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Papeleras: lo que hay
que saber
Universidad de Buenos Aires
Facultad de Farmacia y Bioquímica
Centro de Divulgación Científica
El conflicto que ha suscitado la
instalación en curso de las fábricas de pasta para papel en Fray Bentos
(República Oriental del Uruguay) generó tanto en la comunidad
periodística y educativa, como en la sociedad general necesidades
específicas de información sobre el tema.
Sin embargo, no se ha difundido tal información de base para procurar
una comprensión más adecuada.
El Centro de Divulgación Científica de la Facultad de Farmacia y
Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires ha decidido divulgar el
texto de base de un seminario dictado por el profesor doctor Juan
Agustín Moretón, profesor asociado de la Cátedra de Higiene y Sanidad de
esa Facultad.
El objetivo de este servicio especial es que los editores, productores y
periodistas cuenten con elementos informativos suficientes para elaborar
sus productos comunicativos. También que los docentes del área puedan, a
partir de estos materiales, generar bajadas didácticas para el
aprovechamiento en el aula.
Amalia Dellamea
Centro de Divulgación Científica
cdc@ffyb.uba.ar
El problema ambiental
de los residuos en la elaboración de celulosa para papel
Dr. Juan Moretton
Introducción
La elaboración de celulosa destinada a la producción de papel y cartón
es una importante actividad industrial con un gran consumo de agua y de
energía que también genera una notable cantidad de residuos líquidos y
sólidos, estos últimos como fangos de plantas de tratamiento. Se utiliza
en esta actividad una materia prima renovable, la biomasa esencialmente
forestal aunque hoy en día se utilizan también los subproductos de la
caña de azúcar y del maíz. En los casos en los que se recurre a la tala
de árboles debe buscarse un equilibrio entre la reforestación y la tala
para lograr un desarrollo sustentable.
La fabricación de pasta de celulosa ya sea mecánica o química tiene un
elevado consumo eléctrico, de 1.400 a 2.500 kw /tonelada según el
proceso y un consumo de agua de entre 20 y 200 m3 /tonelada que genera
un agua residual con una media de 7kg/tonelada de sólidos en suspensión
y 55 kg/tonelada de DQO. Estos datos dan una idea del impacto ambiental
que puede tener esta actividad.
La magnitud de producción de este insumo en el mundo y los problemas de
contaminación ambiental generados han llevado a una importante
regulación legal de la actividad en Estados Unidos, Japón y en la
Comunidad Europea. Ante los estrictos controles y los costos que implica
el cumplimiento de las normas, muchas industrias han desplazado su
producción, especialmente la que involucra técnicas obsoletas, a otros
países con menos exigencias en su legislación ambiental. El impacto
sobre los ambientes acuáticos y terrestres puede ser importante y, en
algunos casos, generar zonas irrecuperables en lo referente a la biota.
El costo de dicho impacto no suele ser calculable y en cualquier caso
sería pagado por la comunidad y no por las industrias productoras.
En el siguiente resumen se abordará el problema de la generación de
compuestos tóxicos residuales por la elaboración de pasta de celulosa.
Proceso de elaboración de pasta de celulosa
La composición química de la madera es bastante compleja, el elemento
básico estructural de la pared celular es la celulosa. La lignina y
hemicelulosa también están distribuidas en la pared celular junto con
ésteres, terpenos, resinas, fenoles y taninos. La lignina mantiene a las
fibras de celulosa unidas. El proceso de producción de celulosa consiste
en separar las fibras de celulosa lo que se puede conseguir
mecánicamente o por disolución química de la lignina,
La elaboración de pasta a partir de la madera es el proceso inicial en
la fabricación de celulosa para papel y cartón. Luego de cosechar los
troncos se les quita mecánicamente la corteza y se muele la madera hasta
convertirla en chips de tamaño uniforme. Estos chips son sometidos al
proceso para obtención de pulpa ya sea en forma mecánica o mediante una
variedad de procesos químicos. Derivados del cloro se utilizan
habitualmente en los procesos para refinado y blanqueado de las pastas
para papel. Las diferentes calidades de papel requieren distintos
procedimientos para obtención de celulosa, así el papel blanco para
copias requiere una pulpa con fibras duras en su composición principal
con algo de fibras blandas para añadir flexibilidad. El papel para
diarios se produce con fibras obtenidas por procesos mecánicos o fibras
recicladas con poca cantidad de fibras blandas.
Todas las metodologías para obtención de pasta de celulosa para papel se
basan en la separación de las fibras de la madera. Esto se consigue con
métodos mecánicos como el molido o con métodos químicos que disuelven la
lignina de la pared celular dejando separadas las fibras de celulosa
prácticamente sin acción mecánica. Las técnicas disponibles varían entre
estos extremos, las más usadas son:
1-Proceso mecánico
La pasta mecánica que se obtiene triturando la madera por medio de
grandes piedras de arenisca o esmeril y haciéndola pasar por arrastre
con agua a través de tamices. Este tipo de pulpa es de baja calidad,
coloreada y con fibras de celulosa cortas. Una variante de este proceso
consiste en usar chips de madera que se someten a vapor antes del
triturado.
2-Proceso semi químico
Se caracteriza por un pre tratamiento químico seguido de un refinado
mecánico. Se usa para maderas duras o de origen mixto. Puede hacerse
impregnado chips con una solución de sulfito de sodio seguida de una
cocción a 160 190º C y un posterior refinado por discos. La pulpa
obtenida tiene liginina en un 10 a 15 % y se usa para cartón corrugado y
papeles para embalaje por su alta resistencia.
3-Pulpas obtenidas por procesos químicos
a)
procesos alcalinos
Los dos más importantes son el Kraft y el alcalino (soda process). En
ambos casos los chips de madera son calentados en presencia de hidróxido
de sodio para disolver la lignina. En el proceso Kraft se agrega sulfuro
de sodio este procedimiento es el más difundido en la elaboración de
pulpa a partir de madera. El proceso alcalino se emplea para materias
primas que no son madera.
Una parte importante de estos procesos es la regeneración de los licores
de cocción. En el sistema Kraft los líquidos agotados por su uso en los
tratamientos se evaporan para regenerar el álcali que se incorpora al
próximo tratamiento. Durante el proceso alcalino casi la mitad de la
madera queda como remanente en el líquido residual con alto contenido
energético lo que permite su fácil evaporación e incluso puede proveer
energía a la planta. Durante el calentamiento el dióxido de carbono
producido reacciona con la soda cáustica para producir carbonato de
sodio. Se añade entonces sulfato para compensar las pérdidas durante el
proceso de obtención de pasta. Este sulfato se reduce a sulfito. La
mezcla resultante se trata con hidróxido de calcio (cal apagada) para
regenerar el hidróxido de sodio a partir del carbonato. El resultante se
vuelve al tanque de tratamiento para otro proceso.
La pasta resultante tiene características de resistencia por el largo de
las fibras obtenidas. Si la materia prima fue una madera dura se presta
para su uso en papeles de impresión mezcla con pulpas de otro origen
b) Proceso sulfito
Existen variantes de este proceso conocidas como proceso de sulfito
ácido, de bisulfito, de multi-etapas, de sulfito neutro y alcalino.
Todas ellas hacen referencia a las características de los líquidos para
cocción de lo chips de madera. El dióxido de azufre es utilizado para
generar el sulfito utilizado en la digestión. La producción de pulpas
por éste método es muy baja en relación a la producción por Kraft o
mecánica.
Blanqueado de la pasta para papel
El blanqueado de la pasta de celulosa ha sido tradicionalmente visto
como un índice de calidad por el consumidor de papel. La blancura de la
pasta de celulosa se mide por su capacidad para reflejar luz
monocromática en comparación con un Standard de óxido de magnesio. La
pulpa resultante del proceso Kraft es generalmente marrón mientras la de
los procesos sulfito es amarilla a marrón claro. Estos colores se deben
a residuos de lignina que se adhieren a las fibras y que pueden ser
estabilizados o removidos en procesos posteriores. En las pulpas
obtenidas por procesos mecánicos se utilizan agentes químicos oxidantes
como los derivados de cloro o el peróxido de hidrógeno.
El proceso de blanqueado de las pastas esta compuesto de 5 a 6 etapas
dependiendo de las características de la pulpa obtenida. Desde el siglo
XIX se utiliza hipoclorito para el blanqueado de la pasta,
posteriormente se aplicó también cloro gaseoso. Los residuos de lignina
se convierten en productos solubles en agua o en soluciones alcalinas
que son lavados en las etapas siguientes del proceso. El uso de cloro
gaseoso tiene varias ventajas en el producto y se estima que genera una
menor cantidad de AOX vertidos al ambiente. En algunos casos se usa, en
las últimas etapas del blanqueado la combinación de peróxido de
hidrógeno con cloro. Las cantidades de cloro utilizadas por la industria
de la celulosa han disminuido desde los 90kg/ton que se usaban hace 80
años a los 25 kg/ton que se usan hoy e incluso valores más bajos como 3
a 10 ton/kg en algunos procesos.
Principales contaminantes generados por la producción de celulosa
Las principales etapas en las que se genera contaminación son:
• Descortezado de la madera. En la actualidad se emplea el descortezado
en seco, la cantidad de agua en este proceso es relativamente baja. El
descortezado en húmedo genera los mayores caudales de residuales de
cualquier fábrica, el agua arrastra polvo, corteza en suspensión y
materia orgánica como taninos
Las aguas residuales resultantes del proceso de blanqueado de la pulpa
se presentan como una compleja mezcla de distintos compuestos en la que
predominan los organoclorados. Para la caracterización del riesgo que
presentan estos efluentes para el ambiente se suele sumar a las
determinaciones habituales (DBO, DQO, partículas sedimentables y en
suspensión) la de AOX que indica la cantidad de halógenosorgánicos
adsorbibles al carbón activado. Dentro de esta fracción se encuentran
importantes agentes tóxicos.
El cloro reacciona en primer lugar con la lignina residual para producir
aproximadamente 4 kg de organoclorados por tonelada de pulpa producida.
Esta cantidad puede variar considerablemente de acuerdo al proceso de
blanqueado y al tipo de pulpa sometida al tratamiento. La mayor parte
del cloro está ligado a compuestos orgánicos de alto peso molecular que
resultan biológicamente poco activos y como consecuencia poco tóxicos.
Un 30 % de cloro se liga a moléculas de bajo peso molecular, entre ellas
cuantitativamente la más importante es el triclorometano que puede
aparecer en cantidades de hasta 40 g por tonelada de pulpa tratada.
Junto con este compuesto aparecen tricloroetene, pentaclorobenceno y
triclorofenol.
Aparecen también derivados clorados del ácido acético y de la acetona
como TCA, ácido tricloroacético, ha sido usado como herbicida, causa
clorosis. Su ciclo en suelos no es muy bien conocido, se sabe que tiene
alta movilidad en suelo y es poco biodegradado, tampoco se conoce mucho
su toxicidad para la microfauna del suelo y del agua. Los derivados
clorados de acetona, en particular la 1,3 dicloroacetona, son mutagénica
en el ensayo de Ames y se consideran entre los más potentes mutágenos
clorados que pueden aparecer en efluentes. Se degradan durante los
tratamientos biológicos de efluentes. Las dioxinas aparecen en el
blanqueado de la pulpa de papel. Depositadas en la superficie de suelos
o aguas en parte se evaporan, otra fracción es degradada por la luz
solar y no atraviesan el suelo con facilidad salvo que sean
vehiculizadas por compuestos liposolubles como grasas y aceites. Actúan
sobre receptor Ah que regula respuestas de tipo crecimiento y
diferenciación celular, dispara la biosíntesis de citocromos y
alteraciones endócrinas.
Las investigaciones realizadas durante la década de los 90 demostraron
que, aún pequeñas concentraciones de AOX en las aguas eliminadas por las
industrias elaboradoras de pulpa de celulosa pueden tener efectos
biológicos sobre los ecosistemas. Las mejoras en el ambiente que se
observan cuando las plantas convierten su proceso del uso de cloro
elemental a dióxido de cloro suelen ser muy importantes pero
insuficientes para revertir el proceso de alteración en Suecia se ha
observado que se mantiene la mortalidad de larvas de peces en radios de
hasta 2 Km desde la boca de emisión de aguas tratadas de las plantas de
producción de pulpa. Estos efectos se complican en plantas que usan
tratamientos para blanqueo mixto con distintos grados de sustitución del
cloro elemental por dióxido de cloro. Los estudios de mayor sensibilidad
se realizan estimando la inducción de las enzimas oxidativas, citocromos,
hepáticos que indican estrés.
La estimación de efectos a largo plazo se ha realizado con ecosistemas
artificiales y demuestra que es mucho más importante el efecto de los
efluentes de plantas tradicionales que los de aquellas que usan dióxido
de cloro o de las que emplean ozono y peróxidos. Uno de los problemas en
las plantas TFC es la presencia de metales en los efluentes por el
agregado de EDTA en el proceso para evitar los efectos de cationes
metálicos.
Existen otros componentes que pueden resultar tóxicos para el ecosistema
como las resinas y los ácidos grasos que se liberan de las maderas
procesadas, experiencias realizadas en truchas mostraron que aún
diluidos dos mil veces estos componentes del efluente del tratamiento
termomecánico de la pulpa podían ser letales para peces como la trucha
después de 3 a 4 semanas de exposición. La presencia de resinas en
sedimentos se correlacionó con modificaciones en el comportamiento de
invertebrados bénticos.
Existen también sustancias capaces de interferir con el sistema
endocrino que es responsable de la síntesis y del metabolismo hormonal
en vertebrados. En la madera existen esteroles naturales del tipo de los
sitoesteroles que pueden pasar sin alteraciones por los proceso de
blanqueado y no son eliminados en las plantas para tratamiento de
efluentes. Los fitoesteroles de las maderas pueden sufrir una
bioconversión por bacterias a esteroides. Algunos subproductos de la
industria de producción de celulosa contienen hasta 25% de fitoesteroles.
Es interesante considerar que los compuestos organoclorados también se
encuentran en la naturaleza en cantidades considerables. Se producen en
algas, esponjas, corales, plantas, bacterias e insectos. En vegetales
aparecen como hormonas que regulan el crecimiento como el ácido 4
cloroindolacético y en insectos como feromonas. Pero la fuente más
importante de estos compuestos es la biodegradación de maderas por
distintas especies de hongos que producen diclorometano en una cantidad
calculada en 5 millones de toneladas por año. El otro proceso importante
es la degradación de ácidos húmicos y fúlvicos a fenoles y clorofenoles.
La materia orgánica contiene aproximadamente 10 mil ppm de cloro que
reacciona a altas temperaturas para producir cloruro de metilo y otros
haloalcanos que se liberan a la atmósfera cuando se los usa como
combustibles o durante los incendios de bosques y la actividad
volcánica. En este sentido es interesante pensar que los compuestos
halogenados liberados al ambiente pueden tener vías para su
biodegradación.
Medidas para controlar la contaminación por organoclorados
Durante los últimos 20 años la industria productora de celulosa ha
estudiado y puesto en práctica una serie de medidas destinadas a
disminuir los niveles de contaminación ambiental. El mayor número de
modificaciones se ha orientado a disminuir la presencia de compuestos
clorados. Estas modificaciones en las técnicas de manufactura pueden
dividirse en medidas destinadas a modificar los procesos de producción y
medidas destinadas a mejorar el tratamiento de aguas residuales
Mejoras en los procesos
1-Deslignificación, es un proceso destinado a que la pulpa que llega a
blanqueado tenga una baja concentración de lignina lo que puede lograse
mediante dos técnicas
• deslignificación prolongada. Se consigue incrementando los tiempos de
calentamento durante la cocción de los chips de madera, puede hacerse
con agregado de antraquinona, lo que encarece el proceso, o manteniendo
la concentración de álcali lo mas constante posible durante el proceso.
• deslignificación con oxígeno. La eliminación de lignina se limita al
40-50% por la falta de oxígeno durante el proceso. La investigación ha
permitido incorporar oxígeno en distintas partes del proceso para evitar
disminuciones en la calidad de la pulpa mientras se elimina la lignina.
Estas aplicaciones de oxígeno han sido una de las mejoras más
importantes incorporadas a la industria en la última década.
2-Modificaciones en el blanqueado.
La mayor parte de los organoclorados que aparecen en el efluente son
producidos por la acción del cloro molecular, la eliminación de este
compuesto reduciría significativamente este problema. El uso de cloro
elemental ha sido sustituido por dióxido de cloro llevando las
concentraciones de AOX en los efluentes de 5 a 10 Kg. por tonelada de
pulpa seca del proceso tradicional a 1 Kg./tonelada con el proceso
actual. En algunas plantas ya se produce pulpa sin uso de cloro que ha
sido reemplazado por peróxidos y ozono.
• Mejoras en el tratamiento de aguas residuales
Las aguas residuales de las productoras de pulpa para celulosa se tratan
por dos sistemas las lagunas y las plantas de barros activados, en todos
los casos los barros residuales contienen AOX. En el proceso de lagunas
aireadas se llega a generar entre 0 y 5 Kg. de sólidos por tonelada de
pulpa tratada que contiene entre 2 y 30 g de AOX por kilo en los proceso
de lodos activados las cifras correspondientes son 5 a 25 Kg. de
lodo/tonelada con 10 a 25 g de AOX por kilo. Estos lodos contaminados
pueden disponerse por incineración lo que genera el problema de
aparición de dioxinas en aire, o por rellenos de seguridad.
El problema que presentan los tratamientos de efluentes es que pese a su
eficacia pueden permanecer en las aguas compuestos tóxicos. El uso de
dióxido de cloro genera altas concentraciones de clorato que actúa como
alguicida. Se debe controlar también la carga orgánica que se vierte a
los efluentes y las emisiones de fosfatos y nitratos.
La contaminación del aire por las productoras de celulosa también es un
punto a considerar en el proceso.
Contaminación del aire por las industrias productoras de pulpa para
papel
Uno de los principales inconvenientes generados por el proceso Kraft es
la formación y descarga a la atmósfera de compuestos reducidos de azufre
que causan severos problemas de olor. Los compuestos como los
mercaptanos y el dimetilsulfuro surgen como consecuencia de la actividad
de sulfuros y metilsulfuros sobre los componentes de la lignina. Los
tiempos prolongados de cocción utilizados en algunos procesos llevan a
la producción de mayor cantidad de mercaptanos.
Las emisiones de material particulado llegan a 0,25 toneladas por
tonelada de pulpa producida y pueden controlarse con precipitadotes
electrostáticos.
La eliminación de óxidos de azufre depende básicamente del tipo de
combustible utilizado, los combustibles fósiles pueden contener distinto
grado de azufre, su eliminación reduce este problema. |
