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Foros de Ciencia y Tecnología madri+dAlternativas de tratamientos de residuos en la industria papelera

Angeles Blanco23-01-08

1

A. BlancoDpto. de Ingeniería Química, Universidad Complutense de Madrid

Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008

Alternativas de tratamiento de residuos de la industria papelera

Foros de Ciencia y Tecnología madri+d Madrid, 23 Enero 2008 2

Contenidos

• Introducción

• Generación de residuos en la industria papelera

• Optimización del desgote

• Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado:1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento2. Valorización energética: combustión3. Materia prima para la obtención de etanol

• Conclusiones



2


“PRODUCCIÓN LIMPIA DE PAPEL RECICLADO:HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA

PRODUCCIÓN DE PAPEL EN LA COMUNIDAD DE MADRID”

PROLIPAPEL-CM (S-0505/AMB-0100)


Actividades

UCMUCM

INIA

OCT-2MODELOS DE

PREDICCIÓN DE

CALIDAD

OCT-4DISMINUCI ÓN DEL CONSUMO

DE AGUA

OCT-3DISMINUCI ÓN DEL CONSUMO ENERGÉTICO

ACTIVIDAD 3OCT-5

CALIDAD DELPRODUCTO

OCT-1

CARACTERIZACI ÓN

CIEMATCIB

CIB

CIEMAT INIA

OCT-7

REUTILIZ

ACI ÓN,

SUBPRODUCTOS,

VALORIZACI ÓN

OCT-6

CARACTERIZACI ÓN

UCMUCM

INIA

OCT-2MODELOS DE

PREDICCIÓN DE

CALIDAD


DE AGUA


ACTIVIDAD 3OCT-5

CALIDAD DELPRODUCTO

OCT-1

CARACTERIZACI ÓN

CIEMATCIB

CIB

CIEMAT INIA

OCT-7

REUTILIZ

ACI ÓN,

SUBPRODUCTOS,

VALORIZACI ÓN

OCT-6

CARACTERIZACI ÓN

UCMUCM

INIA

OCT-2MODELOS DE

PREDICCIÓN DE

CALIDAD


DE AGUA


ACTIVIDAD 3OCT-5

CALIDAD DELPRODUCTO

OCT-1

CARACTERIZACI ÓN

CIEMATCIB

CIB

CIEMAT INIA

OCT-7

REUTILIZ

ACI ÓN,

SUBPRODUCTOS,

VALORIZACI ÓN

OCT-6

CARACTERIZACI ÓN

UCMUCM

INIA

OCT-2MODELOS DE

PREDICCIÓN DE

CALIDAD


DE AGUA


ACTIVIDAD 3OCT-5

CALIDAD DELPRODUCTO

OCT-1

CARACTERIZACI ÓN

CIEMATCIB

CIB

CIEMAT INIA

OCT-7

REUTILIZ

ACI ÓN,

SUBPRODUCTOS,

VALORIZACI ÓN

OCT-6

CARACTERIZACI ÓN

OCT-2MODELOS DE

PREDICCIÓN DE

CALIDAD


DE AGUA


ACTIVIDAD 3OCT-5

CALIDAD DELPRODUCTO

OCT-1

CARACTERIZACI ÓN

CIEMATCIB

CIB

CIEMAT INIA

OCT-7

REUTILIZ

ACI ÓN,

SUBPRODUCTOS,

VALORIZACI ÓN

OCT-6

CARACTERIZACI ÓN

OCT-7

REUTILIZ

ACI ÓN,

SUBPRODUCTOS,

VALORIZACI ÓN

OCT-6

CARACTERIZACI ÓN



3


www.ucm.es/info/prolipapel


GESTIÓN DE RESIDUOS MP



4


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Tasa

de re

cogi

da(%

)

Tasa de utilización (%)

AUSTRIABELGIUM

FINLAND

FRANCE

GERMANY

ITALY

NETHERLANDS

PORTUGAL

SPAIN

SWEDEN

UNITED KINGDOM

NORWAY

SWITZERLAND

Producción: 6.5 MMt/año T. utilización: 84.5%Consumo: 7.8 MMt/año T. recogida: 59%

T. reciclaje: 68%


TASA DE RECOGIDA

0102030405060708090

Poland

Czech

Rep

ublic

Hungary Ita

ly

Portug

al

Slovakia

Spain

Belgium

Denmark

France

United King

dom

Finlan

d

Austria

Norway

Netherlan

ds

Sweden

Switzerl

and

German

y

Irelan

d

Col

lect

ion

rate

(%)

0

2000

4000

60008000

10000

12000

14000

16000

Rec

over

ed p

aper

col

lect

ion

('0

00 to

nnes

)

Recovered Paper collection ('000 tonnes) Collection rate (%) 2005

69.3%

Sweden

Germany

Switzerland

NorwayNetherlands

FinlandDenmarkAustria

GROUP 350.5%

UKSpainItalyIrelandFranceCzech Rep.

GROUP 242.7%

TurkeySlovakiaPortugalPolandHungary GreeceEstonia

GROUP 1



5


y = 0,1789x + 0,1769R2 = 0,9975 (R = 0,999)

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

70.0%

80.0%

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50

Estimated Environmental Consciousness

Col

lect

ion

rate

2

3

1

CONCIENCIACIÓN MA

Poland

TurkeySlovakiaPortugal

Hungary GreeceEstonia

GRUPO 1

UKSpainItalyIrelandFranceCzech Rep.

GRUPO 2

Sweden

Germany

Switzerland

NorwayNetherlands

FinlandDenmarkAustria

GRUPO 3

Datos económicos: PIBDemográficosDatos del sector papeleroGeneración RSUCertificaciones MAConcienciación MA…..


TASA DE RECOGIDA

0500

100015002000250030003500400045005000

1985

1987

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

Tasa

de

reco

gida

('00

0 to

nnes

)

1994: ACUERDO RECOGIDA SELECTIVA

2003: PROGRAMA “TU

PAPEL ES IMPORTANTE”

↑ 7%/y

Aumentar la recogida y la calidad



6


30%

45%

14%

11%

• Papeles higiénicos y sanitarios

• Envases y embalajes• Papeles para cartón ondulado• Papel kraft para sacos• Cartoncillo

• Papel para impresión y escritura

• Papel prensa

• Papeles especiales


Contenidos

• Introducción



• Vías de aprovechamiento de los lodos de destintado:1. Materia prima en la fabricación de fibrocemento2. Valorización energética combustión3. Materia prima para la obtención de etanol

• Conclusiones



7


Proceso de fabricación


GESTIÓN DE RESIDUOS EN EL PROCESO PAPELERO

Minimización Valorización Vertedero

Prioridad Siempre que es posible

Cuando no existe otra vía

¿Por qué?

¿Cómo?

• Eficacia productiva• Mayor rendimiento de MP• Menor gestión de residuos

• Control de calidad de MP • Mejoras en el proceso:

aumento del rendimiento

¿Por qué?• Mejora de costes• Menor impacto ambiental

¿Cómo?• Reciclado

- Cerámicas- Compostaje- Uso agrícola

• Valoración energética:- Producción energía eléctrica y/o térmica- Hornos de clinker de cemento- Gasificación, pirólisis, termolisis- Biocombustibles

Gestión de residuos

Valorización



8


LOD

OS

Cuanto mayor es la concentración, más difícil es mezclarlo con un solución viscosa de floculante.CONCENTRACIÓN

Cuanto mayor es su contenido, peor es el desgote, menor es la sequedad final y mayor es el consumo de floculante.

SÓLIDOS VOLÁTILES

Cuanto mayor es su naturaleza coloidal, peor es el desgote.- Primario mezclas biológico +

NATURALEZA COLOIDAL

LODOS DE DESTINTADO

FibrasCargasTintasAditivos

LODOS DE LA CLARIFICACIÓN DE AGUAS DE PROCESO

FibrasCargas

LODOS DEL TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALESTratamiento primario

y biológico)

Fibras y cargasM. org/microrg.

Características de los lodos

Tanque de

lodos

Mesa de gravedad

Tanque de agua de lodos

Lodos 40% humedad

DAFTanque de

aguas claras

Máquina

DIP

LODOS

Filtrado claro

Prensa de tornillo 1

Prensa de tornillo 2

ASR

LODOS

Aguas residuales DIP

C

C

F

F

Duchas

FT

FTpH

Turb

LC

LC

LC

LC

LC

FT

FT

WT

Ash

WT

Ash

DC



9


lodo+

floculante

filtradolodo

espesado

1. Caja de entrada2. Guía

3. Piquetes4. Lavado de tela

Mesa de gravedad

Gran implementación en la industria

papelera para el espesamiento de

lodos y para mejorar tratamientos posteriores

Se requiere gran espacioEl lodo debe alimentarse

floculadoLa velocidad de la tela no suele ser ajustable

Bajo costeBajo consumo de energía

Fácil mantenimientoPueden alimentarse

lodos “blandos”

85-9098-99

APLICACIÓNDESVENTAJASVENTAJASHUMEDAD FINAL (%)

HUMEDAD INICIAL (%)

Desgote


Prensa de tornillo

Mecanismo de desgote mecánico

de lodos más ampliamente

empleado en la industria papelera

No apropiado para lodos muy viscosos

Consumo de energía relativamente alto

Elevado consumo de agua para limpieza

Requerimiento de poco espacio

Obtención de altas sequedades

Alta capacidadSequedad opcional por

corriente de vapor

40-5085-90

APLICACIÓNDESVENTAJASVENTAJASHUMEDAD FINAL (%)

HUMEDAD INICIAL (%)

Desgote

FILTRADOFILTROS

ENTRADA LODO HÚMEDO

ÁREA DE DESGOTE ÁREA DE PRENSADO

LODO SECO

CARCASA

FILTRADOFILTROS

ENTRADA LODO HÚMEDO

ÁREA DE DESGOTE ÁREA DE PRENSADO

LODO SECO

CARCASA



10


Contenidos

• Introducción




• Conclusiones


TIPO DE CARGAS

DENSIDAD DE CARGA

PESO MOLECULAR

ESTRUCTURA MOLECULAR

TIPO DE MONÓMERO

Desgote de lodos



11


BENTONITA-FLOCULANTE

COAGULANTE-FLOCULANTE

SISTEMAS DUALES

E

D

C

B

A

SISTEMAS SIMPLES

SISTEMAS ESTUDIADOS

DOSIS

1 kg polímero sólido/t muestra sólida



Optimización del desgote


Metodología

10 kg

GERMAN DRAINAGE KIT

FILTRODISPOSITIVO

DE RENTENCIÓN

TELA FILTRANTE

(mesa de gravedad) PESA

DRENAJE LIBRE

(MESA DE GRAVEDAD)




12


Metodología

10 kg

GERMAN DRAINAGE KIT

FILTRODISPOSITIVO

DE RENTENCIÓN

TELA FILTRANTE PESA

ESTABILIDAD DE LOS FLÓCULOS



10 kg

GERMAN DRAINAGE KIT

FILTRODISPOSITIVO

DE RENTENCIÓN

TELA FILTRANTE PESA

10 kgDRENAJE FORZADO (PRENSA TORNILLO)

Metodología




13



RETENCIÓN

DRENAJE

MÜTEK DFR-04

WITHOUT ADDITIVE

WITH ADDITIVE A

WITH ADDITIVE B


Velocidad de drenaje libre durante un determinado tiempo

Volumen de filtrado obtenido a diferentes tiempos

Turbidez

Retención

Estabilidad visual de los flóculos

Una dosis turbidez filtrados obtenidos a t1, t2, y t3

Varias dosis

VARIABLES ESTUDIADAS

ANÁLISIS

turbidez del filtrado (recogido conjuntamente) para cada dosis.

consistencia del filtrado para cada dosis (retención).

Metodología


Sequedad de los lodosMDC y

sólidos retenidos

Manejabilidad de los lodos



14


Resultados-Sistemas Simples Dosis: 1 kg polímero sólido / t muestra sólida

Concentración de polímero: 0,5 %


DRENAJE LIBRE EN UN PASO (60s)

2

12

22

32

42

52

62

100 150 200

Volumen filtrado (mL)

Tiem

po (s

)

Blanco A B C D

A

B

CD


Dosis: 1 kg polímero sólido / t muestra sólidaConcentración de polímero: 0.5 %

Resultados-Sistemas Simples


TURBIDEZ

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Blanco

Turb

idez

(NTU

)

A B C D

Turbidez a t1Turbidez a t2Turbidez a t3

VOLUMEN FILTRADO

Volumen a t1Volumen a t2Volumen a t3

125

145

165

185

205

225

245

265

285

Vol

umen

tot

al (m

L)

Blanco A B C D



15


++651024427D

+++79624930C

+413022342B

no264020059A

no7550173> t1Blanco

ESTABILIDAD VISUAL DE LOS FLÓCULOSTURBIDEZ a t1 (NTU)VOLUMEN DE

FILTRADO a t1 (mL)200 mL TIEMPO DE DRENAJE

LIBRE antes de t1 (s)

MEJOR PEOR




Efecto de la dosis: 1, 2, 3 kg polímero sólido/t muestra sólidaConcentración de polímero: 0.5 %



DRENAJE LIBRE

180190200210220230

240250260270280

Vol

umen

filt

rado

(mL)

TURBIDEZ

0

100

200

300

400

500

600

Turb

idez

(NTU

)

Dosis de polímero C (kg/ton) 0 1 2 3

RETENCION

65

70

75

80

85

90

95

100

Ret

enci

ón (%

)



16


Resultados-Sistemas duales


DRENAJE LIBRE

0

10

20

30

40

50

60

Floculante Coagulante-Floculante Bentonita-Floculante

Tiem

po d

e dr

enaj

e de

100

ml(

s)

Floculante 1 kg/tonCoagulante 1 kg/tonBentonita 3 kg/ton

DRENAJE LIBRE

020406080

100120140160180200

Vol

umen

fil

trad

o (m

L)



RETENCION

6065707580859095

100

Ret

enci

ón (%

)



TURBIDEZ

0

50

100

150

200

Turb

idez

(NT

U)




Contenidos

• Introducción




• Conclusiones



17


AMIANTO – CEMENTO

AMIANTO

RIESGO PARA

LA SALUD

PRESIÓN

SOCIAL

CELULOSA

MP en la fabricación de fibrocemento

LODOS DE DESTINTADO

FIBROCEMENTO



Composición de los lodos

1,8535,151,893,1513,8644,1OtrosFibrasOtrosTalcoArcillaCarbonatos

Materia orgánica (%)Minerales (%)

63 % 37 %

Materiasprimas

• Fibras de Pinus Radiata sin blanquear: 6, 9 y 12%• Cemento ASTM Tipo II: 47%• Al2O3: 3,8%• Arcilla: 4%• Lodo: 5, 10, 15 y 30%• Sílice



18



Sustitución de fibra virgen por lodo (%)0 5 10 15 20 25 30 35

Tiem

po d

e dr

enaj

e (s

)

40

45

50

55

60

65

706% FIBRAS 9% FIBRAS12% FIBRAS

0 5 10 15 20 25 30 351,0

1,2

1,4

1,66% FIBRAS9% FIBRAS12% FIBRAS

Sustitución de fibra virgen por lodo (%)

Den

sida

d (g

/cm

3 )

0 5 10 15 20 25 30 35

Hum

edad

(%)

10

15

20

25

30

6% FIBRAS9% FIBRAS12% FIBRAS

Sustitución de fibra virgen por lodo (%)0 5 10 15 20 25 30 35

Res

iste

ncia

(MPa

)

4

6

8

10

126% FIBRAS9% FIBRAS12% FIBRAS

Sustitución de fibra virgen por lodo (%)


Contenidos

• Introducción




• Conclusiones



19


Generación de calor y/o electricidad

ELEMENTOS MAYORITARIOS Y

MINORITARIOS EN CENIZAS (% base seca analizados como elementos

y expresados como óxidos) Al2O3 14 BaO 0,014 CaO 32

Fe2O3 0,58 K2O 0,52 MgO 2,8

Mn2O3 0,024 Na2O 0,23 P2O5 0,16 SO3 0,87 SiO2 23 SrO 0,044 TiO2 0,26 ZnO 0,011

HUMEDAD 37,3

ANÁLISIS INMEDIATO (% base seca) Cenizas (550ºC) 62,3 Volátiles 45,9

ANÁLISIS ELEMENTAL (% base seca) Carbono 24,1 Hidrógeno 2,70 Nitrógeno 0,07 Azufre 0,06 Cloro 0,02 PODER CALORÍFICO MJ/kg Mcal/kgSuperior (humedad 0% b.h.) 8,22 1,96Superior (humedad 37,3% b.h.) 5,15 1,23Inferior (humedad 0% b.h.) 7,86 1,83Inferior (humedad 37,3% b.h.) 3,94 0,92

Caracterización de los lodos


Proceso de combustión

LECHOFLUIDIZADO

PLACADISTRIBUIDORA

T6

AIRE 1ARIO

CENIZAS

T1

T3

T4

T5

COMBUSTIBLE

T2

AIRE 2ARIO

25

44

101

171

271

76

SALIDA GASES

60 kg/h

9 Nm3/h

108 Nm3/h



20


Proceso de combustiónTemperaturas

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 20 40 60 80 100 120 140 160t (min)

T (º

C)

T1T2T3T4T5T6

Caracterización físico-química de las cenizas recogidas

1.040.240.02Cl total (% b.s.)

<0.02<0.02<0.02Nitrógeno (% b.s.)

0.30.30.3Hidrógeno (% b.s.)

6.45.25.8Carbono (% b.s.)

ANÁLISIS ELEMENTAL

2.81.11.2Inquemados (% b.s.)

97.298.998.8Cenizas (% b.s.)

490Densidad pila (kg/m3)

523435.7Cantidad recogida (kg)

F. M.CICLÓNLECHOParámetro

Composición del gas

1.60.1173.20.10.2MIN

18.76.716848.2569.517.5MAX

15.42.412392.8301.12.6MEDIA

CO2(%)

CO(%)

CO (mg/Nm3)

NO (mg/Nm3)

O2 (% seco)


Contenidos

• Introducción




• Conclusiones



21


Muestra Sólidos Totales Lodo 1-1 64,65 ± 1,35 Lodo 2-1 67,16 ± 1,72 Lodo 1-2 68,85 ± 0,83 Lodo 2-2 65,95 ± 1,05 Lodo 1-3 57,07 ± 2,16 Lodo 2-3 68,20 ± 1,49

Muestra Cenizas Lodo 1-1 60,63 ± 1,32 Lodo 2-1 57,28 ± 0,56 Lodo 1-2 64,21 ± 1,18 Lodo 2-2 63,38 ± 1,72 Lodo 1-3 59,52 ± 0,14 Lodo 2-3 65,85 ± 0,23

Contenido en sólidos totales (%)

Contenido en cenizas (%)

Composición de las diferentes muestras analizadas (%)

MP para la obtenciónde etanol

Lodo 1-1 Lodo 2-1 Lodo 1-2 Lodo 2-2 Lodo 1-3 Lodo 2-3 Glucosa 12,44 ± 0,44 14,81 ± 0,37 11,15 ± 0,76 10,59 ± 0,90 12,83 ± 0,49 9,02 ± 0,88

Xilosa 1,17 ± 0,02 1,47 ± 0,01 0,80 ± 0,10 1,38 ± 0,96 1,24 ± 0,02 0,75 ± 0,15

Galactosa 0,19 ± 0,01 0,25 ± 0,01 0,17 ± 0,02 0,14 ± 0,02 0,23 ± 0,05 0,11 ± 0,02

Arabinosa 0,17 ± 0,02 0,18 ± 0,01 0,23 ± 0,15 0,23 ± 0,10 0,21 ± 0,04 0,18 ± 0,04

Manosa 1,61 ± 0,06 1,83 ± 0,04 1,43 ± 0,20 1,52 ± 0,08 1,76 ± 0,26 1,16 ± 0,16

Otros 19,04 ± 0,01 18,87 ± 0,09 18,39 ± 0,32 19,22 ± 0,47 19,25 ± 0,60 19,86 ± 0,31

Cenizas 61,27 ± 1,75 57,46 ± 0,46 64,52 ± 0,36 62,45 ± 2,32 59,52 ± 0,14 65,85± 0,23

TOTAL 95,89 94,87 96,69 95,53 95,04 96,93


Contenidos

• Introducción




• Conclusiones



22


Conclusiones

• La humedad es un parámetro muy importante a tener en cuenta para el aprovechamiento de los lodos optimización del desgote.

• Los lodos de destintado, una vez secos, pueden sustituir parcialmente a las fibras de celulosa en la obtención de fibrocemento sin afectar significativamente a las características del producto final.

• La utilización del lodo como combustible es viable técnicamente, manteniéndose la operación de combustión en lecho fluidizadosin problemas significativos (750-770ºC Emisiones de CO).

• Las cenizas obtenidas muestran una composición similar a la del lodo inicial y no presentan problemas de aglomeración.

• El bajo contenido en azufre y cloro, le convierte en un combustible poco problemático y similar a otros combustibles biomásicos convencionales (CO y cenizas volantes).

• Debido a su bajo contenido en celulosa, no es viable su aprovechamiento para la producción de etanol.


Agradecimientos

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EN LA COMUNIDAD DE MADRID”(S-0505/AMB-0100)

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