Tratamiento de efluentes en la producción de embalajes de cartón

• 1. Agua residual en la producción de embalajes y cajas de cartón
• 2. Aplicación de sistemas de flotación por aire disuelto en la industria de embalajes de cartón
• 3. Caso de éxito
• 4. Planta piloto para la industria de pavimentos y recubrimientos de suelos

1. Agua residual en la producción de embalajes y cajas de cartón

Los efluentes generados en la producción de embalajes y cajas de cartón presentan particularidades respecto a los generados en otras actividades del sector papelero y similares. Se pueden resumir en las siguientes:

• Volúmenes de agua a tratar menores que en las fábricas papeleras en general.
• Cargas contaminantes de naturaleza variable y de alta concentración.
• Presencia de componentes tóxicos como tintas, pegamentos, disolventes, etcétera.

Las plantas de producción producen caudales de agua residual que habitualmente no pasan los 200 m3 al día, por lo que es común aplicar tratamientos en lote o batch.

Un proceso en lote o batch se desarrolla en las siguientes fases:

• 1. llenado del reactor
• 2. dosificación de reactivos (si aplica) y mezclado
• 3. sedimentación del fango
• 4. decantación
• 5. extracción de la fase clarificada
• 6. extracción del fango sedimentado

En el caso que el agua se trate en continuo durante 24 horas, debe incorporarse un tanque de homogeneización con capacidad para almacenar el volumen de agua emitido mientras el proceso se encuentra en fases que no admiten la introducción de dicho volumen de agua.

Una de las mayores dificultades de un proceso batch es determinar la duración adecuada de cada fase y ciclo, en especial las fases de decantación y extracción. Los riesgos asociados a un proceso clásico batch pueden resumirse en los siguientes:

Se requieren operarios cualificados para llevar este tipo de plantas. Las tareas imprescindibles son el ajuste de las dosis de químicos, de los tiempos de cada fase y el control de la clarificación del efluente y la purga de lodos.

Riesgos de errores en los batch, tanto en el tiempo de cada fase, como en la dosificación de reactivos.

Tiempos de reacción prolongados. Para asegurar una operación adecuada se tiende a sobredimensionar el tiempo de las fases críticas del ciclo, lo que supone reactores de volúmenes mayores.

Complejidad en el control de parámetros y ajuste de dosis de químicos, dado los grandes volúmenes de los reactores.

Problemas de sedimentación o decantación. Aún con una adecuada floculación y calidad en la clarificación, no se garantiza que la sedimentabilidad de los lodos permita la clarificación final del agua en todos los ciclos.

Problemas con la delimitación y/o cálculo de la fracción clarificada. Al no poder determinar con exactitud cuál será el volumen de agua clarificada y lodos sedimentados, la posición de las válvulas de vaciado de clarificado es imprecisa. Para evitar este problema se utilizan extractores flotantes o basculantes asociados a sensores de turbidez o sólidos en suspensión, lo que da lugar a sistemas más sofisticados y costosos.

Para evitar una selección de químicos errónea, se suelen emplear reactivos poli-formulados o poli-funcionales en altas dosis, lo que implica elevado OPEX y riesgos de residuos químicos por exceso en el agua clarificada.

Sistemas DAF: Alternativa eficiente frente a los sistemas de decantación

La alternativa a los sistemas tradicionales de decantación en batch son los sistemas de flotación por aire disuelto (DAF). Esta solución ofrece numerosas ventajas, entre las que destacan:

• La principal ventaja es que el equipo de clarificación DAF dispone de un mecanismo que fuerza la separación de sólidos-líquido por flotación continua. Gracias a esto, desaparecen las fases de un proceso en ciclo y así el riesgo de fallos. Además, los tiempos de residencia son menores y por tanto los volúmenes del equipo se reducen.
• El ajuste de la dosificación de químicos es sencillo. Se determina una dosis adecuada al volumen del efluente y se configura el sistema de control. Después. el propio sistema de dosificación de reactivos asigna el caudal de dosificación de la bomba dosificadora, asegurando una reacción precisa.
• Los riesgos de una separación sólido-líquido deficiente desaparecen ya que el equipo DAF fuerza la velocidad ascendente de los flóculos y asegura su separación. Además, nuestros equipos DAF disponen de una tolva de recogida de sedimentos que evacúa aquellos sólidos sedimentables de forma temporizada.
• No se necesitan reactivos químicos especiales, sino que se aplican químicos comunes como coagulantes en base de sales de hierro y/o aluminio y floculantes fácilmente accesible en el mercado.

Los sistemas de flotación por aire disuelto (DAF) de SIGMADAF simplifican las plantas de tratamiento y ocupan mucho menos espacio. Se diseñan con un tanque de homogeneización, y no son necesarios más reactores posteriores de gran volumen.

Otra forma de aumentar la fiabilidad del proceso es equipar la planta con 2 tanques de ecualización de igual volumen, ya que mientras en uno se trata el volumen de diseño, en el otro tanque se recoge el efluente adicional.

2. Aplicación de sistemas de flotación por aire disuelto en la industria de embalajes de cartón

Nuestros sistemas DAF funcionan mediante un sistema de saturación continua para generar microburbuja. El principio de saturación de aire se basa en la introducción de una corriente de aire en el seno de una corriente de agua. Esta corriente de aire se introduce a presión constante en el punto de máxima turbulencia de la recirculación de clarificado. A partir de este punto el agua quedará saturada de aire. Esto se consigue en las mejores condiciones a una presión de 6 bar y con un ratio de saturación de aire del 10%.

Los sistemas más antiguos utilizan grandes calderines (vasos de saturación) donde la bomba de recirculación debe generar turbulencias proyectando el agua contra elementos mecánicos estáticos. Estos sistemas son difíciles de gestionar ya que dependen en gran medida del equilibrio agua-aire y del nivel dentro del calderín.

Nuestros equipos DAF de alta saturación eliminan el uso de caldera tradicional, utilizando la misma bomba como punto de máxima turbulencia e inyectando el aire en ella. Este diseño presenta claras ventajas técnicas:

• El equipo es más compacto y con menos elementos mecánicos.
• Es posible la automatización del sistema.
• La presión aplicada para la aireación no es superior a 1 bar.

Modelos de equipos DAF disponibles

Producto	Aplicaciones	Capacidad	Características
FPBC	Agua potable, plantas generadoras de energía, clarificadores MBBR, industrias cárnicas y mataderos (aves, cerdos y bovinos), procesamiento de pescado, minería, petroquímica y papel, entre otras.	5 – 175 m3/hr	Sistema de flujo contracorriente. Ideal para procesos físico-químicos y aguas con carga media-alta de contaminantes, fácil manejo, bajo mantenimiento, máquina compacta, exclusivo sistema de skimmer.
FPAC	FBR (Reactores de Flotación Biológica), espesadores de lodos, renderizado, industrias cárnicas y de sacrificio (avicola, porcina y bovina), alimentaria, minera, petroquímica y papelera, entre otras.	5 – 160 m3/hr	Sistema de flujo cruzado. Ideal para pretratamientos y cargas de sólidos muy elevadas. Espesador estático, fácil manejo, bajo mantenimiento, exclusivo sistema de skimmer.
FPHF	Agua potable, FBR (Reactores de Flotación Biológica), clarificadores MBBR, industrias en general, textiles, refinerías de petróleo, industria láctea e industria papelera.	200 – 1000 m3/hr	Combinación de flujo a contracorriente y flujo cruzado. Ideal para trabajar con grandes volúmenes de agua, fácil manejo, bajo mantenimiento, máquina compacta, exclusivo sistema de skimming.

A continuación se muestran casos de éxito para el tratamiento de aguas residuales de papel, cartón y similares con equipos SIGMADAF.

3. Caso de éxito

En este proyecto, llevado a cabo en Portugal en 2021, se instaló un sistema de flotación por aire disuelto compacto, que incluye la unidad de tratamiento físico-químico.

Los siguientes datos se extraen tanto del influente y clarificado del sistema DAF, como del sistema de pulido de carbón activado. Los datos muestran la concentración media de contaminantes desde que se alcanzó el estado estacionario y estable de la planta. Esta planta incluye un sistema de filtración por carbón activado como purificador de micro contaminantes.

El rendimiento del sistema DAF para la eliminación de SST es del 97% y para la eliminación de DQO es del 78%. El contenido de DQO todavía no cumple con los límites de descarga debido a las estrictas normativas en vigor, por lo que se necesita un tratamiento biológico para eliminar contaminantes orgánicos y nutrientes.

Parámetro	Uds	Influyente	Clarificado DAF	Rendimineto DAF	Efluente Carbón Activado
pH	–	9,2	7,0		6,9
SST	mg/L	1.495	45	97%	34
DOQ	mg/L	3.688	817	78%	673
DBO5	mg/L	#n/a	#n/a		149

4. Planta piloto para la industria de pavimentos y recubrimientos de suelos

ELos efluentes de la industria de recubrimientos de suelos tienen muchas similitudes con los efluentes de la industria del papel y cartón, debido a la naturaleza de los sólidos y partículas contenidas en la matriz del efluente líquido. La composición orgánica, las tintas y el contenido de fibras pueden ser comparables con las aguas residuales generadas en la industria del papel y el cartón.

Este proyecto, que es una planta piloto para una importante industria de revestimientos para suelos Francesa, incluye un sistema DAF y un filtro prensa para la deshidratación de lodos. A continuación, se muestran los principales resultados obtenidos hasta la fecha.

Antes y después: Foto 1: 10/09/2024 – Foto 2: 17/09/2024

La siguiente tabla muestra los resultados de rendimiento para las mejores secuencias de productos químicos:

Parámetro	Uds	Influente	Clarificado DAF	Rendimiento DAF
pH	–	6,7	7,6
SST	mg/L	420	36	92%
DQO	mg/L	2.767	1130	59%
DBO5	mg/L	420	180	57%

• La eliminación de SST es del 92 %
• La eliminación de DQO es del 59 %
• La eliminación de DBO5 es del 57 %

Los indicadores de contaminantes orgánicos (DQO y DBO5) están por encima de los límites de descarga establecidos por ley, por lo que se necesita un tratamiento biológico para eliminar los contaminantes orgánicos y los nutrientes.

Para la deshidratación de lodos se realizan pruebas bench-test de filtros prensa con los siguientes resultados:

• El lodo flocula eficazmente con un polielectrolito catiónico ramificado, específico para filtro prensa.
• El lodo floculado se puede tratar en un filtro prensa equipado con sistema de membranas a presión, obteniéndose una torta con un 10,54% de materia seca, fácilmente manipulable como residuo compacto.
• El agua clarificada extraída de la prensa durante la deshidratación tiene una turbidez de 138,3 NTU.

De izquierda a derecha: lodo floculado; fase clarificada; torta de lodo deshidratado mediante filtro prensa.