Reduction of water consumption in cellulose bleaching stage by reusing industrial effluents

Orientadores: Jose Vicente Hallak D'Angelo, Roger Josef ZemDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: Na indústria de papel e celulose há uma grande preocupação sobre o consumo crescente de água fresca e também quanto ao volume de efluentes a serem tratados, pois estão estritamente ligados às limitações de expansões do processo, devido a restrições ambientais e capacidade da planta. O objetivo principal deste trabalho é estudar a viabilidade técnica de se usar o efluente gerado nas máquinas de papel, água branca, nas prensas de lavagem do branqueamento, visando uma redução no consumo de água fresca nestes equipamentos. Foi realizado um estudo de caso do processo de produção da Ripasa S.A. Celulose e Papel, uma indústria de papel e celulose localizada em Limeira (Estado de São Paulo). Nesse processo é gerada uma taxa de cerca de 700 m3/h de água branca e devido às propriedades físico-químicas deste efluente, especialmente seu conteúdo de matéria orgânica e sua alta dureza, não é possível a reutilização total dessa água na etapa de branqueamento sem causar problemas operacionais como incrustações em tubos e entupimento das telas. Assim, neste trabalho, um balanço de massa na unidade de branqueamento da Ripasa foi desenvolvido em uma planilha eletrônica, para avaliar a possibilidade de reduzir o consumo de água fresca usando-se uma fração do volume da água branca para a lavagem da polpa nessa etapa do processo. Para tanto algumas propriedades físico-químicas da corrente de água branca e de outras correntes do processo de branqueamento foram determinadas, tendo-se como a mais importante a análise de matéria orgânica. As concentrações máximas de alguns elementos não processáveis (NPE) como Si, Ca, Mn e Fe também foram determinados para estabelecer alguns parâmetros para permitir essa integração de processo, considerando-as como restrições operacionais. Os resultados obtidos mostraram que é possível reduzir aproximadamente 13% do consumo de água fresca, tendose como principais restrições a concentração de matéria orgânica seguida da concentração de Ca presentes na água branca. É importante dizer que esta integração de processo não só contribui para a redução no consumo de água fresca, mas também para a redução do volume dos efluentes gerados no processoAbstract: In pulp and paper mills there is a great concern about the increasing consumption of fresh water and also the great volume of effluents that need to be treated, since they are represent limitations to new process expansions, due to environment restrictions and plant capacity. The aim of this work is to study the technical viability of using the effluent stream generated in the paper machines, called white water, in the washing presses of bleaching stages, seeking for a reduction in the consumption of fresh water in these equipments. A case study was performed, using industrial data of a real pulp and paper mil!. In its process, white water is produced at a rate of about 700 m3/h and the physical-chemical properties of this effluent, mainly its organic material content and hardness, do not allow its complete reuse in the bleaching process, without causing operational problems like fouling in tubes and clogging in the screens. So, in this work, a material balance of the bleaching unit was developed in an electronic spreadsheet in order to evaluate the possibility to reduce the consumption of fresh water in the washing presses, using a portion of the white water effluent stream. To accomplish the objective proposed, some physical-chemical properties of white water stream and other process streams were determined experimentally, and the most important one is organic material analysis. The maximum concentration of some non-process elements like Si, Ca, Mn and Fe that could accumulate in the process were also determined in order to establish some parameters to perform process integration, considering these concentrations as operational restrictions. The results obtained have shown that it is possible to reduce approximately 13% of fresh water consumption and the main restrictions to this reduction is organic material content and concentration of Ca in white water stream. It is also important to say that this process integration not only contributes to reduce fresh water consumption but also helps to reduce the volume of effluents generated in the processMestradoSistemas de Processos Quimicos e InformaticaMestre em Engenharia Químic