Recuperación de agua y reactivos químicos desde efluentes de blanqueo de plantas de celulosa ubicadas en la cuenca del río BioBío, mediante la aplicación de tecnología de membranas y electrooxidación.

Abstract

Durante los últimos años, la industria de la celulosa ha experimentado numerosas modificaciones en sus procesos, con el objeto de disminuir el consumo neto de agua en las plantas de celulosa kraft. Debido a esto, actualmente se requieren aproximadamente 30 m3 de agua por tonelada de pulpa producida; sin embargo, este desarrollo no ha estado exento del aumento en la demanda de celulosa kraft blanqueada, es por esto que, las descargas de contaminantes orgánicos e inorgánicos a los sistemas fluviales se han mantenido relativamente constantes, provocando considerables impactos ambientales que se traducen en alteraciones fisiológicas en peces, macroinvertebrados y plancton, como consecuencia del aumento de color, temperatura y sustancias tóxicas descargadas a los ríos por los residuos industriales líquidos provenientes de las plantas de celulosa. Por otro lado, el aumento de la temperatura en las últimas décadas, por causa del cambio climático, ha provocado una significativa reducción en el potencial hídrico de la cuenca del río Biobío, la cual sustenta la mayor cantidad de plantas de celulosa del país, provocando, de esta forma, una alta vulnerabilidad del proceso productivo ante períodos de escasez de agua, además de generar una considerable reducción de la capacidad de dilución del cuerpo de agua receptor. Es por esto que es de suma importancia el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan reducir el consumo neto de agua en las plantas de celulosa kraft y, del mismo modo, disminuir la descarga de residuos líquidos a los cuerpos de agua receptores. Dentro de este contexto, el objetivo principal de este proyecto de investigación doctoral consistió en la evaluación técnica y ambiental de la aplicación de la tecnología de filtración por membranas y procesos electroquímicos de oxidación avanzada (EAOPs) para la recuperación de agua y recursos químicos y/o energéticos presentes en efluentes deblanqueo segregados generados durante las etapas de blanqueo ECF de celulosa kraft. De este modo, efluentes de blanqueo ácido, generados en la etapa de oxidación con ClO2 en condiciones ácidas, y efluentes de blanqueo alcalino, generados en la etapa de extracción alcalina con H2O2, fueron sometidos a una secuencia de filtración por membranas de ultrafiltración (UF), nanofiltración (NF) y ósmosis inversa (RO) con el objeto de evaluar la capacidad de los sistemas de filtración para depurar ambos efluentes de blanqueo. Los resultados obtenidos demostraron que variables como pH del efluente de blanqueo y factor de reducción de volumen (VRF) presentaron una menor influencia sobre el desempeño de los sistemas de filtración por membrana, a diferencia de la composición fisicoquímica de las membranas y distribución de los compuestos orgánicos presentes en el efluente de blanqueo, las que resultaron tener una gran influencia sobre la capacidad de los sistemas de filtración por membrana para ser aplicados en el tratamiento de ambos efluentes de blanqueo. Los volúmenes de permeado obtenidos en la etapa de RO correspondieron al 20 y 26 % del volumen utilizado como alimentación en la etapa de UF 20 kDa del efluente de blanqueo ácido y alcalino, respectivamente. Sin embargo, la concentración de materia orgánica presente en los permeados de RO disminuyó considerablemente para ambos efluentes de blanqueo, alcanzando porcentajes de remoción iguales al 95 y 97 % de la DQO presente en la alimentación durante la etapa de UF 20 kDa del efluente de blanqueo ácido y alcalino, respectivamente. La aplicación de EAOPs para la degradación de clorometoxifenoles demostró la alta habilidad oxidativa de radicales hidroxilo (•OH) heterogéneos para degradar compuestos organoclorados presentes en efluentes de blanqueo de celulosa, alcanzando un 92 % de mineralización con BDD/air-diffusion cathode, con 100 mA cm-2 y 540 min de electrólisis, en comparación conla eficiencia registrada por los radicales hidroxilo (•OH) homogéneos durante la aplicación de electro-Fenton y fotoelectro-Fenton, debido a la presencia de reacciones no deseadas entre las especies de cloro activo y el H2O2 electrogenerado en el cátodo. Con respecto a la aplicación de oxidación anódica para el tratamiento electroquímico de efluentes de blanqueo ácido y alcalino, los resultados demostraron la alta habilidad oxidativa presentada por BDD(•OH) para la degradación de compuestos orgánicos presentes en efluentes de blanqueo y permeados obtenidos en las etapas de UF, NF y RO, debido a la alta producción de radicales hidroxilo •OH con mayor poder oxidativo generados durante el tratamiento electroquímico, en comparación con ánodos activos, tales como: Pt, grafito, DSA-RuO2 y DSA-Pt. La evaluación toxicológica de los efluentes de blanqueo segregados fue llevada a cabo con Escherichia coli, Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium y Vibrio fischeri. La aplicación de sistemas de tratamiento integrados, con tecnología de membranas y EAOPs, demostró que además de alcanzar altos porcentajes de remoción de materia orgánica contenida en ambos efluentes de blanqueo, también permitieron obtener altos porcentajes de remoción de la toxicidad presente en dichas aguas residuales. La aplicación de AO-H2O2 con ánodo DSA-RuO2 permitió la formación de 2466.9 y 2418.7 ppm de ClO2- desde el efluente de blanqueo ácido y alcalino, respectivamente, lo que permitiría una considerable disminucióndel ClO2 consumido en el proceso productivo, gracias a su potencial reutilización en la etapa oxidativa de la secuencia de blanqueo ECF. En relación a la recuperación de recursos energéticos, el alto contenido de agua presente en los retentados obtenidos en las etapas de UF, NF y RO, impide que sean derivados a la caldera de biomasa para la obtención de energía, por lo que deben ser tratados mediante sistemas de tratamiento convencionales, además de sistemas de tratamiento terciarios para la remoción de compuestos orgánicos de interés ambiental. La estrategia propuesta en este estudio para la recuperación de agua desde efluentes de blanqueo segregados de celulosa kraft, la cual consiste en la integración de etapas de UF, NF y oxidación anódica con ánodo BDD y cátodo de acero inoxidable, permitiría la recuperación de 71733 m3 / d, lo que corresponde al 55.2 % del consumo de agua registrado diariamente por la planta celulosa kraft de madera dura evaluada en este estudio.