MEDIDAS INTERNAS PARA LA REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE AGUA EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL

Transcripción

1 MEDIDAS INTERNAS PARA LA REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE AGUA EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL Jesús Urra, Heymo Ingeniería S.A. (Grupo Pöyry) C/Arequipa 1, 28043, Madrid, España (e. mail: 30, Mayo, 2007

2 HACIA UN CICLO CERRADO EN LA FABRICACIÓN DE PAPEL En esta presentación, un ciclo cerrado significa que no se descargan aguas residuales. Un ciclo cerrado también se llama efluente cero Debido a la perdida de agua por evaporación (principalmente en la sección de secado y en las torres de refrigeración) y al agua que contienen los rechazos, el consumo mínimo de agua de una planta de papel es de aproximadamente 2-3 m3/ton Porqué ir hacia un ciclo cerrado? Las razones pueden ser muy diversas: Aumento de los costes de agua fresca y aguas residuales Limitaciones en la cantidad que se puede verter Condiciones locales: No existe ningún receptor de aguas residuales Legislación local: Efluente no permitido El consumo específico de agua fresca de una planta moderna está en el rango de 2-20 m3/t papel TIPO DE PAPEL m3/ton Liner, Corrugado 2-10 Papel Prensa 6-12 Impresión y Escritura 5-10 Cartón 8-15 Papel Supercalandrado SC Tisú 5-15 Papel Estucado Ligero LWC La Industria del papel, como promedio, ha mejorado su economía de agua considerablemente Sin embargo hay muchos fabricantes de papel sometidos a la presión de disminuir el consumo específico y absoluto de agua de sus operaciones. Este documento habla de un enfoque práctico, paso a paso, para disminuir el consumo de agua. Los pasos o etapas son: Manejo del agua, Reciclado optimizado y Riñón de proceso. Cada paso representa un esfuerzo incremental pero también una disminución en el consumo especifico de agua (ver próxima figura)

3 Consumo específico de agua Manejo del agua Reciclado optimizado Riñón de Proceso Esfuerzo En general, aunque no siempre es el caso, un consumo específico de agua más bajo significa un aumento en los costes de operación (ver próxima figura). Costes de operación versus esfuerzo Riñón de Proceso Manejo del agua Reciclado optimizado Esfuerzo

4 La primera razón es que cada paso hacia un consumo más bajo necesita, normalmente de bombas y de otros equipos de proceso adicionales. La segunda razón es que cuando las cantidades de aguas residuales bajan, es decir se cierra el circuito, la temperatura del proceso suele aumentar y se necesitan equipos adicionales de refrigeración del proceso. MEDIDAS INTERNAS (PASOS O ETAPAS) 1. Manejo del Agua (primer paso). La palabra clave es eliminación de vertidos incontrolados 2. Reciclado Optimizado (segundo paso). La palabra clave es generación de agua fresca del proceso 3. Riñón de Proceso. La palabra clave es eliminación de sales inorgánicas y generación de agua fresca del proceso 1. El primer paso hacia un ciclo cerrado en la fabricación de papel es el manejo del agua. Algunos principios básicos son: Eliminación de vertidos incontrolados. Seguimiento de la instalación para ver si la instrumentación funciona bien (lazos de control, niveles etc.) y es la adecuada. Verificación de posibles fugas en sellos de bombas, refinos etc. Adecuados volúmenes tampón de rotos y aguas blancas (Torres de rotos y aguas blancas (clarificadas) diseñadas para absorber las roturas de máquina). Diseños adecuados de tanques y tinas para evitar consumos excesivos de agua en lavados. En nuevas instalaciones tamaños pequeños (pequeños tiempos de retención) con adecuada instrumentación (+ DCS), e incluso eliminación de parte de ellos (ahorro de energía). Recuperación eficiente de fibra. Sistema de filtración de aguas blancas mediante Filtros de Disco ó DAF s. Utilización del filtrado claro/superclaro para regadíos de Máquina de Papel y diluciones. Filtros de Disco en la mayor parte de las aplicaciones (siempre con fibra vírgen) En Tisú a base de destintado,daf. (para la eliminación de los sólidos en suspensión) El agua superclara del filtro de discos tiene unos PPM s de máx en fibra virgen y puede ser utilizada directamente para regadíos En DAF s raramente se consiguen 40 PPM s (50 más normal) y se necesita un Microfiltro (Microflotación) para utilizar sus aguas para regadíos. El DAF necesita además de productos químicos para su operación. En Fabricas Integradas: Principio de contracorriente: el agua fresca se introduce en la máquina de papel. El filtrado claro de MP se usa como agua de aporte en la planta de pastas (TMP / PGW / DIP / CP). Minimización del arrastre de impurezas de la planta de celulosa: Desgote de la pasta hasta una alta consistencia antes de su dilución con filtrado claro de MP. El efluente se descarga principalmente / solamente de la planta de celulosa Descarga controlada de aguas residuales, agua clarificada de la planta de celulosa

5 Aplicando estos principios se pueden conseguir los siguientes resultados: Consumo de agua fresca, razonable Bajas perdidas de fibra Baja carga de materia en suspensión, coloidal y disuelta en el agua de proceso de MP Relativamente sencilla química de la parte húmeda Temperatura constante de proceso y fácil de controlar Bajo consumo de energía para el calentamiento del agua de proceso 2. Reciclado Optimizado (segundo paso). El próximo paso es el ajuste fino del proceso para optimizar el reciclado del agua en la planta y así disminuir aún más el consumo de agua. Los principios son: Filtrados claros o superclaros usados en la mayoría de los regadíos de la MP Filtrados claros o superclaros usados en la mayoría de diluciones químicas. Filtrado claro/superclaro usado como agua de mangueo por lo menos en la parte húmeda y en el sótano Dispositivos Trumpjet o similares para diluciones de químicos y en concreto en las diluciones de los agentes de retención en cabeza de máquina (tradicionalmente realizados con agua fresca). Cierres hidrodinámicos (Dynaseal o equivalente) en bombas, agitadores etc (excepto donde no sea aplicable) Bombas de vacío: Aguas del anillo líquido recogidas, enfriadas (torre de refrigeración) y recirculadas con un sistema prácticamente cerrado (pérdidas por evaporación en la torre, más aporte de agua fresca para evitar contaminación del circuito,más agua de lubricación para bombas Ej: 110 l/s). Alternativamente, utilización de Turbosoplantes para generar el vacío. Consumo prácticamente nulo de agua (agua de lubricación de bombas de extracción Ej: 0,6 l/s) Ventaja adicional de las turbosoplantes: Recuperación de parte del calor generado: los gases calientes (hasta 160ºC) se inyectan en la campana de la MP o su calor es recuperado mediante intercambiadores (Rendimiento energético hasta del 80%). Refrigeraciones Agua de refrigeración, calentada, usada como agua fresca Refrigeración indirecta de agua de refrigeración Reducción de agua de refrigeración (sistema de refrigeración de agua en dos o tres fases) para reducir el flujo Lazo cerrado, sistemas de refrigeración autónomos para aplicaciones criticas

6 Reciclado optimizado (segundo paso). El lazo de agua fresca puede ser como este. TORRES OBJETOS OBJETOS REFRIGERACIÓN A REFRIGERAR 1 A REFRIGERAR 2 ENFRIAMIENTO INDIRECTO AGUA AGUA AGUA APORTE REFRIGERACIÓN 1 REFRIGERACION 2 TEMPLADA AGUA 20 C 30 C 40 C FRESCA AGUA DE SELLO REGADIOS AGUA FRESCA DILUCIONES DE QUIMICOS OTROS CONSUMIDORES El aumento del reciclado lleva a : Incremento de la temperatura del agua de proceso Incremento de la concentración del agua de proceso en Sólidos en suspensión Materia coloidal Materia disuelta Aumento del riesgo de problemas con color, toxicidad y olor del agua de proceso Aumento del riesgo de corrosión Para tratar con los asuntos listados más arriba las aguas de proceso se tratan, a menudo, con micro-flotación, también llamada flotación con aire disuelto (DAF) antes de ser reintroducidas de nuevo en el proceso. Los resultados son: Eliminación eficiente de partículas hidrófobas y coloidales Elimina % de los sólidos en suspensión Elimina 10-40% de la materia coloidal Reduce la DQO Tiene un efecto ligero de refrigeración Pero no elimina las sales inorgánicas

7 Reciclado optimizado (segundo paso). Ejemplo de utilización de DAF en una fábrica con Destintado (DIP) FIBRA A LA DERECHA AGUA A LA IZQUIERDA AGUA TEMPLAD PLANTA PLANTA MAQUINA DESTINTADO DESTINTADO PAPEL LAZO 1 LAZO 2 LAZO ESPESADO TRATAMIENTO EFLUENTES FLOTACION DESGOTE FLOTACION FLOTACION AIRE LODOS AIRE AIRE DISUELTO 3 DISUELTO 2 DISUELTO 1 DAF (Flotación con aire disuelto o Microflotación) Utilizado para: Purificación de agua de proceso de destintado Recuperador de fibras en Máquina de tisú Recuperador de fibras en máquina de Test Liner Eliminación de resina y extractivos de la Pasta Mecánica Agua de limpieza de pasta Pre-tratamiento de aguas residuales Eliminación de lodos después del tratamiento biológico 3. Riñón de Proceso (tercer paso) Cuando el consumo de agua se reduce aún más, la concentración de materia coloidal y disuelta así como la temperatura de equilibrio aumentan considerablemente Las sales inorgánicas en combinación con altas temperaturas pueden llevar a problemas significantes en la química de la parte húmeda y a corrosión Se requiere, pues, algún medio de disminuir la concentración de las sales inorgánicas disueltas, es decir, un riñón de proceso. A nivel de fábrica las opciones más completas son principalmente, Evaporación y Osmosis Inversa. Ambas tecnologías necesitan de una adecuada filtración como pretratamiento. En la actualidad la Ultrafiltración es la tecnologia más utilizada para generar agua fresca a partir de aguas de proceso (filtrados claros y superclaros del filtro de discos).

8 Un proceso riñón puede ser como este (ver figura siguiente): FILTRO MICRO OSMOSIS POLICIA O INVERSA O ULTRA EVAPORACION FILTRACION TRATAMIENTO DEL CONCENTRADO DAF AGUA AGUA AGUA TEMPLADA CLARIFICADA FRESCA 40 C O FILTRADO 1 M3/TON SUPERCLARO AGUA REGADIOS DILUCIONES DE QUIMICOS OTROS CONSUMIDORES Las aguas tratadas en el riñón se usan en regaderas y diluciones de químicos que necesitan calidad de agua fresca El rechazo del pulmón es incinerado o tratado en la planta de tratamiento de efluentes Dependiendo del proceso y de la tecnología del riñón,el rechazo puede ser reutilizado en el proceso de fabricación del papel

9 Metodo Tamaño de Separación Presión de funcionamiento Tipo de membrana Osmosis Inversa (OI) <1,5 nm 3-6 MPa No porosa Nano Filtración (NF) 0,5-7 nm 1-4 MPA Microporosa Ultra Filtración (UF) 3 nm-0,1 µm 0,2-1MPa Microporosa Micro Filtración (MF) 50 nm-5 µm 0,1-0,4 MPa Porosa Tratamientos Anaerobios como Riñón de Proceso Varias plantas europeas de testliner usan tratamiento anaerobio biológico como riñón de proceso. Como no eliminan las sales, estas plantas tienen problemas frecuentes de corrosión (y a veces olores desagradables) Membranas.Ultrafiltración La ultrafiltración se usa para limpiar aguas blancas o filtradas (filtrados claros y superclaros del filtro de discos) y generar agua fresca para regadios de MP. También se usa para separar el estuco del agua de limpieza de la estucadora

10 Resultados típicos Eliminación de sólidos 100% Eliminación de bacterias 100% Reduccion de DQO 20-50% Eliminación de sales organicas disueltas 0% Membranas. Nanofiltración Reducción de DQO hasta 90% Reduce el contenido en iones hasta un cierto nivel La Nanofiltración requiere de la Ulrafiltración como pre tratamiento La Nanofiltración no se usa a gran escala en ninguna planta de papel aunque se están realizando ensayos al respecto. Membranas. Ósmosis Inversa La aplicación más típica es la de la creación de agua desmineralizada partiendo de agua fresca de fábrica (agua de pozos o agua de río previamente tratada y filtrada). Se utiliza en calderas para la reposición de condensados no devueltos por la máquina de papel En cogeneraciones para el enfriador de la turbina de gas En la máquina de papel para las aplicaciones más complicadas como son los chorros de corte. En circuitos cerrados de refrigeración como reposición de agua Evaporación La técnica más eficaz para concentrar sustancias no-volátiles y eliminarlas del proceso La calidad del condensado es equivalente a agua fresca o aún mejor La eficiencia de eliminación de DQO es de aprox. 95%, la eliminación de electrolitos es aún mejor El agua de alimentación es normalmente pre-tratada por filtración y/o DAF (microflotación) o ultrafiltración. Hay dos tecnologías de evaporación: Cascada multi-efecto (ME) y Recompresión mecánica del vapor (MVR). Ambas tecnologías aplican el principio de película descendente y evaporación por vacío

11 Conclusiones Mientras más bajo sea el consumo de agua fresca, más dificil es conseguir y mantener una química de proceso equilibrada Un aspecto clave en el ciclo cerrado es un sistema de refrigeración de aguas bien programado La refrigeración del agua de proceso y de las aguas residuales es necesaria en la mayoria de los casos La reducción del caudal de efluente tiene un impacto profundo en la carga del agua de proceso y en el equilibrio de calor La flotación por aire disuelto DAF y el tratamiento biológico son tecnologías probadas Las tecnologías de membranas tienen un consumo de energía alto (4 kwh/m3), y requieren mucho mantenimiento La Evaporacion tiene algunas aplicaciones prometedoras Otras tecnologías están en desarrollo