sedimentación (Metcalf & Eddy, 1995).
Este proceso ha sido ampliamente utilizado para adsorber moléculas orgánicas,
especialmente las que originan color de los efluentes, además de metales
disueltos y coloides. Los coagulantes más utilizados son el Sulfato de Aluminio
y el Cloruro Férrico, también se han incorporado polímeros orgánicos como
floculantes (Gonzáles, 2003).
El objetivo de la coagulación y floculación es la separación de partículas de tamaño muy
pequeño 0,1 nm a 1nm, desde una fase líquida. En la mayoría de los casos estas
partículas presentan densidades similares a la del agua (fase coloidal) impidiendo que
el asentamiento natural por decantación proporcione una clarificación efectiva. La
decantación usando coagulación y floculación puede remover desde un 60 a un 90 %
los sólidos suspendidos, 40 a 70 % la DBO5, 30 a 60 % la DQO, 70 a 90 % el fósforo, y
80 a 90 % de microorganismos patógenos adheridos a los sólidos. En comparación con
la decantación sin coagulación y floculación que remueve de 40 a 70 % los sólidos
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
suspendidos, 25 a 40 % la DBO5, 5 a 10 % el fósforo, y 50 a 60 % de microorganismos
patógenos (Antileo y Muñoz, 2006).
Un estudio realizado para efluentes de blanqueo de celulosa kraft, mediante el
tratamiento de precipitación química con sales de Aluminio y de Fierro en presencia de
Cal, presento altos niveles de remoción, en el caso del tratamiento con FeCl3/CaO se
logro una remoción del 50 – 60 % de la DQO, para los compuestos fenólicos la
reducción fue de 55 - 85 %, en el caso de los compuestos coloreados la remoción
alcanzada fue de 55 – 76 % (Gonzáles, 2003).
Para el tratamiento con Al2(SO4)3/CaO, la remoción de DQO alcanzada fue de un
48 - 56 %, en el caso de los compuestos fenólicos se alcanzaron reducciones de
52 – 71 % y para la remoción de compuestos coloreados, éste alcanzó valores
de 50 – 65 % (Gonzáles, 2003).
Oxidación avanzada: Se basa en la utilización de Peróxido de Hidrógeno más Ozono
(H2O2/O3). La reacción entre estos compuestos es:
H2O2 + 2 O3
2OH¯ + 3O2
El radical Hidroxil formado por la reacción puede, efectivamente oxidar las partículas
cromóforas, es decir, remover el color. Se pueden esperar un 50 % de reducción en el
total del efluente de la industria y un 90 % si solo se trata el efluente de la etapa de
blanqueo (Torres, 1994).
La adición de Peróxido de Hidrógeno a los sistemas de ozonización es una de las
formas más inmediatas de acelerar la descomposición de ozono a la formación de
radicales hidróxilo (OH). El H2O2 es un ácido débil, un poderoso oxidante y un
compuesto inestable. El uso de estos dos oxidantes combinados permite aprovechar los
efectos sinérgicos entre ellos, lo que produce una destrucción adicional de la carga
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
orgánica. Entre las posibles mezclas de agentes oxidantes, la combinación Peróxido de
Hidrógeno y Ozono es sin duda la más usada. El proceso pretende combinar la
oxidación directa del Ozono con la reacción rápida y poco selectiva de los radicales
H2O2 con los compuestos orgánicos. El proceso no es barato pero es rápido, y puede
tratar contaminantes orgánicos presentes en muy bajas concentraciones (ppb), a pH
entre 7 y 8; la relación molar óptima generalmente de O3/H2O2 es 2:1. El proceso se
acelera a pH alcalino (Forero et al., 2005).
En un trabajo experimental se trataron efluentes provenientes de las fases de blanqueo
con una corriente de Ozono solamente, producida por un equipo de ozonización que
tenía una producción de 0,053 g O3/min. Las Muestras de 100 mL de efluente fueron
tratadas directamente luego de ser obtenidas a pH ácido para las etapas Do y pH
alcalino par las etapas Eop, durante 60, 90 y 120 segundos (Farrán, 1998).
Los efluentes provenientes del blanqueo de Pino ECF, registraron una reducción
considerable del color. La concentración de color del efluente Do experimentó una
disminución del orden del 55 % y 60 % en el primer minuto, mientras que para el
efluente Eop la concentración de color decrece entre un 63 y 76 % en el mismo periodo
de tratamiento (Farrán, 1998).
El Ozono es un agente oxidante poderoso que ataca las estructuras aromáticas,
reduciendo rápidamente la concentración de compuestos cromóforos. Sin embargo,
todas las muestras estudiadas presentaron una reversión del color cuando se aumentó
la alimentación de O3 durante más tiempo (90 segundos). Eventualmente la
concentración del color baja al nivel alcanzado en el primer minuto. Este incremento de
la concentración del color debido a la acción prolongada del ozono se puede explicar
por la formación de grupos quinónicos de alto poder cromofórico, debido a la presencia
de O3 sobre compuestos aromáticos de alto peso molecular. Estos grupos son
finalmente oxidados al mantener la alimentación de O3 al sistema (120 segundos),
(Farrán, 1998).
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Capítulo 2: ANTECEDENTES GENERALES
Por lo tanto, esto indica claramente la necesidad de controlar la alimentación de Ozono
al sistema, para evitar consumos excesivos de O3, limitando el tiempo de tratamiento a
un minuto (Farrán, 1998).
Para la pulpa de blanqueo ECF de Eucalipto no presenta una gran reducción del color
al tratamiento con O3, durante 60 segundos. Ello se debe a que estos efluentes poseen
una baja coloración, debido a la ausencia de estructuras aromáticas. Por lo tanto, la
acción del Ozono se realiza sobre compuestos orgánicos disueltos de bajo
poder
cromofórico,
siendo
la
respuesta
al
tratamiento
de
menor
intensidad (37% Etapa Do y 43% Etapa Eop), (Farrán, 1998).
El efecto del O3 sobre la concentración de AOX en los efluentes provenientes de la
etapa Do de Eucalipto y Pino ECF fue en una reducción de un 24 y un 27 %
respectivamente, durante 120 segundos de tratamiento. Se desprende que la conducta
que presenta el efluente a medida que aumenta la alimentación de Ozono, que el AOX
disminuye constantemente (Farrán, 1998).
El efecto del O3 sobre la DQO no mostró una gran remoción, ello manifiesta la gran
estabilidad de las moléculas orgánicas disueltas que se forman durante el blanqueo. Se
registraron porcentajes de remoción para los efluentes de la etapa Do de Pino, que van
de 11 a 17 % y para los efluentes de la etapa Eop de Pino, el porcentaje de remoción
fue de 4 a 12 %. Para los efluentes provenientes de la etapa Do y Eop de Eucalipto
ECF, fue en una reducción de un 17 y un 36 % (Farrán, 1998).
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