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El problema ambiental de los residuos en la elaboración de celulosa para papel




Enviado por Amalia Dellamea



    1. Proceso de elaboración
      de pasta de celulosa
    2. Principales contaminantes
      generados por la producción de
      celulosa
    3. Medidas para controlar la
      contaminación por organoclorados
    4. Contaminación del aire
      por las industrias productoras de pulpa para
      papel

    Introducción

    La elaboración de celulosa destinada a la
    producción de papel y cartón es una
    importante actividad industrial con un gran consumo de
    agua y de
    energía que también genera una notable cantidad de
    residuos líquidos y sólidos, estos últimos
    como fangos de plantas de
    tratamiento. Se utiliza en esta actividad una materia prima
    renovable, la biomasa esencialmente forestal aunque hoy en
    día se utilizan también los subproductos de la
    caña de azúcar
    y del maíz. En
    los casos en los que se recurre a la tala de árboles
    debe buscarse un equilibrio
    entre la reforestación y la tala para lograr un desarrollo
    sustentable.

    La fabricación de pasta de celulosa ya sea
    mecánica o química tiene un
    elevado consumo eléctrico, de 1.400 a 2.500 kw /tonelada
    según el proceso y un
    consumo de agua de entre 20 y 200 m3 /tonelada que
    genera un agua residual con una media de 7kg/tonelada de
    sólidos en suspensión y 55 kg/tonelada de DQO.
    Estos datos dan una
    idea del impacto ambiental
    que puede tener esta actividad.

    La magnitud de producción de este insumo en el
    mundo y los problemas de
    contaminación ambiental generados han
    llevado a una importante regulación legal de la actividad
    en Estados
    Unidos, Japón y
    en la Comunidad
    Europea.

    Ante los estrictos controles y los costos que
    implica el cumplimiento de las normas, muchas
    industrias han
    desplazado su producción, especialmente la que involucra
    técnicas obsoletas, a otros países
    con menos exigencias en su legislación ambiental. El
    impacto sobre los ambientes acuáticos y terrestres puede
    ser importante y, en algunos casos, generar zonas irrecuperables
    en lo referente a la biota. El costo de dicho
    impacto no suele ser calculable y en cualquier caso sería
    pagado por la comunidad y no por las industrias
    productoras.

    En el siguiente resumen se abordará el problema
    de la generación de compuestos tóxicos residuales
    por la elaboración de pasta de celulosa.

    Proceso de
    elaboración de pasta de celulosa

    La composición química de la madera es
    bastante compleja, el elemento básico estructural de la
    pared celular es la celulosa. La lignina y hemicelulosa
    también están distribuidas en la pared celular
    junto con ésteres, terpenos, resinas, fenoles y taninos.
    La lignina mantiene a las fibras de celulosa unidas. El proceso
    de producción de celulosa consiste en separar las fibras
    de celulosa lo que se puede conseguir mecánicamente o por
    disolución química de la lignina,

    La elaboración de pasta a partir de la madera es
    el proceso inicial en la fabricación de celulosa para
    papel y cartón. Luego de cosechar los troncos se les quita
    mecánicamente la corteza y se muele la madera hasta
    convertirla en chips de tamaño uniforme.

    Estos chips son sometidos al proceso para
    obtención de pulpa ya sea en forma mecánica o mediante una variedad de
    procesos
    químicos. Derivados del cloro se utilizan habitualmente en
    los procesos para refinado y blanqueado de las pastas para papel.
    Las diferentes calidades de papel requieren distintos procedimientos
    para obtención de celulosa, así el papel blanco
    para copias requiere una pulpa con fibras duras en su
    composición principal con algo de fibras blandas para
    añadir flexibilidad.

    El papel para diarios se produce con fibras obtenidas
    por procesos mecánicos o fibras recicladas con poca
    cantidad de fibras blandas.

    Todas las metodologías para obtención de
    pasta de celulosa para papel se basan en la separación de
    las fibras de la madera. Esto se consigue con métodos
    mecánicos como el molido o con métodos
    químicos que disuelven la lignina de la pared celular
    dejando separadas las fibras de celulosa prácticamente sin
    acción
    mecánica. Las técnicas disponibles varían
    entre estos extremos, las más usadas son:

    1-Proceso mecánico

    La pasta mecánica que se obtiene triturando la
    madera por medio de grandes piedras de arenisca o esmeril y
    haciéndola pasar por arrastre con agua a través de
    tamices. Este tipo de pulpa es de baja calidad,
    coloreada y con fibras de celulosa cortas. Una variante de este
    proceso consiste en usar chips de madera que se someten a vapor
    antes del triturado.

    2-Proceso
    semiquímico

    Se caracteriza por un pretratamiento químico
    seguido de un refinado mecánico. Se usa para maderas duras
    o de origen mixto. Puede hacerse impregnado chips con una
    solución de sulfito de sodio seguida de una cocción
    a 160 190º C y un posterior refinado por discos. La pulpa
    obtenida tiene liginina en un 10 a 15 % y se usa para
    cartón corrugado y papeles para embalaje por su alta
    resistencia

    3-Pulpas obtenidas por
    procesos químicos

    a) procesos alcalinos

    Los dos más importantes son el Kraft y el
    alcalino (soda process). En ambos casos los chips de madera son
    calentados en presencia de hidróxido de sodio para
    disolver la lignina. En el proceso Kraft se agrega sulfuro de
    sodio este procedimiento es
    el más difundido en la elaboración de pulpa a
    partir de madera. El proceso alcalino se emplea para materias
    primas que no son madera.

    Una parte importante de estos procesos es la
    regeneración de los licores de cocción. En el
    sistema Kraft los
    líquidos agotados por su uso en los tratamientos se
    evaporan para regenerar el álcali que se incorpora al
    próximo tratamiento. Durante el proceso alcalino casi la
    mitad de la madera queda como remanente en el líquido
    residual con alto contenido energético lo que permite su
    fácil evaporación e incluso puede proveer
    energía a la planta.

    Durante el calentamiento el dióxido de carbono
    producido reacciona con la soda cáustica para producir
    carbonato de sodio. Se añade entonces sulfato para
    compensar las pérdidas durante el proceso de
    obtención de pasta. Este sulfato se reduce a sulfito. La
    mezcla resultante se trata con hidróxido de calcio (cal
    apagada) para regenerar el hidróxido de sodio a partir del
    carbonato. El resultante se vuelve al tanque de tratamiento para
    otro proceso.

    La pasta resultante tiene características de
    resistencia por el largo de las fibras obtenidas. Si la materia prima
    fue una madera dura se presta para su uso en papeles de
    impresión mezcla con pulpas de otro origen

    b) Proceso
    sulfito

    Existen variantes de este proceso conocidas como proceso
    de sulfito ácido, de bisulfito, de multi-etapas, de
    sulfito neutro y alcalino. Todas ellas hacen referencia a las
    características de los líquidos para cocción
    de lo chips de madera. El dióxido de azufre es utilizado
    para generar el sulfito utilizado en la digestión. La
    producción de pulpas por éste método es
    muy baja en relación a la producción por Kraft o
    mecánica.

    Blanqueado de la pasta para
    papel

    El blanqueado de la pasta de celulosa ha sido
    tradicionalmente visto como un índice de calidad por el
    consumidor de
    papel. La blancura de la pasta de celulosa se mide por su
    capacidad para reflejar luz
    monocromática en comparación con un Standard de
    óxido de magnesio. La pulpa resultante del proceso Kraft
    es generalmente marrón mientras la de los procesos sulfito
    es amarilla a marrón claro. Estos colores se deben
    a residuos de lignina que se adhieren a las fibras y que pueden
    ser estabilizados o removidos en procesos posteriores. En las
    pulpas obtenidas por procesos mecánicos se utilizan
    agentes químicos oxidantes como los derivados de cloro o
    el peróxido de hidrógeno.

    El proceso de blanqueado de las pastas esta compuesto de
    5 a 6 etapas dependiendo de las características de la
    pulpa obtenida. Desde el siglo XIX se utiliza hipoclorito para el
    blanqueado de la pasta, posteriormente se aplicó
    también cloro gaseoso. Los residuos de lignina se
    convierten en productos
    solubles en agua o en soluciones
    alcalinas que son lavados en las etapas siguientes del
    proceso.

    El uso de cloro gaseoso tiene varias ventajas en el
    producto y se
    estima que genera una menor cantidad de AOX vertidos al ambiente. En
    algunos casos se usa, en las últimas etapas del blanqueado
    la combinación de peróxido de hidrógeno con
    cloro. Las cantidades de cloro utilizadas por la industria de
    la celulosa han disminuido desde los 90kg/ton que se usaban hace
    80 años a los 25 kg/ton que se usan hoy e incluso valores
    más bajos como 3 a 10 ton/kg en algunos
    procesos.

    Principales
    contaminantes generados por la producción de
    celulosa

    Las principales etapas en las que se genera contaminación son:

    –Descortezado de la madera. En la actualidad se emplea
    el descortezado en seco, la cantidad de agua en este proceso es
    relativamente baja. El descortezado en húmedo genera los
    mayores caudales de residuales de cualquier fábrica,
    el agua
    arrastra polvo, corteza en suspensión y materia
    orgánica como taninos

    Las aguas residuales resultantes del proceso de
    blanqueado de la pulpa se presentan como una compleja mezcla de
    distintos compuestos en la que predominan los organoclorados.
    Para la caracterización del riesgo que
    presentan estos efluentes para el ambiente se suele sumar a las
    determinaciones habituales (DBO, DQO, partículas
    sedimentables y en suspensión) la de AOX que indica la
    cantidad de halógenosorgánicos adsorbibles al
    carbón activado. Dentro de esta fracción se
    encuentran importantes agentes tóxicos.

    El cloro reacciona en primer lugar con la lignina
    residual para producir aproximadamente 4 kg de organoclorados por
    tonelada de pulpa producida. Esta cantidad puede variar
    considerablemente de acuerdo al proceso de blanqueado y al tipo
    de pulpa sometida al tratamiento.

    La mayor parte del cloro está ligado a compuestos
    orgánicos de alto peso molecular que resultan
    biológicamente poco activos y como
    consecuencia poco tóxicos. Un 30 % de cloro se liga a
    moléculas de bajo peso molecular, entre ellas
    cuantitativamente la más importante es el triclorometano
    que puede aparecer en cantidades de hasta 40 g por tonelada de
    pulpa tratada. Junto con este compuesto aparecen tricloroetene,
    pentaclorobenceno y triclorofenol.

    Aparecen también derivados clorados del
    ácido acético y de la acetona como TCA,
    ácido tricloroacético, ha sido usado como
    herbicida, causa clorosis. Su ciclo en suelos no es muy
    bien conocido, se sabe que tiene alta movilidad en suelo y es poco
    biodegradado, tampoco se conoce mucho su toxicidad para la
    microfauna del suelo y del agua.

    Los derivados clorados de acetona, en particular la 1,3
    dicloroacetona, son mutagénica en el ensayo de
    Ames y se consideran entre los más potentes
    mutágenos clorados que pueden aparecer en efluentes. Se
    degradan durante los tratamientos biológicos de efluentes.
    Las dioxinas aparecen en el blanqueado de la pulpa de papel.
    Depositadas en la superficie de suelos o aguas en parte se
    evaporan, otra fracción es degradada por la luz solar y no
    atraviesan el suelo con facilidad salvo que sean vehiculizadas
    por compuestos liposolubles como grasas y
    aceites. Actúan sobre receptor Ah que regula respuestas de
    tipo crecimiento y diferenciación celular, dispara la
    biosíntesis de citocromos y alteraciones
    endócrinas.

    Las investigaciones
    realizadas durante la década de los 90 demostraron que,
    aún pequeñas concentraciones de AOX en las aguas
    eliminadas por las industrias elaboradoras de pulpa de celulosa
    pueden tener efectos biológicos sobre los ecosistemas.
    Las mejoras en el ambiente que se observan cuando las plantas
    convierten su proceso del uso de cloro elemental a dióxido
    de cloro suelen ser muy importantes pero insuficientes para
    revertir el proceso de alteración en Suecia se ha
    observado que se mantiene la mortalidad de larvas de peces en
    radios de hasta 2 Km desde la boca de emisión de aguas
    tratadas de las plantas de producción de pulpa.

    Estos efectos se complican en plantas que usan
    tratamientos para blanqueo mixto con distintos grados de
    sustitución del cloro elemental por dióxido de
    cloro. Los estudios de mayor sensibilidad se realizan estimando
    la inducción de las enzimas
    oxidativas, citocromos, hepáticos que indican estrés.

    La estimación de efectos a largo plazo se ha
    realizado con ecosistemas artificiales y demuestra que es mucho
    más importante el efecto de los efluentes de plantas
    tradicionales que los de aquellas que usan dióxido de
    cloro o de las que emplean ozono y peróxidos. Uno de los
    problemas en las plantas TFC es la presencia de metales en los
    efluentes por el agregado de EDTA en el proceso para evitar los
    efectos de cationes metálicos.

    Existen otros componentes que pueden resultar
    tóxicos para el ecosistema
    como las resinas y los ácidos
    grasos que se liberan de las maderas procesadas, experiencias
    realizadas en truchas mostraron que aún diluidos dos mil
    veces estos componentes del efluente del tratamiento
    termomecánico de la pulpa podían ser letales para
    peces como la trucha después de 3 a 4 semanas de exposición. La presencia de resinas en
    sedimentos se correlacionó con modificaciones en el
    comportamiento
    de invertebrados bénticos.

    Existen también sustancias capaces de interferir
    con el sistema endocrino que es responsable de la síntesis y
    del metabolismo
    hormonal en vertebrados. En la madera existen esteroles naturales
    del tipo de los sitoesteroles que pueden pasar sin alteraciones
    por los proceso de blanqueado y no son eliminados en las plantas
    para tratamiento de efluentes. Los fitoesteroles de las maderas
    pueden sufrir una bioconversión por bacterias a
    esteroides. Algunos subproductos de la industria de
    producción de celulosa contienen hasta 25% de
    fitoesteroles.

    Es interesante considerar que los compuestos
    organoclorados también se encuentran en la naturaleza en
    cantidades considerables. Se producen en algas, esponjas,
    corales, plantas, bacterias e insectos. En vegetales aparecen
    como hormonas que
    regulan el crecimiento como el ácido 4
    cloroindolacético y en insectos como feromonas. Pero la
    fuente más importante de estos compuestos es la
    biodegradación de maderas por distintas especies de
    hongos que
    producen diclorometano en una cantidad calculada en 5 millones de
    toneladas por año.

    El otro proceso importante es la degradación de
    ácidos húmicos y fúlvicos a fenoles y
    clorofenoles. La materia orgánica contiene aproximadamente
    10 mil ppm de cloro que reacciona a altas temperaturas para
    producir cloruro de metilo y otros haloalcanos que se liberan a
    la atmósfera cuando se los usa como
    combustibles o durante los incendios de
    bosques y la actividad volcánica. En este sentido es
    interesante pensar que los compuestos halogenados liberados al
    ambiente pueden tener vías para su
    biodegradación.

    Medidas para
    controlar la
    contaminación por organoclorados

    Durante los últimos 20 años la industria
    productora de celulosa ha estudiado y puesto en práctica
    una serie de medidas destinadas a disminuir los niveles de
    contaminación ambiental. El mayor número de
    modificaciones se ha orientado a disminuir la presencia de
    compuestos clorados. Estas modificaciones en las técnicas
    de manufactura
    pueden dividirse en medidas destinadas a modificar los procesos
    de producción y medidas destinadas a mejorar el
    tratamiento de aguas residuales

    –Mejoras en los procesos

    1-Deslignificación, es un proceso destinado a que
    la pulpa que llega a blanqueado tenga una baja
    concentración de lignina lo que puede lograse mediante dos
    técnicas

    –deslignificación prolongada. Se consigue
    incrementando los tiempos de calentamento durante la
    cocción de los chips de madera, puede hacerse con agregado
    de antraquinona, lo que encarece el proceso, o manteniendo la
    concentración de álcali lo mas constante posible
    durante el proceso.

    –deslignificación con oxígeno. La eliminación de lignina
    se limita al 40-50% por la falta de oxígeno durante el
    proceso. La investigación ha permitido incorporar
    oxígeno en distintas partes del proceso para evitar
    disminuciones en la calidad de la pulpa mientras se elimina la
    lignina. Estas aplicaciones de oxígeno han sido una de las
    mejoras más importantes incorporadas a la industria en la
    última década.

    2-Modificaciones en el blanqueado.

    La mayor parte de los organoclorados que aparecen en el
    efluente son producidos por la acción del cloro molecular,
    la eliminación de este compuesto reduciría
    significativamente este problema. El uso de cloro elemental ha
    sido sustituido por dióxido de cloro llevando las
    concentraciones de AOX en los efluentes de 5 a 10 Kg. por
    tonelada de pulpa seca del proceso tradicional a 1 Kg./tonelada
    con el proceso actual. En algunas plantas ya se produce pulpa sin
    uso de cloro que ha sido reemplazado por peróxidos y
    ozono.

    –Mejoras en el tratamiento de aguas
    residuales

    Las aguas residuales de las productoras de pulpa para
    celulosa se tratan por dos sistemas las
    lagunas y las plantas de barros activados, en todos los casos los
    barros residuales contienen AOX. En el proceso de lagunas
    aireadas se llega a generar entre 0 y 5 Kg. de sólidos por
    tonelada de pulpa tratada que contiene entre 2 y 30 g de AOX por
    kilo en los proceso de lodos activados las cifras
    correspondientes son 5 a 25 Kg. de lodo/tonelada con 10 a 25 g de
    AOX por kilo. Estos lodos contaminados pueden disponerse por
    incineración lo que genera el problema de aparición
    de dioxinas en aire, o por
    rellenos de seguridad.

    El problema que presentan los tratamientos de efluentes
    es que pese a su eficacia pueden
    permanecer en las aguas compuestos tóxicos. El uso de
    dióxido de cloro genera altas concentraciones de clorato
    que actúa como alguicida. Se debe controlar también
    la carga orgánica que se vierte a los efluentes y las
    emisiones de fosfatos y nitratos.

    La contaminación del aire por las productoras
    de celulosa también es un punto a considerar en el
    proceso.

    Contaminación
    del aire por las industrias productoras de pulpa para
    papel

    Uno de los principales inconvenientes generados por el
    proceso Kraft es la formación y descarga a la
    atmósfera de compuestos reducidos de azufre que causan
    severos problemas de olor. Los compuestos como los mercaptanos y
    el dimetilsulfuro surgen como consecuencia de la actividad de
    sulfuros y metilsulfuros sobre los componentes de la lignina. Los
    tiempos prolongados de cocción utilizados en algunos
    procesos llevan a la producción de mayor cantidad de
    mercaptanos.

    Las emisiones de material particulado llegan a 0,25
    toneladas por tonelada de pulpa producida y pueden controlarse
    con precipitadotes electrostáticos

    La eliminación de óxidos de azufre depende
    básicamente del tipo de combustible utilizado, los
    combustibles fósiles pueden contener distinto grado de
    azufre, su eliminación reduce este problema.

     

    Dr. Juan Moretton

    Profesor Asociado de la Cátedra de Higiene y
    Sanidad.

    Facultad de Farmacia y Bioquímica

    Universidad de Buenos Aires

    Enviado por:

    Amalia Dellamea

    Centro de Divulgación
    Científica

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