Silica removal pretreatment for effluent reuse in graphic paper production

Resumen

Una de las soluciones más utilizadas para lograr un uso más sostenible del agua en la industria papelera es la reutilización del efluente mediante tratamientos avanzados de membrana tales como la ósmosis inversa, OI. En las fábricas de papel destintado, la reutilización del efluente está limitada por las incrustaciones de sílice en las membranas de OI, lo que impide trabajar a porcentajes de recuperación mayores del 20 por ciento. Los altos niveles de sílice, 50 a 250 ppm SiO2, en el efluente proceden de la utilización del silicato sódico como aditivo de proceso en las etapas de destintado y blanqueo. Debido a su gran variedad de funciones, su sustitución es muy difícil sin que se vea afectada la calidad del producto final. Es por ello por lo que la sílice ha de ser eliminada del efluente previamente a la etapa de OI. Aunque existen diferentes técnicas para la eliminación de sílice, en la mayoría de los casos se realiza por coagulación a pH alto o durante el ablandamiento de aguas. En la mayoría de estudios existentes en la bibliografía, estas técnicas se han aplicado en el tratamiento aguas salobres, las cuales se caracterizan por un bajo contenido en sílice, 10 a 40 ppm, y alta dureza, lo cual hace que muchas de las conclusiones alcanzadas en estos estudios no sean extensibles al tratamiento de aguas industriales con alto contenido en sílice como es el efluente de las fábricas de papel destintado. Por tanto, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral es generar nuevo conocimiento en la utilización de las dos técnicas principales de eliminación de sílice, coagulación floculación y eliminación de sílice durante el ablandamiento de aguas. Además, se estudiará la posibilidad de utilizar la adsorción con alúmina activada e hidrotalcitas como técnica novedosa para este tipo de tratamiento. En primer lugar se estudió la eliminación de sílice con diferentes policloruros de aluminio comerciales. El producto que dio mejores resultados fue un coagulante híbrido formado por un nitrato sulfato de polialuminio y una poliamina. Con este producto se consiguieron eliminaciones de sílice de un 97 por ciento a pH 10.5. También fue muy eficiente incluso a pH 8.3, pH inicial del efluente, 76 por ciento de eliminación, lo cual haría innecesario el ajuste de pH, disminuyendo la conductividad del agua tratada y los costes de tratamiento. La siguiente alternativa analizada fue la eliminación de sílice durante el ablandamiento. Debido a la baja dureza de las agua a tratar fue necesario añadir compuestos de magnesio, los cuales son más eficaces que los compuestos de calcio en la eliminación de sílice. Los compuestos insolubles de magnesio, en concreto el MgO fue muy efectivo a temperaturas mayores de 35 grados centígrados, obteniendo eliminaciones del 90 por ciento de sílice con tiempos de reacción de 90 minutos, sin necesidad de regular el pH inicial del agua y a bajas dosis, 500 ppm. Esto hace que el MgO sea la opción de tratamiento ideal si el agua a tratar está a una temperatura mayor de 35 grados centígrados, mientras que la coagulación o el uso de sales solubles de magnesio son los tratamientos indicados cuando el agua está a temperaturas menores. Finalmente, se estudió la adsorción como alternativa para la eliminación de sílice. En este caso se probaron dos adsorbentes: alúmina activada e hidrotalcitas. Esta técnica es muy novedosa para la eliminación de sílice. Los resultados obtenidos muestran que esta técnica es viable para tratar aguas con alto contenido en sílice. Las dosis de alúmina activada necesarias para obtener eliminaciones de sílice del 80-90 por ciento son demasiado altas, 7.5 a 15 g por L. Los resultados obtenidos con las hidrotalcitas calcinadas son prometedores, obtuvieron de un 80 a un 90 por ciento de eliminación con dosis muy inferiores, 2.5 g por L, no es necesario realizar un ajuste de pH y consiguen eliminaciones significativas de materia orgánica.