Aplicação de ultrafiltração na reciclagem de água na indústria de celulose e papel

Abstract

Nas indústrias de celulose e papel, a redução no consumo de água é uma preocupação constante. Uma das formas de reduzir este consumo consiste no fechamento dos circuitos de água da fábrica. O fechamento de circuitos pode ser feito através reutilização dos efluentes setoriais do processo produtivo. Em fábricas de celulose e papel integradas, uma das principais fontes de efluente setorial é a água branca das máquinas de papel. Este trabalho apresenta um estudo da viabilidade técnica da reciclagem da água branca proveniente de uma fábrica de celulose kraft integrada, no processo produtivo. Foram testadas sete diferentes amostras de água branca. A reciclagem deste efluente setorial foi avaliada após um tratamento utilizando ultrafiltração com membranas poliméricas. A capacidade de remoção de contaminantes pelas membranas foi avaliada por meio de análises físico-químicas e o comportamento de fluxo foi descrito para cada efluente estudado. Discutiu-se sobre a reutilização dos efluentes tratados nas máquinas de papel e as possíveis conseqüências deste procedimento no processo fabril e na qualidade do produto final, com base na caracterização físico-química dos efluentes tratados. O tratamento de ultrafiltração removeu 100% dos sólidos em suspensão e acima de 84% da turbidez em todas as águas brancas tratadas . No entanto, como esperado, o tratamento não removeu a porção solúvel presente na água branca. Para se obter a remoção de cálcio, por se tratar de um elemento com grande potencial de formação de depósitos, montou-se um processo combinado de remoção do cálcio através da precipitação química pela elevação do pH, seguida de ultrafiltração. Este processo se mostrou bastante eficiente na remoção do cálcio para valores de pH superiores a 10. Testes laboratoriais de reutilização da água branca bruta, água branca ultrafiltrada e água branca ultrafiltrada de baixa dureza no último estágio da seqüência de branqueamento OD0EopD1P foram realizados, sendo comparados às simulações com água fresca. Após os testes, foram avaliados os parâmetros de qualidade da polpa e do filtrado. Verificou-se que a branqueabilidade da polpa não foi alterada pela reutilização das diferentes águas brancas como água de processo no estágio de peroxidação. Os filtrados apresentaram variações quanto ao teor de íons cálcio, sendo que o potencial de incrustação dos filtrados do branqueamento com águas brancas bruta e ultrafiltrada foi significativo segundo a interpretação do coeficiente de solubilidade do carbonato de cálcio. Verificou-se que o tratamento de ultrafiltração com membranas é tecnicamente viável, considerando-se que as águas brancas testadas não possuem potencial de entupimento de membranas rigoroso durante três dias de ultrafiltração. A reciclagem de água branca no branqueamento é viável após precipitação química e ultrafiltração combinadas, pela redução da tendência de formação de incrustações no processo. Esta combinação de tecnologias apresenta-se atrativa e inovadora para a aplicação na indústria de celulose e papel. Houve ganho de refinabilidade, em virtude de um menor consumo de energia para o refino da polpa proveniente do estágio de peroxidação com água branca ultrafiltrada de baixa dureza. As propriedades fisico-mecânicas e ópticas do papel não foram afetadas significativamente em todas as amostras analisadas. A confirmação dos testes laboratoriais deve ser realizada em trabalhos futuros em escala piloto ou industrial.

In the pulp and paper industry, the water use minimization is becoming an important issue. One way to reduce the water consumption is to reuse effluent such as in a closed-cycle concept. The possible reuse of segregated effluents is more attractive than the reuse of the end-of-pipe final effluent. Effluent originated from specific mill sites might have adequate quality to be recycled; otherwise it would be treated in a less costly manner. In paper mills, the main source of effluent is the so-called whitewater. The present work studied the viability of paper mill whitewater reuse in different areas of an integrated bleached kraft pulp mill after membrane ultrafiltration. The contaminant removal was evaluated and flux behavior was studied. The several types of whitewater from different paper mills did not show rigorous membrane fouling potential. The main potential process and product quality problems due to the reuse of treated whitewater in the paper mills were discussed. Ultrafiltration removed 100% of the suspended solids and more than 90% of turbidity but, as expected, did not remove the soluble components of the whitewater. One of the potential problems related to the formation of deposits is the calcium content present in the whitewater. In order to remove calcium, a process was proposed consisting of precipitation by pH increase followed by ultrafiltration. Excellent calcium removal was obtained at pH 10. The reuse of whitewater, ultrafiltered whitewater and low hardness ultrafiltered whitewater was tested in the last bleaching P-stage and compared with the use of fresh water. Bleachability of pulp remained the same in all simulations. The scale-forming potentials on bleaching filtrates were determined and evaluated. Water reuse in bleaching was possible through combined treatment of hardness removal and ultrafiltration of whitewater. This combination is attractive and innovative to be applied in the pulp and paper industry. Saves on the refining energy consumption were found on pulp from the low hardness ultrafiltered whitewater simulations. Optical and mechanical properties were not affected by water reuse in all analyzed samples. Further studies should be done in pilot or industrial scales to confirm laboratorial behavior.