Publication: Silica removal pretreatment for effluent reuse in graphic paper production
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Publication Date
2017-05-08
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Universidad Complutense de Madrid
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Abstract
Although great efforts have been carried out during the last decades, the reduction of water use continues being a key issue for papermakers due to the stringent environmental legislation, the increase in water prices, the treatment costs, the development of sustainable processes, or simply due to the lack of water resources. Closure of water circuits by traditional internal treatments (e.g. dissolved air flotation) and reuse of the process waters is a common practice in paper mills; however, a high closure of the water circuits produces an exponential accumulation of dissolved and colloidal material (DCM) which affects the production process and the quality of the final product. One of the most applied strategies to further reduce the fresh water consumption is the reuse of the final effluent after an advanced treatment, usually involving a final reverse osmosis (RO) step. In deinking paper mills, the reuse of the effluent is limited by silica fouling of RO membranes. If silica is not previously removed, the maximum recovery in RO membranes is limited to 20%. The main source of these high silica levels (150‐250 mg/L SiO2) is the sodium silicate used as process additive, which cannot be substituted due to its variety of functions and low price. For an economically feasible process, the RO recovery must be increased from 20% to 60‐80%. Consequently, it is necessary to find a silica removal technique that allows treating large volumes of water with high silica contents. Silica concentration should be reduced to around 20‐60 mg/L while maintaining the conductivity increase at minimum, without causing side effects on the membrane and at low cost. Silica removal is usually carried out by coagulation or during precipitative softening processes at high pH. These techniques have been successfully applied in waters with low silica levels and high hardness content. However, there are only a few studies in the literature focused on silica removal in waters with high silica and low hardness contents such as those from the paper industry. Therefore, the main objective of this doctoral thesis is to generate new knowledge on the applicability of these two techniques (coagulation‐flocculation and silica removal during precipitative softening) in the waters from the paper industry. Moreover, the potential use of adsorption onto activated alumina and hydrotalcites for silica removal is also studied...
Tradicionalmente la industria papelera ha sido uno de los mayores consumidores de agua, sin embargo, en las últimas décadas se han llevado a cabo grandes esfuerzos y la industria papelera se ha convertido en un referente en la gestión y reducción del consumo de agua, especialmente en España. Existen varias alternativas para reducir el consumo de agua en la fabricación de papel. La primera alternativa es el cierre de los circuitos de agua, practicada en mayor o menor medida por todas las fábricas, la cual implica la reutilización interna de las aguas de proceso, normalmente tras un tratamiento por flotación con aire disuelto. Mientras que los sólidos en suspensión son eliminados en los sistemas convencionales de clarificación, la eliminación de materia disuelta y coloidal (MDC) es prácticamente nula, por lo que se acumula exponencialmente en las aguas de procesos a medida que se reduce el consumo de agua de alimentación. Cuando ya no se pueden conseguir mayores reducciones en el consumo de agua mediante el cierre interno de circuitos, hay que recurrir a otras fuentes alternativas de agua como la reutilización del efluente de la fábrica y/o la utilización de agua regenerada procedente de una depuradora de agua municipal. Mediante el tratamiento avanzado de estas aguas se obtiene agua de una calidad similar al agua potable, siendo posible su utilización en cualquier parte del proceso. Sin embargo, en las fábricas de papel destintado la reutilización del efluente está limitada por su alto contenido en sílice, que produce incrustaciones en las membranas de ósmosis inversa. Estas incrustaciones provocan problemas operacionales en la membrana como la disminución de la calidad del agua generada, un mayor consumo de energía y limitan el tiempo de vida útil de la membrana. Si la sílice no es eliminada previamente, el porcentaje máximo de recuperación al que se puede trabajar en la unidad de ósmosis inversa es de un 20%, lo cual limita la viabilidad económica y técnica de toda la cadena de tratamientos para la reutilización del efluente. El alto contenido en sílice del efluente (150‐250 mg/L) procede de la utilización de silicato sódico como aditivo de proceso en las etapas de destintado y blanqueo de la pasta. Debido a la gran cantidad de funciones que posee este aditivo, normalmente asociadas a la consecución de las propiedades ópticas del producto final, y a su bajo precio, su sustitución es complicada por lo que es necesario eliminar la sílice antes de las membranas de ósmosis inversa. 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 (10‐40 mg/L) 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...
Tradicionalmente la industria papelera ha sido uno de los mayores consumidores de agua, sin embargo, en las últimas décadas se han llevado a cabo grandes esfuerzos y la industria papelera se ha convertido en un referente en la gestión y reducción del consumo de agua, especialmente en España. Existen varias alternativas para reducir el consumo de agua en la fabricación de papel. La primera alternativa es el cierre de los circuitos de agua, practicada en mayor o menor medida por todas las fábricas, la cual implica la reutilización interna de las aguas de proceso, normalmente tras un tratamiento por flotación con aire disuelto. Mientras que los sólidos en suspensión son eliminados en los sistemas convencionales de clarificación, la eliminación de materia disuelta y coloidal (MDC) es prácticamente nula, por lo que se acumula exponencialmente en las aguas de procesos a medida que se reduce el consumo de agua de alimentación. Cuando ya no se pueden conseguir mayores reducciones en el consumo de agua mediante el cierre interno de circuitos, hay que recurrir a otras fuentes alternativas de agua como la reutilización del efluente de la fábrica y/o la utilización de agua regenerada procedente de una depuradora de agua municipal. Mediante el tratamiento avanzado de estas aguas se obtiene agua de una calidad similar al agua potable, siendo posible su utilización en cualquier parte del proceso. Sin embargo, en las fábricas de papel destintado la reutilización del efluente está limitada por su alto contenido en sílice, que produce incrustaciones en las membranas de ósmosis inversa. Estas incrustaciones provocan problemas operacionales en la membrana como la disminución de la calidad del agua generada, un mayor consumo de energía y limitan el tiempo de vida útil de la membrana. Si la sílice no es eliminada previamente, el porcentaje máximo de recuperación al que se puede trabajar en la unidad de ósmosis inversa es de un 20%, lo cual limita la viabilidad económica y técnica de toda la cadena de tratamientos para la reutilización del efluente. El alto contenido en sílice del efluente (150‐250 mg/L) procede de la utilización de silicato sódico como aditivo de proceso en las etapas de destintado y blanqueo de la pasta. Debido a la gran cantidad de funciones que posee este aditivo, normalmente asociadas a la consecución de las propiedades ópticas del producto final, y a su bajo precio, su sustitución es complicada por lo que es necesario eliminar la sílice antes de las membranas de ósmosis inversa. 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 (10‐40 mg/L) 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...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Químicas, Departamento de Ingeniería Química, leída el 05/02/2016. Tesis formato europeo (compendio de artículos)