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TecNM TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

Instituto Tecnológico de Tijuana

“PTAR de industria papelera (6500 toneladas de madera al mes)”

Docente: María Fernanda Araiza Verduzco Presentado por: Ledesma Cristerna Zuly Einar Número de control: 14210141 Carrera: Ingeniería Ambiental

TIJUANA, B. C.22 DE MARZO 2020

Indice Temas

paginas

Introducción……………………………………………………………………………………..3

l Procesos de elaboración de papeles – Papel satinado S.A. De C.V 1.1.- Papel escolar……………………………………………………………………………4-5 1.2.- Papel cartulina…………………………………………………………………………….6 1.3.- Tela keratol………………………………………………………………………………6-7 1.5.- Folder……………………………………………………………………………………….8 1.6.- Papel decorativo…………………………………………………………………………..8 1.7.- Papel arte ………………………………………………………………………………….9 1.8.- Papel especial…………………………………………………………………………9-10

ll.- Tren de tratamiento de aguas residuales – Papel satinado S.A. De C.V. Pretratamiento…………………………………………………………………………………10 Tratamiento primario Desbaste………………………………………………………………………………………..11 Tamizado……………………………………………………………………………………….12 Sedimentación l………………………………………………………………………………..12 Esquema del diseño de pretratamiento y tratamiento primario de AR…………………..13 Tratamiento secundario Lodos activados………………………………………………………………………………..14 sedimentación ll………………………………………………………………………………..15 Digestor de lodos……………………………………………………………………………...15 Esquema del diseño de tratamiento secundario de AR……………………………….15-16 Cálculos…………………………………………………………………………………….16-17 Bibliografía………………………………………………………………………….………….18

Introducción

A continuación, se presentará una planta de tratamiento de aguas residuales para una industria papelera llamada “PAPEL SATINADO, S.A. DE C.V” que utiliza 6500 toneladas de madera al mes para generar papel. Papel satinado es una fábrica de papel con gran prestigio dentro de la industria del papel a nivel Nacional e Internacional desde 1956. Especialista en la fabricación de papeles recubiertos y especiales. Su característica principal como empresa es la de brindar productos de alta calidad y amigables con el ambiente (debido a que son fabricados con recubiertos base agua, evitando usar solventes que dañan el medioambiente y que contribuyen al deterioro climático). Es fabricante y proveedor de un amplio surtido de productos de papel: -

Papel escolar

-

Cartulina

-

Tela keratol

-

Papel anticorrosivo

-

Cartulina oficina

-

Folder

-

Papel oficina

-

Papel decorativo

-

Papel arte

-

Papeles especiales

-

Cartulina escolar

-

Cartulina decorativa   Se van a tomar en cuenta diferentes aspectos, productos y procesos para la

elaboración de papel de la empresa ya que estos procesos son clave para la instalación de la planta de tratamiento de aguas residuales, todo de acuerdo con las necesidades y productos de la empresa.

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l.- Procesos de elaboración de papeles – Papel satinado S.A. De C.V.

1.1.- Papel escolar El papel se fabrica con las fibras de celulosa que hay en la madera. Cuando esa fibra se utiliza por primera vez se llama fibra virgen y cuando a través del reciclaje la recuperamos y la volvemos a utilizar como materia prima para fabricación de papel la llamamos fibra reciclada. Pero en realidad se trata de la misma fibra en momentos diferentes de su ciclo de vida. Partiendo de la madera, primero se separan las fibras (unidas por una especie de pegamento denominado lignina) “moliendo” la madera o disolviendo el pegamento con calor y productos químicos. Para fabricar el papel, las fibras de celulosa -vírgenes o recicladas- se mezclan con agua en un gran recipiente llamado pulper, y esa mezcla pasa a la máquina papelera. En la máquina, la mezcla de agua y fibras se coloca sobre una larga banda conducida por rodillos. A continuación, se va retirando el agua por varios procedimientos: gravedad, vacío, presión y secado. Y finalmente obtenemos una enorme hoja de papel, que se enrolla para formar una bobina. Una moderna línea de producción de papel puede llegar a medir 200 metros de largo y ocupar un espacio tan grande como dos campos de fútbol. Tiene más potencia que 500 coches juntos. Tiene hasta 5.500 km de cables, 100 km de tuberías y cientos de válvulas. Es totalmente automática y se maneja con hasta 50 pantallas y teclados de ordenador. Los productos papeleros, una vez utilizados, se recogen para reciclar a través de la recogida selectiva municipal (contenedor azul, puerta a puerta comercial y puntos limpios) y de la recogida que realizan operadores privados en grandes superficies dhde distribución, industrias, imprentas, etc. Todo ese papel y cartón va a los almacenes de las empresas del sector de la recuperación donde recibe un tratamiento consistente en su

clasificación,

acondicionamiento

y

enfardado.

Finalmente,

las fábricas 4

papeleras compran ese papel y ese cartón y lo reciclan, utilizándolo como materia prima para fabricar papel y cartón reciclado. El papel usado recuperado entra en la fábrica de papel por cintas transportadoras. Se mezcla con agua en el pulper y se agita. Las fibras de papel se separan de las grapas, plásticos, etc. Pasan a la máquina papelera para convertirse en papel nuevo. Imagen A) Proceso de elaboración del papel escolar.

Imagen A) Diagrama del proceso completo de elaboración de papel

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1.2.- Papel cartulina El papel cartulina es obtenido por combinación en estado húmedo de varias capas o bandas de papel, formadas separadamente, de composiciones iguales o distintas, que se adhieren por compresión y sin la utilización de adhesivo alguno.

Imagen B) Cartulina tipo escolar

1.3.- Tela keratol

Es una malla muy fina donde se coloca la pasta de papel y comienza el desgote y secado. La primera parte del secado es por gravedad, el agua cae atravesando la tela y las fibras quedan retenidas en la parte superior. Después, el exceso de agua no desgota por sí solo, por lo que hay que ayudarlo con varios elementos. -

Foils: Unas piezas, generalmente de plástico, que se colocan en la parte inferior de la tela. Tienen un ligero ángulo de descenso que al contacto con la malla generan un cierto vacío.

-

Vacuum foils: Lo mismo que los foils, pero además absorben el agua mediante bombas de vacío.

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Imagen C) Tela keratol

1.4.- Papel anticorrosivo Papel de elevada resistencia fabricado básicamente a partir de pasta química kraft (al sulfato). Puede ser crudo o blanqueado. En ocasiones y en algunos países se refiere al papel fabricado esencialmente con pastas crudas kraft de maderas de coníferas. Los crudos se usan ampliamente para envolturas y embalajes y los blanqueados, para contabilidad, registros, actas, documentos oficiales, etc. El término viene de la palabra alemana para resistencia.

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Imagen D) Papel anticorrosivo

1.5.- Folder Las carpetas se pueden hacer de plástico o de papel. Cuando se utiliza el papel, es preferible que esté hecho de la celulosa de fibra larga, como papel Kraft o papel de Manila.

Imagen E) Folder tipo manila

1.6.- Papel decorativo El papel decorativo elaborado en esta empresa es delgado y con recubrimientos a base de agua para evitar solventes con contaminantes llamados COV’s (compuestos Orgánicos Volátiles) que son responsables de contaminar la atmosfera.

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Imagen F) Papel decorativo

1.7.- Papel arte El papel arte al igual que el papel decorativo es delgado y con recubrimientos a base de agua para evitar solventes con contaminantes llamados COV’s (compuestos Orgánicos Volátiles) que son responsables de contaminar la atmosfera.

Imagen G) Tipos de papel

arte

1.8.- Papel especial Papel traslúcido, muy liso y resistente a las grasas, fabricado con pastas químicas muy refinadas y subsecuentemente calandrado. Es un similsulfurizado de calidad superior fuertemente calandrado. La transparencia es la propiedad esencial.

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Imagen H) Papel especial

Tratamiento primario ll.- Tren de tratamiento de aguas residuales – Papel satinado S.A. De C.V. Pretratamiento Durante esta etapa, el agua residual será acondicionada para facilitar el pretratamiento, con la finalidad de preservar la instalación de erosiones y taponamientos. Así mismo, se puede llevar a cabo la realización de una pre-aireación, la cual permite la eliminación de compuestos orgánicos volátiles (COV’s) presentes en el agua residual, en este caso sería necesario ya que en la industria papelera “papel satinado” emite cierta cantidad de COV’s debido a la utilización de pinturas, a pesar de usar recubiertos a base de agua en el papel, los compuestos orgánicos volátiles se caracterizan por ser malolientes y aumenta el contenido de oxígeno en el  agua, lo que ayuda a la disminución de la producción de olores desagradables en las siguientes etapas del tratamiento de aguas residuales.

Tratamiento primario Esta etapa tiene como propósito, eliminar los sólidos en suspensión a través de un proceso de sedimentación simple por gravedad y/o asistida por sustancias químicas tales como coagulantes y floculantes1. 10

El agua residual se depositará en un decantador y permanecerá retenida de 1 a 2 horas, donde serán agregados compuestos químicos tales como sales de hierro, aluminio y polielectrolitos floculantes para completar el proceso, así como producir precipitación del fósforo, los sólidos en suspensión muy finos o aquellos en estado de coloides hasta en un 70%. Este proceso se desarrolla mediante el uso de maquina hidráulica, basándose allí el reconocimiento como tratamiento mecánico. Esta fase se subdivide en varias etapas, las cuales son las siguientes 1:

Desbaste Consistirá en la retención de los sólidos gruesos del agua residual a través de una reja autolimpiable de menor paso o luz de malla (20 - 40 mm). Esta operación produce una reducción de la carga contaminante a la entrada, lo cual permite la preservación de equipos tales como conducciones, bombas y válvulas, en contraparte de los depósitos y obstrucciones provocadas, por los sólidos que por lo general pueden ser muy fibrosos.

Imagen I) Rejillas para desbaste

Tamizado Se realizará mediante el tamizado, donde los sólidos de menor tamaño serán removidos por medio de una criba de tambor rotatorio (paso de malla de 0.2 mm), para así evitar problemas de averías en la planta de tratamiento debido a que, si no son 11

removidos, pueden ocasionar el tapamiento de tuberías y severos daños a los equipos1.

Imagen J) Tamiz de tambor rotatorio

Sedimentación l Se realizará en un tanque cilíndrico, donde será removidos entre un 60% y 65% de los sólidos sedimentables y de un 30% a un 35% de los sólidos suspendidos en las aguas residuales, siendo un proceso de tipo floculento, en el cual los lodos están conformados por partículas orgánicas. Tales tanques son llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios, siendo lo suficientemente grandes para que los sólidos fecales puedan depositarse y el material flotante como la grasa puedan elevarse hacia la superficie, desnatándose allí 1.

Imagen K) Tanques clarificadores primarios

Esquema del diseño de pretratamiento y tratamiento primario de aguas residuales para la industria papelera “Papel satinado” 12 Pretratamiento

2 3

↓ A

4

5 B

C 1

Tratamiento primario

Pretratamiento A) Desbaste.

Tratamiento primario B) Tamiz de tambor rotatorio. C) Tanque de clarificador l. 1.- Entrada de agua cruda. 2.- Puente de rasquetas para sustancias flotantes. 3.- Zona de floculación. 4.- Salida de agua clarificada. 5.- Evacuación de fangos.

Tratamiento Secundario

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La etapa secundaria se define como un proceso biológico natural, donde participan los microorganismos presentes en el agua residual y que se desarrollan en un reactor o cuba de aireación, sin contar los que también se desarrollan en menor medida en el decantador secundario1. Los procesos biológicos aerobios, anaerobios y físicos químicos tales como la floculación son parte de esta etapa del proceso de depuración de agua residual, los cuales reducen la mayor parte de la demanda biológica de oxígeno como también remueven cantidades adicionales de sólidos sedimentadles 1.

Lodos Activados Los lodos activados son un proceso aerobio de biomasa suspendida, se utilizarán en este tren de tratamiento de aguas residuales, se usarán diversos mecanismos para hacer uso de oxígeno disuelto y promover el crecimiento de organismos biológicos que remueven substancialmente materia orgánica como también pueden atrapar partículas de material2. Esta fase pondrá en contacto el agua residual con flóculos biológicos previamente formados, en los que se absorbe la materia orgánica y donde es degradada por las bacterias presentes, manteniendo una determinada concentración de organismos aerobios, todo esto se llevara a cabo en una balsa aireada o tanque de aireación2. Se utilizará un reactor de flujo pistón, ya que, es el reactor de flujo continuo más económico hablando operacionalmente y maneja cantidades altas de agua residual de manera continua. En cuanto a su operación, las partículas del fluido pasan a través del tanque y salen con la misma secuencia con la que entran, las partículas conservan su identidad y permanecen en el interior del tanque por un tiempo igual al tiempo teórico de detención. Pueden ser tanques de gran longitud con una relación longitud/anchura elevada, en el cual la dispersión es mínima o nula 4.

Sedimentación ll 14

Al igual que la primera sedimentación, el proceso se llevará a cabo en un segundo clarificador donde serán removidos entre un 60% y 65% de los sólidos sedimentables y de un 30% a un 35% de los sólidos suspendidos en las aguas residuales. A diferencia del primer clarificador, este contara con un tubo de reciclado de lodos para hacerlos recircular a través del reactor y asi lograr un modelo más eficiente y económico.

Digestor de lodos activados En esta etapa, el exceso de lodos activados son deshidratados por medio de un tanque séptico el cual estabilizara la materia orgánica para lograr transformarla en un lodo inofensivo y listo para su disposición final 4.

Esquema del diseño de tratamiento secundario de aguas residuales para la industria papelera “Papel satinado”

2

1 A

3

B 5

Tratamiento secundario

4

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Tratamiento secundario A) Reactor de flujo pistón. B) Tanque de clarificador ll. 1.- Entrada de agua residual pretratada. 2.- Puente de rasquetas para sustancias flotantes. 3.- Zona de floculación. 4.- Reciclado de lodos. 5.- Salida de agua depurada.

Cálculos Los datos que tenemos son los siguientes: Días= 30 Personas/ día= 180 Horas/ día* persona= 8 Horas/ mes* persona = 192 Volumen= 10500 Litros/ mes Primero se calculará los litros por hora de la industria papelera que gasta 6500 toneladas de madera al mes:

10500 L/ mes___ = 54.6875 L/ hrs* persona 192 hrs/ mes* persona

El resultado se convierte en litros por segundo:

54.6875 L

1 hrs

1 min

hrs* persona

60 min

60 seg

0.015 L

1 m3

3600 seg

= 0.015 L/ seg* persona

= 0.054 m3/ hrs* persona 16

seg* persona

1000 hrs

1 hrs

Después se calcula el volumen que se colecta en un día de la siguiente manera: Caudal por hora → 0.054 m3/ hrs* persona = ⱷ Un día= 24 hrs V= ⱷ * T V= (0.054 m3/ hrs* persona) (24 hrs) = 1.296 m3/ persona En seguida se calcula el volumen que corresponde por persona:

VP= 1.296 m3/ persona

= 0.0072 m3/ persona

180 personas

VP=

0.0072 m3

1000 L

personas

1 m3

= 7.2 L/ persona

Por ultimo se calcula el gasto de agua por día total sumando a todos los empleados: (7.2 L/ personas) (180 personas/ día) = 1296 L/ día

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Bibliografía 1.-  Fibras y Normas de Colombia S.A.S. Estas son las etapas del proceso de tratamiento de aguas residuales. https://blog.fibrasynormasdecolombia.com/etapas-del-proceso-tratamiento-aguasresiduales/#:~:text=Etapa%20primaria%3A,tales%20como%20coagulantes%20y %20floculantes.

2.- DR. HUGO GUILLÉN TRUJILLO (Tuxtla Gutiérrez Chiapas a Enero de 2012). UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN INGENIERÍA CON TERMINAL EN CALIDAD DEL AGUA. “PROCESOS BIOLÓGICOS” http://www.cecodes.net/Apuntes/PROCESOS%20BIOL%C3%93GICOS.pdf 3.- Evaluación Tecnológica de los Biorreactores de Membrana. https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/2738/372582.pdf? sequence=2&isAllowed=y 4.- Dr.Ing. I. López ; Dr.Ing. L. Borzacconi (2009). Facultad de Ingeniería. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE REACTORES. https://www.fing.edu.uy/iiq/maestrias/DisenioReactores/materiales/notas1.pdf

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