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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULOESCOLA POLITÉCNICA - FACULDADE DE SAÚDE PÚBLICA
PHD 2552 – TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS INDUSTRIAIS
TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE
Caio MorenoEduardo KawabataFelipe ArantesMarcel Costa
1- Introdução
Este relatório tem como objetivo descrever o processo de branqueamento Kraft,
na indústria de papel e celulose, focando os importantes métodos de controle da
poluição do ar utilizados no processo. O trabalho foi realizado com apoio da Companhia
Suzano de Papel e Celulose.
2- Histórico
Desde tempos remotos, o homem manifesta seu desejo de representar através
de figuras ou desenhos a sua evolução. Para isto, utilizou-se inicialmente de paredes
de cavernas, superfície lisa de rochas, folhas de plantas, enfim, o que a natureza
tivesse a lhe oferecer. Com o tempo, desenvolvendo o raciocínio, o homem passou a
preparar o seu próprio suporte para representações gráficas, inicialmente com o barro
cozido, logo passando para tecidos, depois papiros, pergaminhos e em 105 d.C. é
atribuído ao chinês Ts'ai Lum o advento do papel. Ts'ai Lum cozia fortemente as fibras
vegetais, logo depois as batia e esmagava, depurava a pasta obtida e formava as
folhas sobre uma peneira de juncos delgados unidos entre si por crina ou seda em uma
armação de madeira. Ts'ai Lum secava as folhas comprimindo-as sobre uma placa de
material poroso, e depois as deixava secando ao ar. Depois foi verificada a eficiência do
uso do trapo como fonte de celulose para fabricação de papel. O trapo de algodão, por
ser de difícil processamento, deixou de ser utilizado como matéria prima, porém foi
durante muitos anos um importante material, já que o algodão é composto basicamente
de celulose. O que o homem precisava era uma fonte de celulose o mais branca
possível, e o algodão parecia ser essa fonte. Hoje em dia, o processo de fabricação do
papel ainda é basicamente o mesmo da época de Ts'ai Lum, porém o conhecimento do
homem chegou a um certo estágio em que é possível fabricar papel em alta escala, e
com qualidade infinitamente superior à daquele tempo, através do processamento da
celulose, de seu branqueamento, da formação da folha em superfície porosa e da
secagem através de rolos aquecidos com vapor. O processo que será descrito aqui
pode ser muito bem comparado ao de Ts'ai Lum, porém em escala industrial e com
recursos da tecnologia desenvolvida ao longo dos anos.
3- Matéria Prima
A matéria prima para a produção do papel é a celulose. O problema inicial é a
escolha da fonte dessa matéria prima, que é a base da estrutura do caule dos vegetais.
Pode-se fazer papel de praticamente qualquer vegetal, porém deve-se levar em
consideração a condição de crescimento de cada espécie, o grau de dificuldade para o
processamento, as condições necessárias ao branqueamento, e diversos outros fatores
relevantes.
No fim do século XVI, foi inventada na Holanda uma máquina que desfazia
trapos para obter fibras. Os trapos foram largamente utilizados como matéria prima até
a Revolução Industrial, quando se intensificou a oferta de matéria prima, mas ao
mesmo tempo aumentou a demanda por papel. Outro fator que fez crescer a demanda
foi o incremento dos meios de comunicação através de jornais impressos, e divulgação
de conhecimento através de livros didáticos e obras literárias. Em1719, O francês
Réaumur sugeriu a utilização da madeira como fonte de fibras para a produção de
papel. Porém, como ainda não se conhecia uma técnica adequada para
branqueamento das fibras da madeira, os trapos continuaram sendo utilizados até fins
do século XVIII, o que reduzia drasticamente a capacidade produtora. A partir daí,
depois da descoberta do cloro e da produção de pó alvejante, tornou-se possível a
utilização de materiais mais escuros para a fabricação do papel. Um crescente aumento
da demanda por papel propiciou um crescimento importante na pesquisa e
desenvolvimento de novas tecnologias voltadas para a produção em grande escala,
visando a redução da mão de obra, que era limitada. Os irmãos Fourdrinier criaram a
mesa formadora, utilizada até hoje em máquinas modernas. Desenvolveram se também
métodos avançados de secagem e conformação para dar brilho a uma das faces da
folha.
Apesar de ter-se desenvolvido um processo de branqueamento satisfatório das
fibras de madeira, este era ainda inviável economicamente, portanto até que se
desenvolvesse um processo com misturas balanceadas, a madeira não teve uma
aceitação plena como matéria prima. Quando começou a ser utilizada como matéria
prima principal, a madeira tinha no pinheiro (conífera) seu representante de maior
importância. Isto se deve ao seguinte fato: acreditava-se que a resistência da folha de
papel se devia ao entrelaçamento de suas fibras, já que o pinheiro possui fibras longas
(3 a 5 mm). Por muito tempo, até a metade do século passado aproximadamente, não
se acreditava que pudesse haver uma fonte de celulose melhor que o pinheiro. Porém,
quando o Sr.Max Feffer viajou aos EUA para estudar a possibilidade de substituir o
pinheiro pelo eucalipto, começava a se desenhar um novo panorama para toda a
produção de papel no Brasil e no mundo. O eucalipto, uma árvore folhosa, parecia
interessante por diversos aspectos mostrados na tabela 1, mas a principal dificuldade
em ser utilizado era o fato de possuir fibras curtas (aproximadamente 1mm), o que,
acreditava-se, tornaria a folha frágil. A pesquisa do Sr.Max Feffer chegou à conclusão
de que a rigidez à tração de uma folha de papel se dava às custas de ligações químicas
de ponte de hidrogênio, e não do entrelaçamento das fibras, como se acreditava até
então. As fibras curtas da celulose do eucalipto se ligam entre si por meio de pontes de
hidrogênio, pois a celulose é um polímero linear de cadeia longa, não precisando de 5
entrelaçamento para dar rigidez à folha formada. Em 1962 a Companhia Suzano de
Papel e Celulose produziu a primeira folha de papel branco com 100% de celulose de
fibra curta. Foi um marco na indústria de papel no Brasil e no mundo, pois revolucionou
todo o tradicional método até então utilizado, e abriu espaço para um novo e
inexplorado mercado. Desde então, utiliza-se exclusivamente o eucalipto como fonte de
celulose para fabricação de papel na Companhia.
4- A Cultura do Eucalipto
A Suzano Bahia Sul utiliza somente eucaliptos cultivados com técnicas
avançadas, em 27 municípios do estado de São Paulo, num raio médio de 210 Km de
Suzano. Essa média se dá entre as plantações do Leste e do Oeste, sendo as de Leste
em regiões acidentadas, de difícil acesso (plantio, colheita e transporte), porém muito
próximas à fábrica, e as de Oeste mais planas, com acesso à mecanização do plantio e
colheita, porém distantes da fábrica.
Dentre essas duas regiões de plantio, a de Oeste é a mais rentável, apesar da
distância considerável da fábrica B em Suzano, visto que quase todo o processo é
auxiliado por máquinas agrícolas de última geração, aumentando significativamente a
produção de madeira e compensando o alto custo do transporte. As fazendas da
Suzano cobrem aproximadamente 83% da demanda industrial de madeira, o restante
provém de florestas de terceiros, o que é chamado de Fomento Florestal. O Fomento
Florestal começou em 1973 e consiste em incentivar os produtores rurais da região de
Suzano (máximo 100 Km da fábrica ou próximo às unidades florestais) a produzir
madeira de eucalipto, fornecendo as mudas gratuitamente e oferecendo suporte técnico
gratuito durante a formação da floresta. Todas as mudas de eucalipto necessárias para
plantio próprio ou fomento são produzidas no viveiro de Alambari, interior de São Paulo.
São produzidos aproximadamente 11 milhões de mudas por ano, sendo 8 milhões por
clonagem e 3 milhões por sementes. Portanto, saem do viveiro de Alambari em média
900.000 brotos de eucalipto por mês.
Biotecnologia
A Biotecnologia pode ser usada para cruzar diferentes espécies de eucalipto
(existem mais de 600 espécies) com diferentes finalidades, já que cada uma se adapta
a um tipo de ambiente e essas características podem ser aproveitadas separadamente.
Pode-se melhorar as características do eucalipto para suportar mudanças climáticas, e
assim adaptar cada muda a um ambiente específico. Portanto, para cada região de
plantio é enviado um tipo de eucalipto especialmente melhorado geneticamente,
sempre visando uma melhor produtividade através do desenvolvimento da árvore.
Desafios da pesquisa em Biotecnologia:
Plantio uniforme por sementes
Sustentabilidade do solo (física, química, hidro e biológica)
Conhecimento, identificação e seleção de genes
-responsáveis pela qualidade da madeira
-responsáveis pelo sistema de proteção contra pragas e doenças -responsáveis pela
absorção de nutrientes (macro e micro) -responsáveis na atuação em condições de
stress hídrico
Evolução do Melhoramento Genético:
Primeiramente, é feita a seleção das melhores espécies de eucalipto, depois,
dentro dessas espécies são selecionadas as melhores populações e logo as famílias e
indivíduos mais adaptados. Depois dessa seleção, é feita uma seleção integrada com a
necessidade industrial, através dos marcadores moleculares (uma espécie de
"impressão digital" das plantas). Depois, através do Projeto Genoma são conseguidas
as árvores com características específicas para cada região, tipo de solo, de clima, etc.
Plantio
No início, quando se começou a usar o eucalipto como fonte de celulose na
Companhia Suzano, a preparação da terra se fazia através de queimadas. Esse tipo de
procedimento causava uma destruição significativa no solo, causando ao longo do
tempo o problema da erosão. Uma solução que foi adotada foi o uso de grade aradora
com a galhada espalhada pelo solo para servir de adubo natural, porém o problema
ainda não foi totalmente resolvido. Hoje em dia, o procedimento utilizado chama-se
Intervenção Mínima, e consiste em preparar a terra somente passando um trator de
100cv com um sulcador. Com isso fica preparado um simples sulco onde são plantadas
as mudas, e fica aproveitado o adubo natural da galhada para o enriquecimento do
solo. Apenas os arbustos são eliminados, e gramíneas ou outras vegetações de
pequeno porte são atacadas com herbicida. No caso de dificuldade para o uso de
tratores, o que ocorre na região Leste do estado, a preparação do solo é feita com
enxadões, cavando a terra para o plantio. Entre as áreas de plantio, sempre devem ser
preservadas algumas áreas de floresta nativa, sendo esta atitude benéfica para a
floresta produtiva, pois estimula o desenvolvimento de espécies animais que ajudam no
controle às pragas, principalmente pássaros que se alimentam de formigas (principal
praga do eucalipto). O espaçamento entre as mudas deve obedecer a uma regra para
evitar que a floresta fique muito adensada, prejudicando seu desenvolvimento. Esse
espaçamento é especificado como 3,0m X 1,7m, dessa forma é facilitado o
desenvolvimento das árvores. Também se deve prestar atenção ao tamanho das covas,
pois é nesse espaço que vão se desenvolver as raízes iniciais da muda de eucalipto.
Em solos compactados e covas pequenas, as raízes têm mais dificuldade em penetrar
na terra, inibindo o desenvolvimento inicial da planta. O tamanho recomendado para as
covas é de 30 cm X 30 cm de boca por 30 cm de profundidade. Também é aplicado
adubo numa dosagem certa para facilitar o desenvolvimento das mudas. Essa
aplicação pode ser manual ou mecanizada, dependendo da região de plantio. Se for
mecanizada, será feita no momento do sulcamento, com adubadeira mecânica
acoplada ao sulcador, e se for manual o adubo será adicionado e misturado à terra da
cova. Isto pode ser feito durante ou após o coveamento. O replantio consiste em repor
as mudas que não se desenvolveram corretamente, e deve ser feito até um mês após o
plantio, para evitar que a muda replantada não consiga acompanhar o ritmo de
crescimento das demais, tornando-se uma planta dominada.
Colheita
A madeira produzida na área é colhida quando a floresta atinge o estágio de
maturação, entre 5 e 7 anos, dependendo do espaçamento do plantio. A colheita é feita
cuidadosamente para não prejudicar a brotação que ocorre depois nas cepas. Antes de
cortar a madeira, são planejadas as etapas de transporte das toras, e também é
eliminado o sub-bosque, para facilitar o corte e o transporte da madeira. A derrubada
das árvores é uma atividade que representa um certo risco de acidentes, por isso
devem ser observadas as normas de segurança, tais como o uso de Equipamentos de
Proteção Individual.
Existem basicamente dois métodos de colheita: o manual, com o uso de moto-
serra e o mecanizado, que faz uso de máquinas agrícolas de última geração. O primeiro
é mais utilizado nas fazendas do Leste paulista, pois nesta região o terreno é muito
acidentado e o acesso de tratores fica impossibilitado. Neste caso faz-se também o
tombamento da madeira, que consiste em rolar morro abaixo as toras, um trabalho
pouco rentável, caro e perigoso. Também o tempo de colheita se estende em demasia,
o que causa prejuízos à produção. A colheita mecanizada é extremamente rápida e
prática, pois a mesma máquina se encarrega de colher, descascar, cortar na medida
especificada e empilhar as toras de eucalipto. Portanto, substitui o trabalho de vários
homens, e o faz em tempos muito reduzidos, aumentando sensivelmente a produção.
Descascamento
A madeira pode ser descascada de três formas distintas: a primeira, como foi
citado, é pela própria máquina agrícola responsável pela colheita, e é a mais
recomendada, pois retira de forma uniforme toda a casca, e deixa a deixa no campo,
facilitando assim o transporte, a produção na fábrica e ainda ajudando na adubação do
solo. A segunda forma de descascar a madeira é utilizar um facão. O operário da
fazenda fica responsável por essa atividade, o que acarreta uma demora maior e um
risco significativo para o operador. O intervalo entre a derrubada e o descascamento
deve ser o menor possível, levando em consideração o teor de umidade da casca. Para
descascar a madeira com facão o tempo limite é de dois dias. Para descascamento
mecânico esse tempo é de quinze dias. A terceira forma é na fábrica, ou seja, a
madeira é transportada com casca e só vai ser descascada em Suzano. O processo
consiste em colocar as toras dentro de um grande tambor chamado de descascador,
onde elas são roladas e a casca se desprende sob efeito do atrito. Este método não é
muito eficiente, sendo preferido o descascamento mecânico no campo. A casca retirada
na fábrica é reaproveitada na caldeira de biomassa.
Transporte
A madeira pode ser transportada do campo para depósitos ou diretamente para
a fábrica. Neste caso, deve ficar estocada no campo pelo tempo mínimo de sessenta
dias, para secar. Se a madeira vai para um depósito, não existe um tempo mínimo para
a estocagem. O transporte até a fábrica ou depósito em geral é feito por caminhão
truck, caminhão toco ou carreta de três eixos. Ainda existem caminhões que
transportam a madeira no sentido transversal à estrada, o que não é muito seguro, por
isso existe uma padronização gradual dos caminhões para o transporte longitudinal,
muito mais seguro.
5- O Processamento da Madeira
Quando a madeira chega à fábrica, ela é descarregada do caminhão em local
apropriado para estocagem, ou diretamente na máquina que irá processá-Ia. Se for
madeira já descascada, entra diretamente no picador, porém se estiver ainda com a
casca, passará primeiro pelo descascador. Depois de picado, o cavaco produzido é
direcionado através de correias transportadoras para a chamada OCS (Outside Chips
Storage). A OCS consiste em um depósito de cavaco, onde o cavaco é jogado por cima
e retirado por baixo para garantir sua rotatividade. Atualmente existe um projeto para
cobrir a área da OCS. Quando é retirado por baixo, o cavaco passa por 14 uma peneira
para separar os cavacos maiores, que passam por um repicador e voltam à OCS,
porém separados. Logo depois, o cavaco padronizado vai para o digestor Kamyr
(contínuo), e o cavaco repicado vai para os digestores Batch (batelada), que serão
explicados a seguir. O diagrama a seguir mostra resumidamente o caminho percorrido
pela madeira antes dos digestores.
Polpação
A Polpação consiste no cozimento da madeira utilizando-se alta pressão e
alta temperatura, com a finalidade de amolecer a lignina e separá-Ia da celulose. Neste
processo, a madeira ao ser cozida facilita a separação da celulose.
O cozimento da madeira se faz utilizando como meio fluido a Lixívia Branca,
também chamada de Licor Branco ou Licor de Cozimento, que consiste em:
-NaOH (Soda cáustica), que ataca a lignina
-Na2S (Sulfeto de sódio), que protege a celulose
- H2O (água)
Em contato com os reagentes, a lignina se torna escura, formando a Lixívia Preta
ou Licor Negro, que posteriormente é aproveitada na caldeira de recuperação.
A Companhia Suzano de Papel e Celulose possui quatro digestores com sistema
Batch, e um digestor Kamyr (contínuo). O sistema Batch consiste em fazer a polpação
por batelada. Os digestores são cheios, fazem o cozimento da madeira e depois são
esvaziados. Cada um tem capacidade para 12,5 toneladas de polpa por carga,
demorando cerca de 165 minutos para cada carga. Cada um deles produz nove cargas
por dia, aproximadamente. Já o digestor Kamyr merece uma explicação um pouco mais
profunda. O digestor Kamyr da Companhia Suzano possui uma capacidade de 785m3,
e pode produzir aproximadamente 900 toneladas de polpa celulósica por dia. Primeiro,
o cavaco quando sai do silo sofre um pré-aquecimento numa câmara que contém uma
espiral, chegando a aproximadamente 120°C, e um aumento de pressão no chamado
AAP, Alimentador de Alta Pressão. Para fazer o bombeamento de cavaco sólido para
uma altura de quase 70 metros (abertura do digestor) o alimentador de alta pressão é
dotado de uma câmara giratória, que na posição vertical é abastecida de cavaco quente
que cai por ação da gravidade, e na posição horizontal recebe a lixívia branca
bombeada. Com o efeito da pressão o conjunto cavaco-lixívia é "empurrado" por uma
tubulação em direção à abertura do separador inclinado localizado no topo do digestor.
Neste separador inclinado, ocorre uma espécie de filtragem da lixívia, separando o
cavaco através de um espiral e de uma tela. A Lixívia retirada volta para a bomba de
baixo, para entrar novamente no sistema, e o nível de lixívia dentro do separador
inclinado é mantido constante. No topo do separador existe uma entrada de vapor a alta
pressão. O digestor divide-se basicamente em três partes: a primeira e mais alta é
chamada de Impregnação, e é onde a madeira fica completamente impregnada com a
lixívia quente. Na parte intermediária, logo abaixo, ocorre o Cozimento propriamente
dito, e na parte final do cozimento ocorre a retirada de lixívia preta, sendo conduzida
para a recuperação. Logo abaixo, na parte inferior do digestor, é feita a Lavagem, com
a injeção de lixívia branca também chamada de licor de lavagem no contra-fluxo, ou
seja, de baixo para cima. Por um orifício na extremidade inferior é retirada a massa
separada e parcialmente limpa, porém ainda apresentando pequenos flocos, sendo
enviada para o chamado Blow Tank. Neste tanque, com o efeito da descompressão
associado ao choque contra uma placa de sacrifício, termina-se de empastar o cavaco,
deixando-o mais uniforme. O mesmo processo ocorre no sistema Batch. Do Blow Tank,
a polpa celulósica vai para o Tanque de Massa, de onde é encaminhada para
Depuração e Lavagem. Depois da passagem pelo Tanque de Massa, são eliminados os
nós e os palitos nos depuradores e, por último, numa peneira vibratória. Depois da
depuração de palitos a massa sofre uma lavagem com água.
6- Branqueamento da Polpa Celulósica
A alvura é uma medida satisfatória da coloração potencial da polpa, mas não é
por si só uma medida da brancura da polpa. A reflexão de luz é devida à habilidade de
um corpo de espalhar (dispersar) e refletir parte da radiação nele incidente. Outra parte
da radiação incidente é absorvida e convertida em calor. O restante da radiação
incidente é transmitida através do corpo, dependendo da sua transparência ou
opacidade.
A Alvura é um valor numérico de refletância de um espécime na porção azul do
espectro (457 nm) quando comparado à refletância, no mesmo comprimento de onda,
de um padrão cuja refletância é de aproximadamente 100%. Podem ser citados como
exemplos de padrão: MgO, BaS04, difusor de absoluta reflexão (ISO), etc. A cor da
polpa não branqueada é amarela ou marrom. Isso significa que a absorção de luz pela
polpa é maior na parte do espectro visível onde o amarelo e o marrom têm suas cores
complementares, que é a parte azul do espectro. Portanto, a refletância da luz pelas
polpas marrons será mais baixa que a da luz de outras partes do espectro visível. O
propósito do branqueamento é remover cor e é, por isso, lógico medir o efeito do
branqueamento na parte do espectro onde as variações de refletância são mais
pronunciadas (azul).
Os elementos que dão origem aos grupos cromóforos (cor escura da polpa) são:
Lignina modificada e produtos da degradação da lignina
Extrativos da madeira (ácidos resinosos, ácidos graxos, polifenóis, etc) íons
metálicos (Fe, Cu, Mn, etc)
Os objetivos do branqueamento são:
Branquear e limpar a polpa através da remoção de substâncias que absorvem
luz (polpas para papel)
-com a mínima danificação química e mecânica da fibra -com mínima formação de
grupos carbonila
-com mínima perda de rendimento
-com mínimo custo
-com mínimo impacto ao meio ambiente
Baixar a viscosidade da polpa (polpa para dissolução) . Remover hemiceluloses
(polpa para dissolução)
Existem diversos tipos de branqueamento, que se dividem em dois grandes grupos.
Basicamente branqueamento com ou sem remoção de Lignina. Quando se remove a
lignina (polpas químicas), pode-se fazer o branqueamento pelo método convencional
(standard), ECF (elemental chlorine free com pouco dióxido) ou TCF (totally chlorine
free). Para branqueamento sem remoção de lignina (polpas mecânicas), pode-se fazer
em um único estágio ou em duplo estágio.
O branqueamento é uma continuação do cozimento, e ocorre por
oxidação/extração com reagentes adequados, que oxidem a lignina rapidamente sem
atacar os carboidratos. Os oxidantes mais comumente utilizados para branqueamento
são Cl2, Cl02, ClO, H20, 02, 03, e os agentes de extração são NaOH, Ca(OHh,
Na2C03. É desejável que a celulose e a hemicelulose sejam preservadas, enquanto a
lignina, que confere cor, deve ser removida ou descolorada. Os extrativos devem ser
dissolvidos e removidos, e as partículas devem ser eliminadas e/ou descoloradas.
A seqüência de branqueamento pode ser dividida em duas fases:
. Deslignificação, pré-branqueamento
. Alvejamento
O pré-branqueamento é efetuado pela oxidação da polpa com Oxigênio, seguido pela
extração com NaOH ou NaOH + 02. O Cb e o CI02 atacam a lignina por reações de
substituição e de oxidação causando severa oxidação e fragmentação da sua estrutura.
Entre 40 e 60% da lignina oxidada é removida por lavagem, e quase toda a lignina
remanescente é removida na extração subseqüente. A tendência da cloração
convencional e com dióxido é de desaparecer, em função da crescente demanda por
polpa ECF, e pelo apelo ambiental decorrente da utilização do Cloro. O processo de
branqueamento ECF pode incluir:
. Pré-branqueamento com oxigênio (idealmente)
. Deslignificação com dióxido
. Estágio ácido a quente (está se tornando comum)
.Extração alcalina com oxidante Branqueamento com dióxido de cloro Branqueamento
com ozônio
. Branqueamento com peróxido
O processo de branqueamento de polpas químicas é efetuado passo a passo em
seqüências de 2 a 9 estágios. Um estágio consiste da mistura da polpa com reagentes
químicos e vapor, seguida da reação da mistura em recipientes adequados, e lavagem
da polpa após a reação. A lavagem entre estágios remove o material já oxidado e
expõe novas superfícies à ação do oxidante, reduzindo assim o consumo de reagentes.
T ecnologia de branqueamento:
7- Recuperação
A Companhia Suzano de Papel e Celulose possui em sua unidade fabril principal
um total de cinco caldeiras, sendo duas delas de força (CSC I e 11), uma de biomassa
(caldeira Zanini) e duas de recuperação (uma Gotaverken e uma CSC, chamada de
CSC 111). A recuperação de produtos químicos ocorre em quatro estágios, são eles:
. Evaporação de licor preto - concentração de sólidos para possibilitar a queima nas
caldeiras.
.Caldeira de Recuperação - nesta fase, são queimados os produtos químicos,
utilizando-se lixívia preta como combustível. Ocorre também a formação da lixívia
verde, através da dissolução de sais de sódio e sulfato da lixívia preta em lixívia branca
fraca. Gera-se vapor para utilização como fonte de energia.
Caustificação - transformação de lixívia verde em lixívia branca para reaproveitamento
no processo produtivo. A reação que ocorre é a seguinte:
Na2S + Na2CO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaCO3
.Forno de Cal - No forno de calo CaC03 é aquecido a uma temperatura de 1100°C, em
presença de oxigênio, para formar cal e dióxido de carbono:
CaCO3 + O2 CaO (cal) + CO2
8 - TECNOLOGIA DE CONTROLE DOS EFLUENTES LÍQUIDOS
8.1 Principais fontes de polição das águas
- lavagem, descascamento da madeira
- polpação
- branqueamento
- recuperação da lixívia
- fabricação do papel
8.2 Tecnologia de Controle
8.2.1 Medidas Internas
Como é necessário a utilização de grande quantidade de água, o volume de
efluentes gerados também é muito elevado.
O uso, por exemplo, de condensadores de contatos superficiais em conjunto com
torres de resfriamento e práticas de recirculação de águas podem reduzir
consideravelmente o volume de despejo. Em certas condições, a redução do volume é
acompanhada também da redução da quantidade de poluentes, tornando-se desta
forma mais viável a remoção destes, além de reduzir os custos de instalação e
operação das unidades de tratamento.
De forma simplificada, podemos dividir as medidas internas de controle em:
modificação do processo, reciclagem, reuso, controle de descarga e derrame, sendo
que na maioria das vezes ,as três primeiras formas são encontradas inter-relacionadas
nos projetos que visam a redução do potencial poluidor da indústria.
- Modificação do Processo
Esta prática compreende remodelações ou alterações dos processos produtivos
visando otimizar o conceito da mínima geração de resíduos, através da redução do
consumo de água.
Podem ser citados alguns exemplos de aplicação destas técnicas como a
instalação de modernas linhas de depuração e lavagem, permitindo maior eficiência na
lavagem da polpa com redução do consumo de água e maior recuperação do licor
negro.
Outro exemplo, é a utilização de de uma pré-etapa de pré-branqueamento com
oxigênio. Como resultado desse processo, a polpa vai para o branqueamento químico
mais limpa, gerando efluentes com valores que apresentam redução em torno de 50%
na DBO, 70% na cor e significativa redução nos compostos organoclorados, além da
diminuição do consumo dos produtos químicos, como , por exemplo redução de 50% no
consumo de cloro no branqueamento.
O branqueamento com estágio de oxigênio envolve um investimento mais alto do
que o branqueamento convencional, entretanto, com oxigênio, é possível reduzir o
número de estágios de branqueamentos necessários para se atingir uma certa
qualidade de pasta e assim reduzir a diferença de investimento.
Outras modificações de processo são implantadas na recuperação dos produtos
químicos, melhorando a eficiência da evaporação, caldeira de recuperação, trazendo
maior eficiência na transformação de licor negro em branco, o qual por sua vez , fecha
o ciclo, retornando ao processo via cozimento da madeira.
- Reciclagem de Águas (Dentro do Processo)
Está prática compreende a reutilização dos efluentes gerados no processo, como
a reciclagem das águas utilizadas na lavagem e descascamento da madeira.
- Reuso de Águas
- Controle de Descargas Acidentais e Derrames
Uma parcela importante da capacidade poluidora potencial da indústria de
celulose Kraft deve-se a derrames e vazamentos que podem ocorrer devido a falha de
equipamentos, paralizações forçadas. A minimização de problemas é consegida
através das seguintes medidas:
- Devem ser previstas grandes capacidades de reservação para o licor negro.
-Monitoramento contínuo dos equipamentos, tubulações de esgotamento para detecção
imediata de derrames que estejam ocorrendo.
De um modo geral, pode-se dizer que o emprego das técnicas internas de
controle apresentadas, levam a obtenção de reduções de 45 a 60% no volume de
efluentes totais da indústria e de 50 a 70% na carga de DBO
9 - Tratamento Externo dos Efluentes Líquidos
Normalmente, as práticas de tratamento externo de efluentes podem ser
divididas em 4 fases distintas: pré-tratamento, tratamento primário, secundário e
terciário.
a. Pré-Tratamento
De um modo geral, o efluente principal da fábrica necessita de pré-tratamento,
no qual consiste na remoção de sólidos grosseiros, ajuste de pH e temperatura.
A remoção de materiais grosseiros é necessário para se evitar danos aos
equipamentos do sistema de tratamento e é realizada em unidades de peneiramento ou
gradeamento.
Normalmente, temperatura acima de 40 graus interferem no tratamento
secundário pelas alterações das condições do processo de oxidação biológico. Desta
forma, o resfriamento é outro pré-tratamento requerido, podendo ser efetuado em torres
de resfriamento, tanques com aspersores e taques de homogeneização.
O ajuste do pH de efluente é também importante para o controle apropriado do
tratamento secundário e constitui-se em uma parte integrante do pré-tratamento.
b.Tratamento Primário
A principal função do tratamento primário é a remoção dos sólidos em
suspensão que pode ser obtido através da decantação e flotação
- Decantação: nas modernas instalações é realizada em decantadores mecanizados, e
pode atingir valores de 80 – 90% de remoção de sólidos suspensos e remoção total dos
sólidos sedimentáveis. As lagoas de sedimentação estão sendo abandonadas de um
modo geral, por exigirem grandes áreas.
Os decantadadores com remoção mecanizada, com bom desempenho atingirá
90% de remoção de sólidos suspensos, podendo no entanto, esta remoção chegar a
valores inferiores devido a inúmeros fatores tais como: natureza do material em
suspensão, diferenças de temperatura no decantador e causando correntes de
conveccção
Os lodos produzidos devem ser submetidos a processos de tratamentos de
antes da disposição final.
- Flotação: é uma alternativa eficiente para a remoção de sólidos em suspensão,
aplicável quando se tem graves problemas de espaço físico. Entretanto, o processo
exige equipamento caro, produtos químicos com grande dispêndio de energia, além de
ser de difícil operação. Apresenta, ainda como grande desvantagem a má resposta as
cargas de choque e grandes concentrações.
Por causa da natureza biológica de partes dos sólidos em suspensão removidos,
a sedimentação também remove uma parcela ds DBO do efluente final.
Frequentemente são implantadas tanques de homogeneização entre unidades de
tratamento primário e secundário, o qual funciona também como tanque de equalizador
de vazão de despejos. Esses tanques, normalmente, são de tamanho suficiente para
servirem de tanque de acumulação no caso de alterações na fabricação ou quando
dificuldades operacionais na estação de tratamento limitarem o volume de despejo a
ser tratado.
c.Tratamento Secundário
O objetivo primordial do secundário é o de reduzir a DBO utilizando processo de
oxidação biológica. Como já visto, a remoção de sólidos em suspensão no tratamento
primário tem pouca influência na redução de DBO. Razão pela qual utiliza-se sistemas
biológicos como: lagoas de estabilização, lagoas aeradas e lodos ativados.
- Lagoas de Estabilização: são empregadas tanto para regularizar as descargas como
também reduzir a DBO. Na estabilização dos despejos se faz baixas taxas com
eficiência de remoção de DBO que varia entre 50 a 90% dependendo da taxa de
aplicação e tempo de detenção. Apresenta as vantagens de: corresponder
favoravelmente ao tratamento do efluente, possuir relativa eficiência, boa flexibilidade
operacional, pequeno investimento e baixo custo operacional. Entretanto possuem a
desvantagem de necessitarem de elevados tempos de detenção e grandes áreas.
- Lagoas Aeradas: evoluíram devido a sobrecarga sobre as lagoas de estabilização.
Esse tipo dê sistema tem vantagens que o situam entre lagoas de estabilização e os
sistemas de lodos ativados:necessitam de menos áreas e tem menor custo de operção
comparado ao sistema de lodos ativados.
Os tempos de detenção nestas unidades variam de 5 a 10 dias e na grande
maioria dos sistemas é necessária a adição de nutrientes (N e P) com relação DBO:N
tais como 50:1 (aeração 4 dias) e 100:1 (10 a 15 dias)
A aeração é quase sempre feita por aeradores mecânicos superficiais , mas
existem exemplos de aeração por ar difuso. A eficiência de oxigenação varia entre 0.61
a 1.52 kg O2/Kwh, dependendo do tipo de equipamento, do nível de potência e forma
da lagoa
Um dos problemas principais decorrente da aplicação de lagoas aeradas é a
formação de sólidos biológicos que saem junto com o efluente. Estes sólidos não são
removidos eficientemente em decantadores, tornando necessária a adoção de lagoas
de polimento, principalmente quando existem restrições na legislação para lançamentos
de sólidos suspensos.
- Lodos Ativados: A sua aplicação aos despejos de fábricas de celulose e papel
KRAFT é recente no Brasil, e é empregado principalmente, onde não existe área
suficiente para implantação de lagoas de estabilização.
É um processo com taxas superiores a 80% na remoção de DBO. Os tempos de
detenção variam entre 4 e 8 horas e as concentrações de sólidos suspensos entre 2000
e 4000 mg/l.
As maiores desvantagens deste processo em relação aos anteriores, são o custo
maior, a formação de grandes quantidades de lodo (em torno de 0,75 kg lodo/kg DBO
removida) e pouca resistência a cargas de choque.
As necessidades de oxigênio variam de 1,2 a 2 kg O2/kg DBO e a adição de
nutrientes é prática necessária com quantidades, via de regra na proporção DBO:N:P
de 100:5:1.
As grandes quantidades de lodos geradas neste processo requerem também
acondicionamento adequado (conforme práticas já citadas anteriormente) antes da
disposição final.
d. Tratamento Terciário
O tratamento terciário pode ser empregado com a finalidade de se conseguir
remoções adicionais de poluentes das águas residuarias, antes da sua descarga no
corpo receptor; esta operação é também chamada de “polimento”. Pouco empregado
no Brasil tem-se conhecimento apenas de uma unidade no Sul do país que utiliza o
tratamento terciário para remoção de cor. Os processos de tratamento terciário em
estudo compreendem: filtração para remoção de DBO e DQO, cloração ou ozonização
para remoção de bactérias, absorção por carvão ativado, processo da pasta de cal e
outros processos de absorção química para redução de cor, redução de espuma e
remoção de sólidos inorgânicos através da eletrodiálise, da osmose reversa e da troca
iônica.
