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FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE IGENIERIA INDUSTRIAL

Informe: TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE PAPEL Y CARTÓN

Integrantes: ALVA DÍAZ, Aeleen Gisela SAGASTEGUI VASQUEZ, Paola MORENO MANTILLA, Dayana TARMA DE LA CRUZ, Sandra Yanina ROSARIO MORE, Diego LOPEZ, Fabian

Asesor: WILSON DANIEL, Símpalo López. Curso: Procesos Industriales I

Nuevo Chimbote – Perú 2019

I.

INTRODUCCIÓN. El tratamiento de aguas residuales es una operación clave en la industria de procesos. Ya sea para cumplir con normas ambientales o para evitar impactos negativos en los cuerpos de agua cercanos, es conveniente que todo ingeniero conozca los fundamentos del tratamiento de aguas residuales, y las tecnologías existentes para alcanzar las metas de tratamiento requeridas. La eliminación de aguas residuales no tratadas produce impactos ambientales negativos en los cursos de agua receptores, en función de la concentración de contaminantes que dichas aguas contengan. Al arrojar sustancias al agua por debajo de ciertas concentraciones limites, se inicia un proceso de autodepuración, debido a diversos microorganismos (tales como bacterias y algas). Estos microorganismos descomponen los desechos, metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples, como dióxido de carbono, nitrógeno, etc. Este proceso se aplica a sustancias orgánicas, como detergentes y fenoles, y también a algunas sustancias inorgánicas, ya que hay microorganismos capaces de absorber ciertos metales, incorporándolos a sus células. Si las sustancias arrojadas poseen una alta concentración de materias tóxicas, los microorganismos son destruidos y de este modo se anula la autodepuración. Además pueden morir organismos más grandes, como peces, crustáceos,

y

plantas

acuáticas,

por

intoxicación

o

por

falta

de

microorganismos para alimentarse. Estos a su vez pueden intoxicar al resto de la fauna que conforma la cadena alimentaria, eventualmente llegando hasta el hombre.

II.

MARCO TEÓRICO

II.1.

TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE PAPEL Y CARTÓN

¿Qué es Tratamiento de efluente? Efluente es aquel residuo líquido que es difícil de depurar o reciclar con los métodos tradicionales (depuración físico-química y depuración biológica) debido a su composición y especial peligrosidad en caso de ser vertido. Dentro del tratamiento de efluentes, se aplican diferentes procesos oxidativos avanzados (POAs) que permiten la transformación de los efluentes contaminados en soluciones limpias e inofensivas. Dentro de esta sección, encontrarás artículos de interés sobre dos tipos de tratamientos, como el tratamiento de efluentes industriales, en donde se remueven metales disueltos, sólidos en suspensión, complejos cianurados, entre otros agentes contaminadores; así como el tratamiento de efluentes domésticos, que tiene como principal objetivo reducir y eliminar parásitos, agentes contaminadores y contenido que contribuyan con la proliferación bacteriana. Dentro de los tratamientos de efluentes, encontramos: a) Industrias con efluentes principalmente orgánicos: 

Papeleras



Azucareras



Mataderos



Conservas (vegetales, carnes, pescado)



Lácteas (leche, mantequilla, queso)



Fermentación (fabricación de alcoholes, levadura)



Preparación de productos alimenticios (aceites)



Bebidas



Lavandería

b) Industrias con efluentes principalmente inorgánicos: 

Limpieza y recubrimiento de metales



Explotaciones mineras y salinas



Fabricación de productos químicos inorgánicos

c) Industrias con efluentes con materias en suspensión: 

Lavaderos de mineral y carbón



Corte y pulido de mármol y otros minerales



Laminación en caliente y colada continúa

d) Industrias con efluentes orgánicos e inorgánicos: 

Refinerías y petroquímicas



Coquerías



Fabricación de productos químicos varios



Textiles

e) Industrias con efluentes de refrigeración: 

Centrales térmicas.



Centrales nucleares.

II.2.

TRATAMIENTO DE EFLUENTES DE PAPEL.

El papel, material tan utilizado en nuestro día a día, consiste en un entramado de fibras vegetales con un elevado contenido de celulosa que han sido tratadas mediante diferentes procesos basados en el uso del agua, dispuestas sobre un tamiz y finalmente secadas. Estas fibras pueden provenir de diferentes plantas y árboles, pero la fuente mayormente empleada es la de madera de coníferas, por la elevada longitud y resistencia de sus fibras.

En la fabricación de papel y cartón, el principal empleo del agua lo constituye su uso como medio de dispersión y transporte de las materias primas fibrosas y de los aditivos, a través de las etapas del proceso de producción, que van desde el pulpeo (la pulpa de celulosa o pasta de celulosa es el material hecho a base de madera más utilizado para la fabricación de papel) hasta la formación. El agua se utiliza también como fluido de intercambio de calor, para el sellado de los sistemas a vacío, para la producción de vapor, como agente lubricante. II.2.1. Tratamiento de efluentes en la industria papelera para vertido cero: Un sistema de gestión ambiental que pretende un impacto mínimo durante el proceso en su conjunto se considera un sistema de vertido cero puesto que disminuye tanto la producción de vertidos líquidos como el uso de agua potable a través de la reutilización del agua recobrada del proceso de tratamiento de efluentes en la industria papelera. El proceso de tratamiento de efluentes en la industria papelera mediante un sistema de vertido cero considera los siguientes pasos: 

Se necesita una etapa inicial de homogeneización, neutralización de pH y decantación, con el propósito de sedimentar los sólidos en suspensión de mayor tamaño de partícula.



Tratamiento con oxidación avanzada, preferiblemente con ozonización, con la finalidad de destruir las moléculas orgánicas de gran tamaño.



Tratamiento biológico anaerobio, para lograr la disminución de la materia orgánica disuelta en el líquido, produciendo a su vez biogás.



Filtración del efluente del proceso, a través de filtros de arena y a continuación con membranas de ultrafiltración.



Para terminar un proceso de ósmosis inversa.

II.2.2. Fuerzas impulsoras para mejorar la gestión del agua en la industria papelera: 

Cada vez más estricta regulación de los vertidos.



La opinión pública.



La imagen en los mercados.



La pérdida de fibra.



La escasez y el coste del agua bruta.



El coste del tratamiento de los efluentes.



Problemas de fabricación originados por la calidad del agua de proceso.

II.2.3. Fabricación de papel consume una gran cantidad de recursos: 

Agua y Energía, especialmente



Materia Prima



Productos Químicos

II.2.4. El agua: Es un elemento imprescindible en diferentes momentos del proceso de producción. “Aproximadamente se necesitan entre 2 – 18 m3 de agua (depende del sistema de gestión de los efluentes y de si se recupera el agua) y entre 2 y 2,5 toneladas de madera para producir una tonelada de papel”. Usos del agua en la fabricación de papel:  Medio de desintegración de la materia prima.  Transporte de las fibras.  Formación del papel. Los productos empleados pueden ser:  Producto alcalino (sulfato o sosa caústica): con este método se generan unos efluentes de color negro muy contaminantes los cuales son tratados para recuperar el sulfuro de sodio y la sosa caústica.

 Sulfito: en este método del sulfito también se pueden recuperar parte de los productos químicos utilizados, como es el caso del ácido sulfúrico.

Los productos químicos que no pueden ser recuperados se pierden con los efluentes residuales, además de restos de celulosa que no ha sido retenida y que confiere una elevada DQO al efluente. Fuentes de contaminación del circuito de aguas:  Las materias primas fibrosas: constituyen la fuente de contaminación principal de las aguas blancas, si bien la naturaleza e importancia de la misma varía considerablemente en función del tipo de fibra utilizada en el proceso de producción.  Los aditivos: se consideran la segunda fuente de contaminación de las aguas de proceso en la industria papelera. El número elevado de aditivos que se puede, incorporar durante el proceso de fabricación hace difícil definir la naturaleza e importancia de esta fuente de contaminación.

 Agua de alimentación: se puede introducir en el proceso una gran variedad de contaminantes, que pueden interferir en el mismo. La naturaleza y concentración de los contaminantes está generalmente relacionada con el origen del agua utilizada.

II.2.5. Parámetros fundamentales: Ph:  El potencial de hidrógeno o pH, es un concepto inventado por Sorense para tener una medida clara y bien definida de la acidez o alcalinidad de un producto.  Se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones H+ en agua.  Fórmula: (pH = -log[H+]).

Conductividad:  Consiste en estandarizar el conductímetro con disoluciones de conductividad conocida.  El número y valor de patrones a utilizar dependerá del fabricante del equipo, siendo lo normal calibrar a 147, 1413 y 12880 μS/cm.  Los patrones se suelen adquirir comercialmente aunque es posible prepararlos en laboratorio.  Una vez terminada la calibración es conveniente comprobar que la calibración es correcta, para lo cual mediremos un patrón que no haya sido utilizado para la calibración y compararemos el valor obtenido con el valor de referencia.

Temperatura:  Los resultados de temperatura se expresan en ºC. La unidad de media en S.I. es el grado K.  La medición de temperatura no precisa de una calibración previa del equipo antes de la medición.

 La mayoría de las sondas de pH, conductividad y oxígeno presentan una sonda propia de temperatura.

Oxígeno disuelto:  Los resultados de oxígeno disuelto pueden expresarse en mg/l o en porcentaje de saturación.  Dependiendo del fabricante y las necesidades de exactitud en la medición es posible que sea necesario realizar una calibración en un 100% de saturación.  La presión atmosférica influye en la medición, por lo que es necesario que el equipo disponga de un barómetro interno. En caso contrario será necesario introducir la presión en el equipo.  La salinidad interfiere en la medición del oxígeno disuelto, por lo que para valores de conductividad superiores a los 5.000 μS/cm será necesario realizar una corrección de salinidad.  La temperatura es un factor determinante en la medición de oxígeno, a mayor temperatura menor es la capacidad del agua para disolver gases.

II.2.6. Estrategias para el tratamiento del agua en la industria papelera: Ciclo abierto: Tratamiento de las aguas sin reutilización. El objetivo del tratamiento es la reducción de la contaminación de los efluentes en grado suficiente para que puedan ser vertidos cumpliendo la normativa y así evitar cualquier impacto ambiental. Ciclo cerrado: Tratamiento de las aguas con sistema de vertido cero. Dado que la producción de pasta y papel requiere de agua en numerosas etapas del proceso productivo, incorporar tecnologías de tratamiento de aguas residuales en la cadena de producción hace posible que una misma corriente de agua pueda ser

reutilizada en la misma etapa del proceso, o que pueda ser enviada y aprovechada en otra etapa. Sus objetivos:  La minimización del agua consumida.  La minimización de los residuos líquidos.  Se trata de un sistema de gestión ambiental que persigue el menor impacto ambiental del proceso en su conjunto.

II.2.7. Diseñar un tratamiento.

Homogeneización, neutralización de pH y decantación: Todo esto permite sedimentar los sólidos en suspensión de mayor tamaño de partícula. Oxidación avanzada (ozonización preferiblemente): Se destruyen las moléculas orgánicas de gran tamaño y que pueden ser refractarias en un posterior proceso biológico. Tratamiento biológico anaerobio: con el que se reduce el contenido de materia orgánica disuelta en el líquido a la vez que se genera biogás. Filtración del efluente de la digestión: primero mediante filtros de arena y posteriormente con membranas de ultrafiltración. Ósmosis inversa: Finalmente el permeado de la ósmosis inversa tiene la calidad necesaria para poder ser reutilizado dentro del proceso de fabricación de papel. Evaporación al vacío: los rechazos tratados mediante la evaporación al vacío reducen todo lo posible su volumen. El agua recuperada en la evaporación también puede ser reutilizada mientras que el concentrado, un volumen mínimo, se debe gestionar como un residuo. Incineración: Los lodos generados en el proceso de digestión anaerobia, juntamente con residuos vegetales como cortezas de árboles, serrín, etc. que se generan en la preparación inicial de la madera, se queman en una caldera.

3. PROCESO DE ELABORACIÓN DEL PAPEL. La fabricación del papel se realiza en una máquina papelera, la que está constituida por una tela sin fin que gira a gran velocidad, accionada por un conjunto de rodillos mecánicos. 3.1.

COMPONENTES DE LA FIBRA DE PAPEL.

La fibra del papel está compuesta por distintos constituyentes químicos, los más importantes son:

Todo comienza haciendo la pasta de celulosa. Preparación de la madera: Etapa I - Extracción: La madera es obtenida en forma sustentable de los bosques cultivados del país y trasladados en camiones a la fábrica de celulosa, donde se depositan en el sector industrial para su elaboración posterior. Etapa II – Desintegración: En esta etapa del proceso se realiza en primer lugar un descortezamiento de la madera y posteriormente se convierte en astillas pequeñas de tamaño homogéneo. Los trozos de madera que provienen de los bosques cosechados, entran a la fábrica para sacarles la cáscara y la corteza. Etapa III – Cribado: Luego es picada en pequeñas partes o astillas por una máquina llamada chipiadora y se acumula en grandes pilas a la espera de ser utilizadas.

Etapa IV – Cocción: Las astillas son sumergidas a alta temperatura (130 y 179 grados celsius) en un licor compuesto de agua y otros productos químicos, sulfitos y soda cáustica para separar las fibras de la madera y obtener pasta de celulosa. Aquí también se obtienen lignina y hemicelulosa, sustancias que se reciclan y se aprovechan en otras partes del proceso. Etapa V - Blanqueado: La pasta de celulosa es depositada en otros tambores donde se agregan productos químicos para blanquearlas, tales como dióxido de cloro, oxígeno, peróxido, y soda cáustica. Esto permitirá tener un papel más blanco, según el tipo de producto que quiera el fabricante. Secado y Embalado (Etapa VI y VII) Etapa VI: La celulosa blanqueada es pasada por una cinta transportadora que pasa por unos rodillos con calor para secarlas. Etapa VII: Una vez seca, la celulosa es almacenada en paquetes para su posterior transporte a las fábricas de papel. FABRICA DE PAPEL: Etapa I: La celulosa es traída desde su lugar de fabricación a través de camiones para luego transformarla en papel. Etapa II: La pasta de celulosa que contiene las fibras cae sobre una tela móvil donde se produce la formación de la hoja por el entrecruzamiento de las fibras.

Etapa III: El exceso de agua de la pasta de celulosa pasa a través de la tela donde se elimina en un recipiente. Etapa IV: La hoja de papel pasa por prensas que por presión y succión eliminan parte del agua. Etapa V: La hoja de papel húmeda pasa por distintos grupos de cilindros secadores que le aplican calor y la secan. Etapa VI: Un cilindro de gran diámetro aplasta la hoja de papel, para producir un papel liso y brillante. Etapa VII: El papel recibe un baño de almidón con el cual se sella su superficie. Etapa VIII: El papel pasa a través de unos rodillos de acero para proporcionarle tersura y un espesor homogéneo. Etapa IX: El papel se enrolla para luego ser bobinado y/o cortado a las medidas requeridas.

3.2.

EQUIPOS PARA EL PROCESO DE ELABORACIÓN DEL PAPEL:

3.2.1. PULPER: Se utiliza para triturar pulpa virgen (planchas u hojas), papel de desecho, máquina rota, destinado y purificación de pulpa. Desintegra la fibra por la acción de la operación mecánica. Debido a que el papel de desecho puede contener polvo, arena, alambres de

grapadora, clavos, ganchos, cintas adhesivas, cintas de plástico, cuerdas, recubrimientos no disueltos y otros materiales extraños como cera de asfalto, plásticos. La operación de Pulper puede ser en modo discontinuo o continuo. En una operación de modo por lotes, se puede controlar el tamaño, el relleno, los aditivos de resistencia en seco, el color, etc., agregando una cantidad específica de químicos en el Pulper. Por lo tanto, el diseño del equipo de despulpado y desbarbado debe satisfacer una serie de requisitos de proceso: Empujar el papel reciclado a fibras individuales, evitando el daño de la fibra y minimizando la fragmentación de contaminantes para permitir una eliminación eficiente en los procesos de limpieza y cribado posteriores. -

Voltaje de entrada: 380v

-

Grado de Automatización: Automático

3.2.2. TAMIZ VIBRATORIO Un Separador por tamiz vibratorio es una máquina de tamizado que vibra alrededor de su centro de gravedad. La vibración de las mallas se realiza mediante masas excéntricas en los extremos inferior y superior de la pieza generadora de movimiento. Girando la masa superior en un movimiento circular, crea una vibración en el plano horizontal, haciendo que el material se desplace a través del tamiz de acero inoxidable y hacia la periferia de la malla. La masa más baja de estos tamices industriales actúa inclinando la máquina, causando vibraciones verticales y tangenciales de esos planos.

La segregación de una variedad de partículas sólidas en grupos separados que contienen tamaños comparables. Hasta 3 separaciones simultáneamente. 3.2.3. HIDROCICLÓN: El agua entra por la parte superior de Hidrociclón a alta velocidad con una trayectoria completamente tangencial; la suciedad queda momentáneamente

adherida

a

las

paredes

cónicas

del

Hidrociclón, cayendo a un deposito situado en la parte inferior mientras el agua sale por el circuito de salida por la pare centrar del cuerpo.

4. PROCESO DE ELABORACION DEL CARTON. PASO 1: MÁQUINA DE CORRUGADO Una vez fabricado el papel en formato de bobinas, éste pasa por una máquina con rodillos pesados (que puede llegar a ser de 91m de largo). Los rodillos tienen dos funciones principales: Primero unos rodillos cumplen la función de precalentamiento. Después, el papel, ya previamente calentado, se encuentra con unos rodillos con estrías o rebordes que doblan el papel para convertirlo en cartón corrugado (llamada onduladora). Gracias a éstos últimos, el papel consigue la ondulación

PASO 2: EL ENCOLADO Cuando el papel ya tiene las ondulaciones, se pone entre dos hojas de papel kraft. Es en este proceso donde se realiza el encolado.

Éste se desarrolla mediante un conjunto de rodillos y cola de almidón. Con la finalidad de poder fijar las hojas de papel kraft al papel ondulado. Por último, el cartón (es decir, el papel corrugado con las dos hojas de papel kraft), pasa por unos rodillos para que quede todo correctamente fijado.

PASO 3: TROQUELADO El troquelado es el proceso por el que se corta el cartón con la forma que se quiere adquirir de la caja. El troquel es un molde personalizado según el modelo de caja con unas cuchillas que permiten obtener el tamaño de caja que se desee.. Así pues, el troquelado puede ser de dos tipos diferentes: 

Troquelado plano: El troquel es plano e incide perpendicularmente sobre la plancha. De esta forma, se consigue un corte preciso.



Troquelado rotativo: El troquel en este caso es semicircular e incide de forma oblicua sobre la plancha. En este caso la tolerancia en el corte puede alcanzar a los dos milímetros.

PASO 4: PLEGADO, PEGADO Y GRAPADO

Según las especificaciones del embalaje, las máquinas de pegado administran cola en diferentes puntos de la plancha de cartón. Y, posteriormente, se procede al plegado de éstas. Quedando finalmente la forma de caja. Cabe destacar que, algunas cajas de grandes dimensiones, además del pegado, también se grapan con el objetivo de reforzar la unión de las planchas.  

PASO 5: EL PROCESO DE CALIDAD

El último paso es controlar la calidad de los papeles kraft, del papel corrugado, del encolado y que el acabado esté perfecto. De esta forma, se garantiza que las cajas de cartón cumplen con las garantías del fabricante y con las expectativas del cliente final.

5.

ANEXOS.