9° Foro de Ciencias - Feria del Libro Buenos Aires - 30 de abril 2008

Las industrias pasteras y sus emisiones.

Miguel ZanuttiniITC – FIQ – UNL

CONICET

Emisiones líquidas y gaseosas en la Industria Celulósica

• El mercado de las fibras celulósicas• Proceso Kraft• Emisiones del proceso Kraft y blanqueo ECF• Monitoreo Ambiental• Definición de limites de emisión • Caso de la Planta de Valdivia (Chile).• Comentarios Finales

El mercado de las fibras celulósicas

• La demanda de productos celulósicos está en permanente crecimiento y su industria estáfuertemente ligada al medio ambiente.

•En principio los

productos celulósicos resultan compatibles con las tendencias ecológicas

mundiales:

Ventajas ambientales de los productos celulósicos

• Usa recursos renovables • El producto puede ser de larga

vida útil si se desea almacenar información.

• Es mecánicamente altamente eficiente como material de embalaje.

• Por otro lado, es reciclable varias veces

• Biodegradable.

Consumo de fibras papeleras en el mundo

Fibras RecuperadasFibras Kraft

Blanqueada de fibra corta

Fibra Kraft Blanqueada

de fibra larga

Año

Fibras RecuperadasFibras Kraft

Blanqueada de fibra corta

Fibra Kraft Blanqueada

de fibra larga

Año

Millones de toneladas

Impacto de la actividad industrial

Es inevitable que la actividad industrial impacte de alguna manera en el medio

ambiente.

Una operación industrial adecuada minimizaráel efecto.

Hasta cierto nivel, el medio ambiente podráabsorber una perturbación.

Actitud de la empresa

Deben cumplirse las legislaciones y atenderse las demandas de vecinos pero:

- La responsabilidad social - Imagen de la empresa

puede hacer conveniente que la empresa se plantee pautas más exigentes que la propia legislación.

Responsabilidad social de la empresa: Normas ISO 26000; SA 8000 2001;NBR 16000

Producción industrial con cero de descarga:

• Cero de descarga o • Cero de contaminates

Es teóricamente posible pero puede exigir:

Un excesivo consumo de químicos y/o de energía

puede llevarnos a un desfavorable balance ecológico

Pulpado Kraft•Más importante en volumen de producción

•Escalas de producción de 500 a 3000 tn/día

Una de las razones del crecimiento de esta actividad en América del Sur

es el rápido crecimiento del eucalipto

La fibra de eucalipto es excelente para papeles de escritura

- Álcali (hidróxido de sodio)

- Sulfuro de sodio

Puede usarse además

- Antraquinona

Reactivos del proceso Kraft

Proceso KraftVentajas:• Recuperación eficiente de químicos• Aprovechamiento de la Biomasa disuelta (50 % de la madera).

•Proceso autosuficiente en energía.

En Botnia Fray Bentos:Generación de 130 MWExcedente: 30 MW

Turbinas, Botnia-Fray Bentos

Proceso Kraft

Desventajas:

• Emisión de NOx , SO2 , SO3 y partículas

• Olores

• Emisión importante de dióxido de carbono:3,0 ton por ton de pulpa producida.¿Compensa la captación de dióxido de carbono de las

árboles usados?

• Necesidad de un combustible externo para el horno de cal

Proceso y ciclo térmico

• Descortezado• Astillado• Cocción: 150 – 170 oC, 1 - 2 horas.• Enfriamiento y Soplado. • Lavado donde se separan:

Blanqueo Recuperación

Fibras Licor negro

Pulpado

Evaporación

Licor Negro

Licor Verde

Licor Blanco

Caustificación

Calcinación

Cal (CaO)

Lavado

Combustión

Diluídos

Concentrados

CO3Ca

Apagado de la cal

Pulpa

Madera

Combustible

Caldera de recuperación

Gases Olorosos

Ciclo de recuperación y emisiones gaseosas

Etapas del ciclo de recuperación

1) Expansión del licor:Gases que deben ser condensados

2) Evaporación del licor hasta 65 %- 85 % de concentración

Evaporación en construcción (Veracel, Brasil 2004)

Evaporación (Veracel, Brasil 2005)

Evaporación (Veracel, Brasil 2005)

Etapas del ciclo de recuperación (continuación)

Caldera en Construcción

Quemador

3) Combustión del licor negro en la caldera de recuperación

Chimenea en construcción

(Botnia diciembre 2005)

Planta Botnia 2007

Etapas del ciclo de recuperación (continuación 2)

4) Caustificación (regeneración del álcali):Se usa Cal para recuperar el NaOH

5) CalcinaciónEl carbonato se calcina en el horno en un tiempo de

residencia de 2-4 horas:

La cal se apaga en agua

Pulpado

Evaporación

Licor Negro

Licor Verde

Licor Blanco

Caustificación

Calcinación

Cal (CaO)

Lavado

Combustión

Diluídoss

Conc

CO3Ca

Apagado de la cal

Pulpa

Madera

Combustible

Caldera de recuperación

Ciclo de recuperación y emisiones gaseosas

Gases

Olorosos

Veracel, 2004

Botnia, Fray Bentos

Emisiones gaseosas del pulpado

Cuatro principales:• Caldera de recuperación• Disolución de las cenizas de esa caldera• Horno de cal• Apagado de la cal

• Los gases olorosos deben ser captados y quemados

Blanqueo ECF(Uso de dióxido de Cloro)

• Producción de Clorato• Producción de Dióxido de Cloro• Etapas de blanqueo (secuencias)

Oxígeno Diox. de Cl Álcali Dióx. de Cl Álcali Peróxido

Botnia, Fray Bentos

Emisiones gaseosas del blanqueo

Normalmente son muy bajas

Debe controlarse fugas de:- TRS (gases olorosos)- Cloro- Dióxido de Cloro

• Los gases olorosos deben ser captados y quemados

Planta Kraft

Construcción de la base de la chimenea de la planta Planta Kraft de Botnia en Uruguay

Altura de la Chimenea: 120 metros

Algunos de los contaminantes

• Carga Orgánica (DBO , DQO)• AOX• Gases olorosos (TRS)• Dioxinas

La carga orgánica es reducida por

tratamientos biológicos

Laguna aireada

Laguna de tratamiento secundario aeróbicoen contrucción (Veracel, Brasil 2005)

Niveles de DQO y DBO

• La DBO puede reducirse hasta niveles muy bajos: 10 – 30 mg /L

• La DQO no puede reducirse a niveles bajos- Material de difícil degradación

BATs de la Comunidad europea: 600 mg/L

AOX (Cloroorgánicos absorbibles)Compuestos disueltos generados en el

blanqueo con dióxido de cloro

Moléculas pequeñas (peso molecular menor a 1000 g/mol) de compuestos clorados

Pueden entrar en las membranas celulares y bioacumularse.

Moléculas Cloradas

Menbrana celular

AOX• El AOX es una manera indirecta de medir

Contaminantes orgánicos persistentes (POPs)

• Una fracción del AOX puede ser POPs.

• POPs: Contaminates orgánicos persistentes que se bioacumulan y poseen riesgo de causar efectos adversos a la salud humana o al ambiente.

AOX

• Blanqueos ECF : Reducción de AOX se logra con reducción del uso de dióxido de cloro.

• El límite indicado por las BATs de la comunidad europea es de 0,25 kg /ton de pulpa.

• La eliminación total de AOX se logra en el blanqueo TCF

Gases Olorosos

• Sulfídrico y Mercaptanos

Toda posible salida de gases debe ser captada y enviada a incineración.

Los olores son en gran parte eliminados

Emisión de TRS en Portugal

Dioxinas• Son compuestos hidrofóbicos de muy baja solubilidad y por

lo tanto muchas veces no se detectan en los efluentes líquidos. Se detectan más fácilmente en los barros y en cenizas de combustión.En general son fuentes de dioxinas los procesos químicos con presencia de fenoles y cloro y las combustiones en presencia de cloro.

• Generación hacia la atmósfera (Inventario de Dioxinas en Argentina 2002)

g / añoCombustión no controlada 715.00Incineración de desechos 83.10Generación de energía eléctrica y calefacción 31.10Calderas de l icor negro, madera y lodos 0.05Caldera de corteza 0.24

La emisión de dioxinas en las calderas de recuperación kraft es un valor muy bajo en

comparación a la generada por la combustión incontrolada.

Emisiones a la atmósfera de Dioxinas y Furanos en Argentina

Combustión nocontrolada

Incineración dedesechos

Generación deenergía eléctricay calefacciónCalderas de licornegro, madera ylodosCaldera decorteza

La generación de Dioxinas en las plantas kraft

La generación en el pulpado kraft y blanqueo ECF es extremadamente baja

• En los efluentes líquidos no se detecta

• En los gases es baja:Límites en EEUU y Canadá: 0,1 ng/m3

Monitoreo de plantas Kraft

Parámetros a considerar en los efluentes líquidos

• Sólidos en suspensión• DBO - DQO • Nitrógeno y Fósforo (estos se suplementan para los

tratamientos biológicos) • AOX (cloro orgánicos absorbibles producidos en el

blanqueo ECF) .• Dioxinas• Toxicidad• Color• Metales pesados (provienen en gran parte de la

madera)• Temperatura

Limitaciones en período corto

Las plantas cumplen además con limitaciones en períodos mas cortos:

Ejemplo: La EPA (EEUU) ha establecido para AOX límites por tonelada producida como:

0,6/ 0,4 / 0,2 kg/T

Promedio diario / mensual / anual

Monitoreo

Planteamos un esquema general basado en:

- BREF 2001 de la IPPC (Comunidad Europea)

- Informe Hatfield en relación al proyecto de Fray Bentos (Marzo 2006).

Monitoreo de los gasesX : Medición continua - ● Control periódico

(* inclusión de lodos )

Cau-dales

Partíc.PM10

Partíc.totales

SO2 NOX TRS CO CO2

Cl ClO2

Dio- xinas

ClH

Caldera de recuperación

X X X X (X) X X • Horno de calcinación

X X X X (X) X X • Caldera de Biomasa

X X X X (X) X* X • •* Preparac. de licor verde

X X X

Preparación de lechada

• •

Quemador de TRS

• •

Blanqueo -Preparación - Operación

•

Base de chimenea, Botnia - Fray Bentos

Monitoreo de los líquidosVariable Conti-

nua Diario Semanal Mensual Anual

Caudal X pH X Conductividad X Temperatura X DQO ● DBO ● SS ● AOX ● Color ● Fósforo ● Nitrógeno ● Metales pesados ●* ● Toxicidad ● Dioxinas y Furanos ●* ●

* Mensual hasta que se compruebe el desempeño

También en algunos casos, se monitorean parámetros como:

• TOC (Carbono orgánico total)• Clorato • Agentes Quelantes (EDTA /

DTPA).

Monitoreo externo

• Es conveniente que sea realizado por organismo externo a la empresa.

Gases:• Estaciones de monitoreo fuera de la planta para TRS,

SO2, NOX, Partículas (PM10 y totales), Ozono a 1 km o 3 km en dirección predominante de los vientos o en la posición donde se espera la mayor concentración de contaminantes

Líquidos: Monitoreo en el curso receptor

• Estudio de delineación de la pluma con uso de colorantes para distintas caudales de río.

• Monitoreo de la población de peces y su usabilidad.

• Toxicidad.

• Dioxinas y Furanos: Contenido en el tejido de los peces.

• Estudio bioquímico correspondientes compuestos EDC (Compuestos disruptores endócrinos) que producen alteraciones hormonales en peces.

Límites de emisión

Límites de emisión

Los límites establecidos BATs de la ComunidadEuropea son sólo una referencia:

(El permiso ambiental otorgado a Botnia en Fray Bentos está basado en estas directivas).

Pero las BATs europeas no consideran:• La escala de producción y localización

Pueden definirse considerando:•Las mejoras técnicas disponibles (BATs)•Las características técnicas de la instalación •Su localización•Las condiciones locales del medio ambiente

Caso Valdivia

Planta de ARAUCO

Planta Valdivia

Planta Valdivia

Historia

Puesta en marcha a fines del año 2004 • Clausura de la planta por problemas

ambientales en dos oportunidades (enero y junio de 2005).

Reapertura con imposición de:• Pautas estrictas de funcionamiento y de

mejora continua

Imposiciones• Sistema completo de captación de gases

olorosos• Restricción de la producción en un 20 %• Monitoreo completo de las emisiones. • Monitoreo completo externo (río, aire, suelos)• Tratamiento terciario (floculación de los

efluentes).• Laguna de acumulación de efluente para

eliminar riesgos de volcamientos no deseados. • Auditoría ambiental internacional

Toma de gases olorosos en una etapa de lavado en el blanqueo

- Cambio en la actitud de la empresa: • Apertura de la planta para todo tipo de visitas• Análisis químicos adicionales a los exigidos.• Se muestra actualmente como un ejemplo mundial

de operación con mínimo impacto ambiental • Está solicitando ahora el aumento de la producción

al 100 % de diseño.

Consecuencias- Operación actual con bajos niveles de emisión

Los criterios desarrollados son ahora aplicados a otros proyectos celulósicos en Chile

Efluente líquido

Laguna con capacidad para acumular el agua usada en más de dos días

Comentarios Finales

• Fibra celulósica: Producto ambientalmente aceptable• Existe una demanda creciente de pulpas:

- Reciclada- Kraft Blanqueadas

• Proceso Kraft: - Ventaja: Eficiente y muy desarrollado- Desventaja: Emisiones

• Emisiones:Atención: DQO, AOX, Olores

Comentarios Finales (continuación)

• Debe realizarse un monitoreo completo

• Definición:- Límites de emisión - Escala de producción de nuevas plantas

en función de las condiciones ambientales de la localización

• Las pautas de las BAT europeas son solo una referencia.

Muchas gracias

Miguel ZanuttiniInstituto de Tecnología Celulósica –FIQ - UNL