Degradarea efluenților din industria celulozei și hârtiei

Degradarea efluentilor din industria celulozei si hartiei de catre microorganismele termofile folosind sistemele discontinue

I. Rezumat

Fabricantii de hartie produc cantitati mari de ape uzate, care pot avea efecte daunatoare asupra apelor in care se varsa, de aceea acestia trebuie sa gaseasca un proces de tratare care poate minimaliza aceste efecte in mod considerabil. Un proces corespunzator de tratare biologic aerob care poate fi intrebuintat cu mare succes implica folosirea microorganismelor termofile. Aceasta tehnologie are multe avantaje care include o viteza rapida de biodegradare, productii reduse de namol si o stabilitate excelenta a procesului. O serie de studii au condus la doua tipuri de namol activ (namolul din industria celulozei si namolul de canalizare) care vor determina eficienta degradarii termofile a procesului de albire a efluentului din industria celulozei, la 40,50 si 60ºC, in conditiile de crestere a aerarii, cresterea concentratiei biomasei si adaugarea de nutrienti.

O serie de studii preliminare au confirmat eficienta degradarii termofile, pe masura ce indepartarea consumului chimic de oxigen realizat cu namolul din industria celulozei, a fost de 55.2%, 37.6% si 31.4 la 40, 50 si 60º dupa 5 zile , in timp ce indepartarea consumului chimic de oxigen realizat cu namolul de canalizare a fost de 50.2%, 37.3% si 27% in aceleasi conditii.

Ulterior, degradarea a fost imbunatatita, utilizand acelasi inocul in experimentele urmatoare si acest lucru confirma ca este necesara o perioada de adaptare, inainte de degradarea procesului de albire a efluentului din industria celulozei. Degradarea termofila efluentului din industria celulozei are loc la temperaturi de pana la 60ºC; dar cu toate acestea, odata ce degradarea finala este obtinuta, el scade semnificativ pe masura ce temperatura creste.

II. Introducere

Au existat preocupari considerabile legate de efectele substantei organice clorulate in efluentii din industria celulozei asupra mediului inconjurator. Cativa compusi din aceasta familie sunt cunoscuti a fi toxici, mutagenici, persistenti, bioacumulati si care cauzeaza numeroase tulburari vatamatore in sistemele biologice. Fabricantul de hartie produce cantitati semnificative de ape uzate, mai mult de 60 m3/t de hartie. Apele uzate netratate de la fabricile de prelucrare a lemnului si hartiei pot fi in mod potential foarte poluatoare.

Intr-adevar o cercetare recenta din industria Natiunilor Unite, a descoperit ca acel consum chimic de oxigen (CCO) poate fi mai mare de 11000 mg/l (Thomson si altii 2001).

Industria de prelucrare a lemnului si hartiei ancheteaza in mod activ sistemele inchise de apa in linia de productie avand ca rezultat asa numita descarcare-zero. Functionarea acestor fabrici cu descarcare-zero a fost sa arate ca este posibila in industria de prelucrare a lemnului, dar necesita un sistem de tratare in linie (flux tehnologic) pentru prevenirea mirosurilor rele din produsele finale (Vogelaar si altii, 2000).

A fost luat in considerare un sistem de tratare aerob-anaerob ca fiind cea mai buna alternativa a costului real dintr-un flux tehnologic pentru procesele de tratare a apei din fabrica de hartie, utilizand refolosirea reziduurilor de hartii ca materie prima.

Dezavantajul acestui sistem este racirea necesara proceselor de tratare a apei in conditii mezofile, inaintea tratarii biologice si a caldurii ulterioare.

Prima ancheta a tratamentului biologic aerob termofil, care se concentreaza pe temperaturi inalte in apele uzate din industria de prelucrare a lemnului a fost dirijata in 1953. Consumul biochimic de oxigen (CBO5) indepartat la temperaturi termofile a fost putin mai mic decat in reactoarele mezofile, dupa 24h. Desi in vitezele initiale de degradare, sarace bacteriologic a fost mai mare la 50ºC, se stabileste limita finala a calitatii CBO5. Adaugarea unei substante coagulante (alaun) a sporit indepartarea consumului biochimic de oxigen la 95% (Lapara si Alleman, 1999) cu ajutorul sistemelor termofile.

De obicei, industria hartiei si celulozei descarca o apa nefolositoare care este relativ fierbinte (50ºC) in comparatie cu alte ape uzate industriale. Diferiti anchetatori au incercat sa trateze hartia si celuloza din apele uzate la temperatura termofila la care ele sunt descarcate, printr-o incercare de reducere a costului de energie pentru tratare. Rudolfs si Amberg (1953) au investigat tratarea biologica pentru apa de recirculatie descarcata de la fabricile de prelucrare a lemnului la temperaturi pana la 50ºC.

Indepartarea consumului biochimic de oxigen in exces de 90% a fost posibila numai prin adaugarea unei substantei chimice coagulante (alaun). Gehm (1956) a tratat cu succes afluentul de la fabrica de celuloza-sulfat timp de trei luni la temperaturi de la 50ºC la 53ºC si pH de la 9.5 la 9.8. In comparatie cu tratamentul la temperaturi joase (30ºC la 38ºC), au fost observate indepartari similare ale consumului biochimic de oxigen. Concentratia de oxigen dizolvat nu a fost observata si astfel nu a avut efecte adverse in realizarea procesului. Trasaturile stabilite au fost “excelente” cu mentinerea concentratia solidelor in suspensie pana la 3000 mg/l. Carpenter si altii a comparat tratarea aeroba a celulozei si hartiei din apele uzate la temperaturi de 26, 37, 42, 47 si 52ºC. Efluentul CBO5 crescut la temperaturi inalte de la un procent maxim de indepartare de 80.5% (37ºC) la unul scazut de 37% (52ºC). Indicele volumului de namol redus a fost masurat la temperaturi termofile (47ºC si 52ºC) care indica dezvoltarea imprastierii microbiene.

Pertulla si altii (1991) a tratat sulfitul condensat care contine acetat si amoniac, la 65ºC in bioreactoarele cu strat compact (umplutura), incercand sa economiseasca energia prin scaderea cerintelor de racire inainte de tratare si reincalzire, refolosind efluentul tratat. Indepartarea totala a acetatului a fost similara cu aceea a proceselor mezofile. Rintala si Lepisto (1993) au tratat efluentul inalbit din fabrica de celuloza-sulfat prin ambele game de lucru a proceselor aerobe-anaerobe si aerob la temperatura de 55ºC. Ambele sisteme au studiat nivele furnizate la indepartarea CCO si halogenului organic absorbit, similare cu cele ale sistemelor mezofile.

Barr si altii (1996) au cercetat efectele pe care le au timpul de retinere hidraulica, timpul de retinere al solidelor si temperatura in tratarea aeroba a efluentului din celuloza cu continut de sulfat. A fost observata o indepartare similara a CBO5 la temperaturi mezofile de la 41ºC pana la 50ºC, fiind raportata o indepartare mai mare a CBO5. Trasaturile stabilite au fost imbunatatite cu temperaturi mai mari. Autorii atribuie ca aceste unice rezultate sa fie folosite intr-un sistem de clarificare extern care exinde timpul de retinere al solidelor la aproximativ 15 zile.

Scopul acestei cercetari a fost sa determine fezabilitatea degradarii termofile a efluentului din industria celulozei utilizand namolul activ ca inocul in sistemele discontinue. Aceasta hartie descrie cercetarea in cazul in care tratarea aeroba a efluentului din fabrica de hartie si celuloza, a fost cercetata in conditii termofile.

III. Metode si materiale

3.1. Efluentul albit din fabrica de celuloza

Albirea efluentului din fabrica de celuloza a fost obtinuta de la fabrica de celuloza SAPPI-Enstra (Springs, Gauteng, Africa de Sud), prin introducerea agentului de limpezire intr-o saptamana si transportat in laborator in mai putin de doua zile in containere de polipropilena de 25 l. Efluentul a fost pastrat la 4ºC pana cand a fost utilizat in experimente. Inaintea experimentelor, au fost adaugate, urea si fosfatul acid de potasiu pentru a da raportul CCO:N:P=100:5:1, pentru a simula conditiile de la fabrica SAPPI-Enstra.

pH-ul efluentului a fost corectat la 7 cu orice concentratie a acidului o-fosforic si NaOH 10M.