Tratamento de efluente da produção de polpa celulósica kraft através de membranas

Abstract

Devido ao continuo aumento das restrições ambientais em fábricas produtoras de polpa celulósica, a indústria tem buscado encontrar opções para minimizar o consumo de água, aumentar o reúso de água e melhorar a qualidade do efluente final. O tratamento de correntes líquidas setoriais da fábrica pode ser uma alternativa técnica e economicamente atrativa por possuírem baixos volumes e altas concentrações quando comparados ao efluente final que consiste na mistura de todos os efluentes da fábrica. O primeiro objetivo desse estudo foi avaliar o uso de membranas no tratamento de efluente do setor de branqueamento, especificamente o filtrado do estágio de extração alcalina (EPO) de uma fábrica de polpa celulósica com a seguinte sequencia: D(EPO)DD. Esta corrente contém uma alta carga de compostos orgânicos (DQO de 1.800 mg/l e cor de 900 UH). Para a realização do trabalho foram utilizadas duas plantas piloto que foram instaladas na fábrica. A seleção da membrana e a otimização das condições de trabalho foram realizadas em três etapas. Na Etapa 1 foram avaliadas três diferentes arranjos de membranas: i) ultrafiltração (dois tipos de membrana foram testados: ESP04 e XP197), ii) ultrafiltração + nanofiltração (FP200 + ACF30) e iii) nanofiltração (AFC30). Foi determinada a eficiência de separação nos três arranjos mediante três parâmetros de qualidade: AOX, DQO e cor. Os resultados indicaram que o melhor arranjo para o tratamento do filtrado (EPO), de acordo a simplicidade operacional e custo, foi a ultrafiltração com membrana ESP04. A Etapa 2 foi realizada para confirmar a eficiência de separação da membrana ESP04, determinar as melhores condições de fluxo e da pressão trans- membrana (PTM). Testou-se PTM de 1,4 bar a 6,6 bar. Na Etapa 3 foram determinadas as condições ótimas de trabalho da membrana ESP04 em períodos longos de operação. O segundo objetivo desde trabalho foi determinar os efeitos do tratamento de ultrafiltração do filtrado (EPO) na estação de tratamento de efluentes (ETE) da fábrica e na qualidade final dos efluentes. O tratamento biológico foi simulado com reatores sequenciais em batelada e o tratamento terciário (coagulação, floculação e decantação) com testes de jarras. Três cenários foram avaliados: no Cenário 1, referência, foi avaliado o tratamento biológico da fábrica sem tratamento com membranas na corrente (EPO). No Cenário 2, simulou-se que todo o permeado da filtração foi era tratado na ETE. No Cenário 3, simulou-se que todo o permeado da filtração era recirculado dentro da área de branqueamento. Na Etapa 1 a seleção do arranjo foi de ultrafiltração com membrana ESP04, que atingiu a remoção de DQO, cor e AOX de 64%, 87% e 60%, respectivamente. Os resultados da Etapa 2 confirmaram a eficiência de remoção da membrana e indicaram que a melhor condição para operação foi atingida com vazão tangencial de 24 l/h.m 2 e baixa PTM (1,7 bar). No tanto na Etapa 3 os resultados indicaram que a remoção de DQO foi 78% e de cor foi 95%, para testes em longo tempo de operação. Os resultados da simulação do tratamento do efluente indicarem que no Cenário 2 a eficiência de redução de DQO aumentou em 10% e a geração de lodo terciário diminuiu em 30%, no caso do Cenário 3, aumento da eficiência da redução de DQO foi de 7%, reduziu em 20% a geração de lodo biológico e reduziu 45% menos de lodo terciário.

Due to the continuous increase of environmental concern of the pulp industry, it is necessary to find options that minimize the water consumption, and enhance effluent quality. The treatment of specific in-plant stream seems to be an attractive technical and economical approach because of the large final effluent volume which would not be compatible with some technologies such as the use of membranes. The purpose of this study was to evaluate the use of membrane technology in a contaminated stream from bleaching plant, the alkaline extraction (EPO) filtrate. This stream is characterized by a high load of organic compounds (COD of 1.800 mg/l and colour of 900 mg/l). The membrane selection and work optimization was carried in three phases. The first phase was to evaluate three membrane configurations: i) ultrafiltration (UF) (ESP04 and XP197); ii) UF + nanofiltration (NF) (FP200 + AFC30) and iii) NF (AFC30). It was determined the separation performance of these membrane configurations for three filtrate quality parameters: AOX, COD and colour. The results indicate that the best option for treatment of (EPO) filtrates was, according to operational simplicity and cost, the tight UF (ESP04). This configuration obtained a removal of 64% of COD, 87% of colour and 60% of AOX. The second phase was carried out to confirm the separation performance of ESP04 membrane and determine the flux rate and optimal transmembrane pressure (TMP). In this phase, it was also identified if any immediate or irreversible fouling of the membranes occurred. The results confirmed the performance of the membrane and indicate that the best operating condition was achieved at the TMP of low pressure (1.7 bars) and the cross flow of 24 l/h. The first two phases was carried by the simulation in membrane batch fed pilot plant. In the third phase was determined the optimal work condition of ESP04 membrane in a long term test. The results indicate that the COD remove achieved it is 78% and the color removal 95%. Also was determinate the effect of UF of (EPO) filtrate in the effluent treatment plant. Biological treatment was simulated by sequential batch reactors and tertiary treatment by Jar test. Three scenarios were evaluated, the first scenario was evaluated the treatment of all the effluent from de pulp mill as reference. In the second scenario, all UF permeate it is treated by the effluent treatment plant, in this case was determined that the COD reduction of the treatment plant increase 10%, and generates 30% less tertiary sludge. The third scenario simulate if the permeate of UF is reused in the bleaching plant, in this case the increases the efficiency of COD reduction of the treatment plant by 7%, generates 20% less biological sludge and less than 45% tertiary sludge. In both cases the use of coagulant reduces the tertiary treatment. The scenarios were tested for pine and eucalyptus campaign. The results indicated that treatment of the filtrate (EPO) with UF is feasible and allows the reduction of solid waste production and water consumption, and increase the efficiency of the effluent treatment plant.