UNIVERSIDADE NORTE DO PARANÁ

LUIZ FERNANDO MENDES NUNES

CONSUMO DE ÁGUA E GERAÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

NA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE

Salvador

2013

LUIZ FERNANDO MENDES NUNES

CONSUMO DE ÁGUA E GERAÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

NA INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE

Monografia apresentada à UNOPAR - Universidade

Norte do Paraná, como requisito parcial para

obtenção do título de especialista em Gestão

Ambiental.

ORIENTADOR: Profª. Natani de Araújo Beliatto

Salvador

2013

A

Deus autor de toda ciência, todo conhecimento, toda sabedoria.

Minha família.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fluxograma das principais etapas da recuperação química de uma fábrica de polpa

Kraft.

Figura 2 - Efluentes setoriais em uma fábrica de celulose com processo Kraft

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Média de consumo de água na indústria de celulose.

Tabela 2 - Caracterização e concentração dos efluentes no descascamento das toras por via

úmida.

Tabela 3 - Caracterização e concentração dos efluentes após descascamento por via seca e

lavagem das toras.

Tabela 4 - Emissões de branqueamento do processo Kraft, fibra longa.

LISTA DE ABREVIAÇÕES E TERMOS

ALVURA ISO - Propriedade óptica usada para avaliar a qualidade da polpa após o

branqueamento.

AOX - "Adsorbable Organic Compounds" (Compostos halógenos orgânicos absorvíveis).

DBO - Demanda Bioquímica de Oxigênio

DQO - Demanda Química de Oxigênio

ECT - Elemental Chlorine Free

ESPUMA - Espuma originada a partir da saponificação dos ácidos graxos presentes no licor

preto com o hidróxido de sódio.

GNC - Gases não condensáveis

KRAFT - Vocabulário em alemão que significa "forte".

NÚMERO KAPPA - Medida do teor de lignina residual, obtida pela quantidade de KMnO4

que reage com a lignina residual após a etapa de cozimento que informa o grau de

deslignificação da polpa analisada.

MERCAPTANAS - Compostos organossulfurados que contém um grupo -SH.

MONÔMEROS - Moléculas simples de baixo peso molecular que ao unirem-se formam

cadeias longas denominadas polímeros.

PITCH - Vocábulo em inglês que significa substância resinosa preta ou marrom escura e

aderente.

TCF - Totally Chlorine Free.

TSA - Tonelada seca ao ar.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE ABREVIAÇÕES E TERMOS

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO...........................................................................................................7

2. OBJETIVOS................................................................................................................9

3. COMPONENTES DA MADEIRA............................................................................10

3.1. Celulose..................................................................................................................10

3.2. Hemicelulose..........................................................................................................10

3.3. Lignina................................................................................................................ ...11

3.4. Extrativos..............................................................................................................12

3.5. Constituintes Inorgânicos......................................................................................13

4. PROCESSO DE EXTRAÇÃO DA CELULOSE.....................................................13

4.1. O processo Kraft...................................................................................................13

4.2. Cozimento.............................................................................................................14

4.3. Branqueamento.....................................................................................................16

4.4. Secagem................................................................................................................18

4.5. Recuperação dos Químicos...................................................................................18

5. CONSUMO DE ÁGUA E GERAÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS..................20

5.1. Pátio de Madeira (Descascamento e lavagem das toras)......................................22

5.2. Cozimento............................................................................................................23

5.3. Branqueamento....................................................................................................23

5.4. Secagem...............................................................................................................24

5.5. Laboratório químico.............................................................................................24

6. MEDIDAS DE CONTROLE DO CONSUMO DE ÁGUA....................................26

7. MEDIDAS DE CONTROLE DOS EFLUENTES NO PROCESSO KRAFT........26

CONCLUSÕES.......................................................................................................27

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................29

7

1. INTRODUÇÃO

A água é um recurso natural importante e indispensável em todas as atividades

humanas. Ela faz parte de várias operações unitárias oferecendo condições para que os

processos industriais sejam plenamente satisfeitos. Como solvente em lavagens, processos de

resfriamento, diluição, assimilação de poluentes, geração de energia elétrica, matéria prima e

transferência de calor são algumas das muitas aplicações da água na indústria que comumente

são vistos nos mais variados tipos de processos. De alguma forma, ao final do processo, é

possível encontrarmos uma água com características físicas e químicas bem diferentes do

inicio das operações unitárias.

Todas as indústrias fazem uso deste recurso natural em suas operações, segundo

BRAILE (1979), na indústria química a água é a matéria química mais usada na manufatura

de 150 produtos importantes, BRAILE também afirma que a quantidade e a concentração dos

despejos de uma determinada indústria variam dentro de amplos limites, dependendo dos

processos de fabricação empregados e dos métodos de controle dos despejos. Assim, cada

indústria é um universo particular que requer atenção particular para o controle da poluição

dos corpos hídricos.

Os despejos industriais, ou simplesmente efluentes, são correntes líquidas

oriundas de processos industriais que podem, em algumas ocasiões, vir acompanhada de

águas pluviais e até esgotos sanitários. A composição química destes efluentes são bastante

diversificados em função da atividade em particular, do porte da indústria, da modernidade no

tratamento do efluente bem como do comprometimento da alta direção no intuito de

consolidar um sistema de gestão ambiental comprometido com a qualidade ambiental.

A água é um bem de grande valor econômico para inúmeras organizações, e está

disponível em basicamente uma das formas a seguir (MIERZWA, 2002):

Água superficial - oriunda de rios, lagos, represas,...

Água subterrânea - captada a partir de poços.

Sem levar em consideração o local e a forma de captação dos recursos hídricos, a

organização deve, a partir do licenciamento ambiental, cumprir um conjunto de normas legais

para o usufruto do seu empreendimento. Em linhas gerais, a indústria deve se preocupar com

as normas que tratam da gestão de recursos hídricos, da outorga de direito e uso da água, do

8

controle da qualidade dos recursos hídricos e das normas que tratam do controle da poluição

do meio ambiente (MIERZWA, 2002). A Lei nº 9.433/1997 que institui a Política Nacional de

Recursos Hídricos é uma das principais normas de cunho federal que deve ser observada antes

do empreendedor fazer uso dos recursos hídricos. Toda esta lei é baseada em seis

fundamentos descritos no artigo 1º:

I - a água é um bem de domínio público;

II - a água é um recurso natural limitado, dotado de valor econômico;

III - em situações de escassez, o uso prioritário dos recursos hídricos é o consumo

humano e a dessedentação de animais;

IV - a gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo da

água;

V - a bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política

Nacional de Recursos Hídricos e atuação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos

Hídricos;

VI - a gestão dos recursos hídricos deve ser descentralizada e contar com a

participação do Poder Público, dos usuários e das comunidades.

Tal política, no seu capítulo V, artigo 5º, descreve os instrumentos para a

completa efetivação da política, entre eles, a outorga e a cobrança pelo uso dos recursos

hídricos. A outorga, como instrumento de ordenação do uso, funciona como uma

"autorização" para captação e utilização de uma quantidade de água ou para lançamento de

efluentes em condições determinadas. De forma simplificada, podemos dizer que a outorga é

necessária para garantir o simples direito ao uso da água por uma empresa, por um prazo

determinado e respeitando as condições estabelecidas (FIRJAN, 2006).

A cobrança pelo uso dos recursos hídricos não é uma taxa, ou imposto, ou tarifa,

mas pode ser definida como um preço público, ou uma retribuição que o empreendedor faz à

sociedade por utilizar, de maneira privativa um bem que é de todos, e tem como finalidade:

I - reconhecer a água como bem econômico e dar ao usuário uma indicação de seu

valor real;

II - incentivar a racionalização do uso da água;

9

III - obter recursos financeiros para o financiamento dos programas e intervenções

contempladas nos planos de recursos hídricos. (art. 19, Lei 9.433/1997)

A água para indústria de papel e celulose é substância essencial para todo o

processo de separação da celulose dos demais componentes da madeira. Desde a lavagem das

toras até a etapa final há um substancial consumo de água e geração de efluentes,

transformado um recurso outrora próprio para o consumo humano em um aglomerado de

substâncias sólidas e líquidas com imensa carga de químicos impróprias para o abastecimento

público e destinação final em mananciais.

Para discussões, foi definido como foco de estudos o processo de produção de

celulose através do processo Kraft. Justifica-se a escolha pelo fato de que as fábricas que

fazem uso do modelo Kraft dependem dos recursos hídricos para seu processo, consumindo

de forma considerável tal recurso além de, ao longo do processo de separação da celulose dos

demais componentes da madeira, gerar quantidades expressivas de efluentes líquidos, fato que

será observado ao longo deste trabalho.

2. OBJETIVOS

Objetivo geral:

O Presente trabalho visa propor possíveis soluções para a problemática dos

efluentes líquidos das fábricas de celulose e papel, levando-se em consideração o consumo e

destinação final da água que circula em todas as fases do processo.

Objetivos específicos:

- descrever a cadeira de produção da celulose solúvel;

- propor soluções para redução do consumo de água e como consequência redução

dos efluentes líquidos.

10

3. COMPONENTES DA MADEIRA

3.1. Celulose

A celulose é um polissacarídeo formado por unidades do monossacarídeo β-D-

glucose, que se ligam entre si através dos carbonos 1 e 4, dando origem a um polímero linear

(CELULOSE e PAPEL, 1988). As fibras de celulose, uma mistura de moléculas de celulose, é

o interesse das indústrias de papel e celulose, contudo esta não está isolada dos demais

componentes da madeira, muito menos é simples a sua remoção. A celulose é encontrada em

todas as plantas do reino vegetal na forma de microfibrilas. Nas fibras de algodão é

encontrada a celulose com pureza de 99,8%. Nos vegetais superiores, como os eucaliptos, a

celulose aparece na forma de fibras juntamente com outros componentes (FOELKEL, 1977).

Sendo o componente majoritário nos vegetais, a celulose está presente na madeira

em torno de 50% do total em peso, sendo que para madeiras de coníferas encontra-se em

média 42% de celulose e para madeiras folhosas 45% (QUIMICA DA MADEIRA, 2005)

A celulose pode ser dividida em dois grupos: fibras longas medindo de 3 a 6 mm

de comprimento e fibras curtas medindo em média 1 mm de comprimento. Sua aplicação é

bem diversificada como matéria para produção de diferentes tipos de papel, bem como é

ingrediente para produção de tecidos, lenços umedecidos, cosméticos, alimentos, produtos

farmacêuticos e produtos industriais como pneus (RELATÓRIO..., 2011).

À temperatura ambiente o polímero da celulose é insolúvel em água, solventes

orgânicos neutros, ácidos e álcalis diluídos, mas é solúvel em alguns ácidos fortes como ácido

sulfúrico 72%, ácido clorídrico 44% e ácido ortofosfórico 85% e álcalis fortes, como

hidróxido de sódio. Muito embora seja insolúvel em água, a celulose absorve umidade do ar

quando seca até alcançar um equilíbrio com a atmosfera.

Além da celulose, há outros constituintes importantes na constituição da madeira,

são eles: hemicelulose, lignina, extrativos e compostos inorgânicos.

3.2. Hemicelulose

Denomina-se hemicelulose (ou polioses) a uma mistura de polímeros

polissacarídeos de baixa massa molecular, intimamente associados com a celulose nos tecidos

das plantas. As hemiceluloses absorvem facilmente água, fato que contribui para o

intumescimento, mobilidade interna e o aumento de flexibilidade das fibras, a redução do

11

tempo e da energia requeridos no refino das pastas celulósicas, e o aumento da área específica

ou de ligação das fibras. Em linhas gerais pastas celulósicas com alto teor de hemiceluloses

produzem papeis de baixa opacidade, mas elevadas resistências ao estouro e à tração

(CELULOSE e PAPEL, 1988). A resistência das fibras não podem ser totalmente explicadas

apenas pela influência das hemiceluloses, outros fatores como distribuição interna das

hemiceluloses e o próprio processo em si são fatores que fragilizam as fibras tornando-as mais

sensíveis à tração. O teor das hemiceluloses nas madeiras é de aproximadamente 20%.

A diferença básica entre celulose e polioses (hemiceluloses) é que enquanto a

celulose é constituída pela repetição de apenas um tipo de monômero, o β-D-glucose, nas

polioses aparecem várias unidades diferentes de 5 a 6 átomos de carbono: xilose, manose,

galactose, glucose, arabinose, ácido galactourônico, ácido glucourônico e ácido

metilglucourônico (QUIMICA DA MADEIRA, 2005).

3.3. Lignina

A lignina é um polímero natural presente nas paredes celulares das plantas e estão

sempre associadas as hemiceluloses. A palavra lignina, deriva do latim lignum, e significa

madeira. É uma substância que confere rigidez à parede da célula. É um agente permanente de

ligação entre as células, conferindo uma resistência ao impacto, compressão e dobra nas

madeiras. Além da função de cimentação das fibras, oferece proteção biológica contra

oxidação e ação de micro-organismos. A lignina não pode ser considerada uma substância

única, mas uma classe de materiais correlatos, com composição química representada por

carbono, hidrogênio e oxigênio (CELULOSE e PAPEL, 1988).

O termo lignina refere-se ao um conjunto de substâncias com composição química

semelhantes, porém com estruturas diferentes, é o segundo constituinte mais abundante na

madeira, logo depois da celulose (SANTOS, 2008). É um composto que apresenta

características bem diferentes da celulose e hemicelulose:

- é um polímero aromático.

- é amorfo e relativamente instável quimicamente.

- é altamente irregular na sua estrutura e constituição molecular.

- é extremamente reativo e sujeito a reações de condensação. (FOELKEL, 1977)

12

Muito embora sejam conhecidos os constituintes químicos da lignina, sua

estrutura química não é totalmente conhecida principalmente por consequência das alterações

sofridas durante o tratamento químico para o seu isolamento dos outros constituintes da

madeira. A base estrutural da lignina é o fenil-propano tendo ligado ao anel benzeno um

número variado de grupos hidroxílicos (OH), metoxílicos (OCH3), e outros (CELULOSE e

PAPEL, 1988).

A lignina é sem margem de dúvidas o constituinte da madeira mais complexo,

ocorrendo em teores que variam entre 15 a 30% dependendo da espécie vegetal. Quase todos

os vegetais contém teores significantes de lignina, só não está presente nos vegetais primitivos

como fungos, algas e liquens. Durante o processo de produção da polpa celulósica na

indústria de papel e celulose, a lignina é removida através de compostos químicos em

operações unitárias variadas sendo usada como fonte de energia, pela queima, em caldeira de

recuperação.

3.4. Extrativos

Os extrativos também são substâncias importantes da madeira, recebem esse

nome, pois são extraídos a partir de solventes como diclorometano, acetona, água, benzeno,

éter de petróleo, entre outros. Os extrativos, também denominados de constituintes menores,

são frequentemente responsáveis por determinadas características da planta, como cor, odor,

resistência natural ao apodrecimento, sabor e propriedades abrasivas. São formados a partir de

graxas, ácidos graxos, alcoóis, fenóis, terpenos, esteroides, entre outros (SANTOS, 2008). Na

madeira seca aproximadamente de 3 a 10% é extrativos, sendo que para as madeiras de

coníferas (a exemplo o pinheiro-do-paraná) esse teor fica na ordem de 5 a 8% e para as

folhosas (a exemplo o eucalipto) na faixa de 2 a 4%.

Muito embora sejam constituintes de baixa proporção nas madeiras, os extrativos

podem exercer vários tipos de influência na fabricação da pasta celulósica, como podemos

ver:

- redução do rendimento;

- aumento do consumo de reagentes;

- baixa eficiência na deslignificação;

- corrosão de equipamentos;

13

- qualidade da pasta celulósica;

- recuperação do licor de cozimento (CELULOSE e PAPEL, 1988).

3.5. Constituintes Inorgânicos

Os constituintes inorgânicos, também chamados de cinzas, estão presentes na

madeira em teores inferiores a 1%. São constituídos principalmente por sulfatos, fosfatos,

oxalatos, carbonatos, silicatos, além dos elementos Na (sódio), K (potássio), Ca (Cálcio), Mg

(Magnésio), Fe (Ferro), Mn (Manganês) e Cu (Cobre).

4. PROCESSO DE EXTRAÇÃO DA CELULOSE

O objetivo preponderante de uma fábrica de celulose é isolar a celulose dos

demais componentes da madeira. Para tanto, no processo de extração da celulose são

empregadas técnicas e insumos com a finalidade de extrair e branquear o componente de

interesse, com a mínima degradação possível.

4.1. O Processo Kraft

No Brasil, o processo químico de polpação mais empregado é o Kraft. Há dois

tipos de processos alcalinos na produção de pastas químicas: processo soda e processo Kraft

ou sulfato. Enquanto que no processo soda o principal reagente é o hidróxido de sódio

(NaOH), no processo Kraft são empregados além do NaOH, o sulfeto de sódio (Na2S).

O processo Kraft possui as seguintes características em comparação com o

processo soda.

Vantagens:

- ser aplicado a diferentes tipos de madeira (até madeira deteriorada).

- obtenção de celulose de alta resistência.

- eficiência na recuperação dos reagentes.

- a pasta pode ser branqueada a altos níveis de alvura.

Desvantagens:

14

- baixo rendimento (aproximadamente 45% para coníferas e 50% para folhosas).

- alto custo de investimento na construção da fábrica.

- processo odoroso (formação de mercaptanas).

- baixo rendimento de polpação (CELULOSE e PAPEL, 1988).

O processo Kraft é um método químico que tem por finalidade a deslignificação

da madeira, de forma simplificada o processo é dividido em 3 linhas:

Linha de Fibras - pátio de madeira ou recebimento de madeira, polpação,

lavagem, branqueamento, secagem e expedição (armazenamento do produto final).

Linha de Recuperação - evaporação, caldeira de recuperação, caustificação e

forno de cal.

Linha de Utilidades - tratamento de águas e efluentes, produção de químicos,

vapor, energia e ar comprimido.

Inicialmente a madeira descascada chega à fábrica na forma de toras medindo

aproximadamente 6 metros de comprimento, são removidas as cascas que ainda sobram do

descascamento na floresta, lavadas para remover areia e terra oriunda tanto das fazendas

como do local de armazenamento que são prejudiciais ao processo (MIELI, 2007).

A geração de efluentes durante a lavagem das toras pode ser pré-tratado no

próprio local (pátio de madeira) através de caixas de areia. Os efluentes gerados durante o

processo de lavagem das toras apresentam altas cargas de sólidos em suspensão, DBO

(demanda bioquímica de oxigênio) e DQO (demanda química do oxigênio). Após tratado os

efluentes podem ser reaproveitados em lavagem de novas toras ou encaminhados para estação

de tratamento de efluentes (ETE) e a areia destinada a aterro sanitário.

4.2. Cozimento

As toras descascadas e lavadas são encaminhadas a um picador que as

transformam em pedaços denominados de cavacos. Os cavacos são de tamanhos variados que

serão selecionados mecanicamente e conduzidos aos vasos de pressão, denominados

digestores, para dar início ao processo de cozimento que iniciará a remoção da lignina.

15

O descascamento final das toras na fábrica é importante para eliminar os seguintes

inconvenientes:

- os extrativos da casca causam "pitch".

- baixo rendimento devido o baixo teor de fibras.

- maior consumo de reagentes na polpação.

- formação de espuma.

- maior teor de sujeira na polpa devido as células escuras da casca.

- maior quantidade de íons metálicos que comprometem o branqueamento.

A casca dos eucaliptos apresenta grande porosidade, razão esta que faz com que a

densidade básica seja menor que a madeira. Suas células são reserva de extrativos, seu

conteúdo fibroso é baixo com grande quantidade de células mortas e é o local da árvore que

são encontrados uma extensa variedade de produtos químicos tais como: açúcares, ceras,

álcoois, óleos, flavonoides, celulose, hemicelulose, lignina e minerais como sódio, potássio,

fósforo, magnésio, manganês, cálcio entre outros. De todos estes minerais, o que se encontra

em destaque em maior quantidade é o cálcio (FOELKEL, 2010).

Os cavacos selecionados mecanicamente alimentam os digestores e são cozidos à

temperatura de aproximadamente 170ºC impregnados por um composto denominado licor de

cozimento que é basicamente uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) e sulfeto de

sódio (Na2S). Há outros sais de sódio presentes no licor de cozimento, mas em quantidade

bem reduzidas e que não afetam as reações, são eles: carbonato de sódio (Na2CO3), tiossulfato

de sódio (Na2S2O3), sulfito de sódio (Na2SO3), e silicato de sódio (Na2SiO3) (CELULOSE e

PAPEL, 1988).

Ao final do cozimento o digestor é descarregado e os cavacos cozidos são

conduzidos a um tanque, onde estes são desdobrados em fibras individuais dando origem a

pasta celulósica. O vapor desprendido durante a descarga do digestor é aproveitado como

fonte de energia para aquecimento de água destinada ao consumo da fábrica. A pasta

celulósica passa então por sistemas de depuração e lavagem para retirar os cavacos não

cozidos, palitos, nós, areia, plástico e demais constituintes indesejáveis para a produção da

polpa celulósica. Mesmo depois do cozimento e lavagem a polpa ainda apresenta residual de

16

lignina conferindo à polpa uma coloração marrom. A remoção desta coloração é efetuada no

processo de branqueamento da polpa.

A geração de efluentes líquidos durante a etapa de cozimento não se constitui em

um problema ambiental, pois o licor de cozimento é completamente recuperado na linha de

recuperação de químicos, contudo falhas no processo como vazamentos e derrames são fontes

pontuais de poluição dos corpos hídricos que, quando não controlados acarretam sérios

prejuízos tanto para o meio ambiente como para a organização.

Uma etapa antes do branqueamento é a deslignifação com oxigênio ou pré-

branqueamento com oxigênio. A deslignificação passou a ser aplicada nas fábricas de celulose

a partir da década de 1970 em países desenvolvidos como forma de controle ambiental. A

deslignificação acontece em meio alcalino com adição de licor branco, oxigênio e vapor de

media e baixa pressão. Esta etapa consiste na remoção de aproximadamente 50% da lignina

promovendo a redução considerável de DBO, DQO e cor, além da diminuição do consumo de

produtos químicos no branqueamento. A deslignificação com oxigênio é um processo que

reduz os impactos ambientais além do benefício econômico para a empresa na redução de

custos.

Outro aspecto importante a considerar na deslignificação é quanto ao custo

energético. A produção de oxigênio necessita apenas da oitava parte da energia requerida para

preparação de quantidade equivalentes de cloro, tornando-o assim um reagente mais barato do

que os compostos clorados (CELULOSE e PAPEL, 1988).

Após a deslignificação é feito a lavagem da polpa para remover e recuperar a

carga orgânica dos digestores (DEL GRANDE, 2004).

4.3. Branqueamento

O branqueamento é uma etapa do processo Kraft que se destina a melhorar as

propriedades da polpa celulósica tais como: alvura, limpeza e pureza química. O

branqueamento é realizado em torres e se constitui numa sequência de estágios em que

diversos reagentes são aplicados com a finalidade de obter uma polpa com alto grau de

brancura sem oferecer grande degradação às fibras de celulose. Ao final de cada estágio a

polpa é lavada para remoção dos químicos e encaminhada para novo estágio de

branqueamento. O sistema de lavagem é contracorrente com o objetivo de reduzir o consumo

17

de água, energia e reagentes. A lavagem serve tanto para engrossar a pasta como para alterar a

temperatura.

De 1799 até 1980 o branqueamento sofreu alterações que contribuíram para

geração de uma polpa de melhor qualidade, bem como redução da geração de poluição

atmosférica e hídrica (CELULOSE e PAPEL, 1988). O cloro foi largamente utilizado nas

fábricas, mas lentamente foi substituído pelo dióxido de cloro que gera menos impactos ao

meio ambiente. Os químicos mais usados atualmente em branqueamentos são: dióxido de

cloro, ozônio, oxigênio e peróxido de hidrogênio (PIOTTO, 2003).

O branqueamento atingiu seu objetivo esperado quando o agente de

branqueamento é capaz de reagir seletivamente com a lignina e extrativos, causando pouco ou

nenhum dano ao produto de interesse, celulose. Estabilidade da alvura, solubilidade em água,

velocidade de reação e impactos ambientais são alguns parâmetros que devem ser avaliados

antes da aplicação de um agente branqueador (CELULOSE e PAPEL, 1988).

No tocante ao uso do cloro em fábricas de celulose, há dois métodos principais de

branqueamento, o ECF - Elemental Chlorine Free e TCF - Totally Chlorine Free,

respectivamente sem uso de cloro molecular e isento de cloro. O ECF usa dióxido de cloro

(ClO2) e completando com extração alcalina, peróxido, oxigênio e ozônio. O processo TCF é

totalmente isento de compostos de cloro nas etapas do branqueamento. O ozônio e o peróxido

de hidrogênio são agentes de branqueamento considerados menos prejudiciais ao meio

ambiente por não introduzir cloro no processo.

Nos últimos dez anos houve um intenso debate e pesquisa sobre os benefícios

ambientais trazidos pelos processos ECF e TCF. A avaliação dos resultados são vistos

resumidamente a seguir (IPPC, 2001):

1) A composição química das águas residuárias geradas em modernas fábricas,

como cozimento modificado e deslignificação como o oxigênio é muito

diferente das águas residuárias oriundas de fábricas de 10 a 15 anos atrás.

2) Fábricas modernas que utilizam o processo ECF (Elemental Chlorine Free),

têm emissões muito baixas de compostos organoclorados.

18

3) Os diferentes padrões de operações de cada fábrica interferem diretamente nas

emissões, e, muitas vezes eles se sobrepõem ao efeito da tecnologia de

branqueamento.

4) A sequência de branqueamento TCF (Totally Chlorine Free) é a alternativa

mais vantajosa para o modelo Kraft. Contudo, a utilização de produtos

químicos de branqueamento totalmente isentos de cloro requer uma extensa

remoção dos metais (tais como manganês, ferro e íons de cobre). Essa

remoção é geralmente feita com quelantes ou lavagem ácida da polpa.

O branqueamento é uma etapa do processo de produção de celulose de grande

importância no que tange à geração de efluente. Dependendo da fábrica, bem como do estado

de conservação dos equipamentos são gerados efluentes bem acima da média comum em

fábricas de celulose. É possível chegar a 60 m3/tsa.

4.4. Secagem

Após o branqueamento, a polpa celulósica branqueada e livre de impurezas é

estocada e encaminhada para a máquina de secagem. A máquina de secagem é composta por

uma seção de desaguamento da celulose, uma seção de prensa da folha de celulose e uma

seção de secagem (DEL GRANDE, 2004). Ao final do processo a folha seca é encaminhada

para cortadeira onde são produzidos fardos com folhas padronizadas ou encaminhada para

uma enroladeira para produção dos jumbos.

As etapas de depuração branqueada, secagem e linha de fardos e jumbos são

gerados efluentes constituintes de efluentes do processo e efluentes não intrínsecos ao

processo.

4.5. Recuperação dos Químicos

A recuperação química ou recuperação dos químicos é uma etapa de extrema

importância para fábricas de papel e celulose, haja vista que não dá para pensar que seja

consumida uma única vez os reagentes e ter que comprá-los novamente em seguida. É a

recuperação química que torna as fábricas que usam o processo Kraft mais econômicas.

A recuperação química não se restringe unicamente em retornar os reagentes ao

digestor com perdas reduzidas, mas também consiste em:

19

- produção de vapor para diversas operações: cozimento, branqueamento e

secagem, reduzindo assim os custos.

- ser capaz de produzir um licor de cozimento com composição química adequada

à sua reutilização.

- eliminar parte dos efluentes com potencial poluidor (CELULOSE e PAPEL,

1988).

O licor negro, também conhecido como licor preto, é um subproduto do

cozimento do processo Kraft. É uma mistura de água, compostos químicos que entram no

digestor e resíduos da madeira após o cozimento.

O ciclo de recuperação química é composto por três etapas: Evaporação, Caldeira

de Recuperação e Caustificação e Forno de Cal.

Inicialmente o licor sofre concentração dos seus sólidos através de evaporadores

com a finalidade de aumentar o teor de sólidos para que sejam queimados na caldeira de

recuperação. A caldeira de recuperação tem por finalidade evaporar a água residual do licor

negro, queimar a matéria orgânica presente no licor para geração de vapor, redução dos

compostos de enxofre a sulfeto de sódio (Na2S) além de transformar outros sais de sódio

contidos no licor em carbonato de sódio (Na2CO3). Ainda na caldeira os compostos, sulfeto de

sódio e carbonato de sódio são dissolvidos gerando assim o licor verde. Outro benefício da

caldeira de recuperação química é queima dos gases que produzem mal cheiro.

Da caldeira de recuperação química o fundido (licor verde) é encaminhado para o

tanque de dissolução que passa pelo clarificador para remover as impurezas e assim é

encaminhado para a caustificação onde recebe cal (CaO) para converter o carbonato de sódio

(Na2CO3) em hidróxido de sódio (NaOH), produzindo assim o licor branco que retorna para o

digestor para efetuar novo cozimento (MIELI, 2007). A figura 1 (MIELI, 2007) representa

simplificadamente as principais etapas do ciclo de recuperação química do licor em uma

fábrica de celulose que trabalha com o processo Kraft.

20

Figura 1 - Fluxograma das principais etapas da recuperação química de uma

fábrica de polpa Kraft.

MIELI (2007) considera que muito embora o ciclo de recuperação química seja

fechado, como visto na figura anterior, é possível acontecer desvios não intencionais do licor

negro e outros efluentes para o sistema de tratamento da fábrica. Estes desvios podem ocorrer

em função de paradas e partidas programadas de equipamentos tais como evaporadores,

caldeira, caustificadores e forno de cal para manutenção. Estas perdas são o resultado de

derrames, vazamentos, sobrecarga de tanques e falhas mecânicas.

5. CONSUMO DE ÁGUA E GERAÇÃO DE EFLUENTES LÍQUIDOS

O Art. 2º incisos I, II III da Lei nº 9.433/1997 Política Nacional de Recursos

Hídricos, trazem um entendimento muito esclarecedor quanto a importância e utilização

correta dos recursos hídricos, tendo em vistas o desenvolvimento sustentável:

I - assegurar à atual e às futuras gerações a necessária disponibilidade de água, em

padrões de qualidade adequados aos respectivos usos;

II - a utilização racional e integrada dos recursos hídricos, incluindo o transporte

aquaviário, com vistas ao desenvolvimento sustentável;

21

III - a prevenção e a defesa contra eventos hidrológicos críticos de origem natural

ou decorrentes do uso inadequado dos recursos naturais.

Este artigo remete à importância que todos, principalmente aqueles que receberam

do órgão ambiental competente o direito de uso (outorga) dos recursos hídricos, usarem de

forma racional tendo em vista o compromisso com a geração atual e futuras gerações.

A água é um recurso natural limitado e possui um valor econômico incalculável.

As fontes de água doce para uso industrial e outras atividades humanas são limitadas tanto

pela quantidade quanto qualidade. Estima-se que no planeta existam aproximadamente

265.400 trilhões de toneladas de água distribuídos em vários locais do globo, destas, apenas

0,5% representa água doce explorável sob o ponto de vista tecnológico e econômico, que

pode ser extraída de lagos, rios e aquíferos (INTRODUÇÃO À ENGENHARIA

AMBIENTAL, 2005).

Fábricas de papel e celulose são consumidores expressivos de água, isso porque

extrair fibras de uma estrutura vegetal com alta qualidade exigida pelo mercado, exige um

rigoroso processo de diluição seguido de lavagem com um preciso controle de consistência.

Contudo, processos modernos têm trazido um maior controle tanto do consumo quanto da

geração de efluentes líquidos. O consumo médio de água em fábricas de celulose com

processo Kraft está entre 35 a 40m3/tsa. O processo Kraft é um exemplo de modelo industrial

para produção de celulose que tem um circuito fechado para evitar perdas e consumo

desnecessários de insumos durante as etapas até a saída do produto final.

Muito embora o processo Kraft seja "fechado" há emissões de efluentes líquidos,

que se constituem basicamente de compostos orgânicos oriundos da madeira.

De forma geral, do descascamento até a secagem da celulose há grande consumo

de água para fechar o processo de produção.

Tabela 1 - Média de consumo de água na indústria de celulose

Média de consumo de água na indústria de celulose

Ano Quantidade (m3/tsa)

1958 240

1969 156

22

1975 111

1979 96

1985 79

1988 72

1999 60

Fonte: GOMIDE, 2000

5.1. Pátio de madeira (Descascamento e lavagem das toras)

A etapa seguinte ao descascamento é a lavagem das toras. Essa etapa tem como

finalidade remover impurezas como areia e terra das toras. Dependendo do processo de

lavagem e da quantidade de impurezas, o processo de lavagem das toras consome

aproximadamente 1,3 a 6 m3/tsa. Com o consumo de água há geração de efluentes líquidos

que apresentam grande carga de DQO, DBO e Sólidos Suspensos (MIELI, 2007).

Tabela 2 - Caracterização e concentração dos efluentes no descascamento das

toras por via úmida.

Caracterização Concentração (kg/t-1

de madeira)

DQO 20 a 40

DBO 5 a 12

Sólidos Suspensos 5 a 20

Fonte: MIELI, 2007

Tabela 3 - Caracterização e concentração dos efluentes após descascamento

por via seca e lavagem das toras.

Caracterização Concentração (kg/tsa-1

)

DQO 2 a 10

DBO 0,1 a 5

Sólidos Suspensos 4,4

Fonte: MIELI, 2007

No pátio de madeira há grande perda de água tanto por evaporação quanto pelo

desperdício por conta da água estar suja pela presença de materiais dissolvidos e grande carga

23

de particulado. É possível reduzir a DBO em até 50% se usar exclusivamente o

descascamento à seco o que é possível atingir DBO de 0,7 kg/tsa-1

.

5.2. Cozimento

As principais fontes de efluentes durante o cozimento dos cavacos de madeira são

as descargas dos digestores, os vazamentos, respingos devido as purgas, sistema de

resfriamento, selagem da bomba de recirculação e lavagem de resíduos gerados e dispostos no

chão (BRAILE, 1979).

5.3. Branqueamento

O branqueamento é uma das etapas do processo de extração da celulose da

madeira que mais consome água e consequentemente maior geradora de efluentes líquidos,

mesmo no processo Kraft. A vazão de efluentes líquidos varia de 15 a 30 m3/tsa. O

branqueamento é uma fonte geradora de poluentes ainda mais pela presença de dois tipos

diferentes de filtrados: ácido e alcalino. A recirculação destes dois filtrados é uma forma

eficiente de redução da carga de poluentes advindas do branqueamento, contudo ao mesmo

tempo que é uma prática benéfica para o meio ambiente, para o processo nem sempre é uma

solução amiga da qualidade.

A recirculação dos efluentes pode conduzir a corrosão dos equipamentos e um

aumento da carga de matéria orgânica nos recirculados gerando maior consumo de reagentes e

por conseguintes maior carga de poluentes para os corpos hídricos (AMARAL, 2008).

Tabela 4 - Emissões de branqueamento do processo Kraft, fibra longa

Processo DBO

(kg/tsa)

DQO

(kg/tsa)

AOX

(kg/tsa)

Cozimento convencional sem deslignificação

como oxigênio

15 - 20 75 - 100 6 - 8

Cozimento convencional, deslignificação com O2,

15% de substituição com dióxido de cloro

12 50 3,5

Cozimento convencional, sem deslignificação

com O2, baixo fator Kappa, 30-40% de

substituição de dióxido de cloro

12 50 2

Cozimento prolongado, 100% de substituição por

dióxido de cloro, deslignificação com O2, e alvura

12 45 0,2

24

de 80-82% ISO

Fonte: ROTEIRO COMPLEMENTAR DE LICENCIAMENTO E

FISCALIZAÇÃO, 1998

Além do pH que pode variar de 4,5 a 8,0, nas águas residuárias do branqueamento

também são encontrados fibras, cloro residual e cor.

5.4. Secagem

O consumo de água na secagem é especialmente água limpa e vapor. O consumo

de água pode chegar entre 4 a 7 m3/tsa. No tocante à qualidade dos efluentes gerados, há uma

quantidade significativa de fibras, aumentando em muito a carga de DQO.

Figura 2 - Efluentes setoriais em uma fábrica de celulose com processo Kraft

Fonte: MIELE, 2007

Se a soma dos efluentes setoriais for igual a 30 m3/tsa, uma fábrica usando a

tecnologia Kraft pode gerar 1625 m3/hora de efluentes quando esta produz 1300 toneladas por

dia de celulose branqueada.

5.5. Laboratório químico

Os resíduos oriundos dos laboratórios químicos são, em linhas gerais,

caracterizados pelo conjunto de todos os insumos, amostras de processo e efluentes da fábrica

acrescido dos reagentes químicos usados nos métodos de análises.

25

A variedade de reagentes que participam das determinações químicas diariamente

faz do laboratório um modificador da qualidade ambiental em potencial. Fora os resíduos

gerados por conta das inúmeras análises, há os descartes de reagentes vencidos para o

efluente. São ácidos, bases, sais, álcoois, cetonas, aldeídos, hidrocarbonetos, compostos

halogenados, organometálicos e muitos outros que são descartados e participam dos efluentes

levando uma carga maior sobre estes (GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS QUÍMICOS).

A resolução CONAMA nº 430 de 13 de maio de 2011 que dispõem sobre

condições, parâmetros, padrões e diretrizes para gestão do lançamento de efluentes em corpos

de água receptores, determina que o lançamento de efluentes de qualquer fonte poluidora

somente deverão ser lançados diretamente nos corpos receptores após o tratamento e desde

que obedeçam aos padrões determinados na resolução. Diante disso, a redução dos efluentes

na fonte geradora contribui de forma significativa para minimizar a carga nas águas

residuárias, reduzindo custos com tratamento destes e redução dos impactos por eles gerados.

O Art. 16 da resolução CONAMA nº 430/2011 descreve as condições de

lançamento dos efluentes de qualquer fonte poluidora da seguinte forma:

- pH entre 5 a 9;

- temperatura menor que 40ºC;

- materiais sedimentáveis até 1 ml/L;

- regime de lançamento com vazão máxima de 1,5 vez a vazão média do período

de atividade diária do agente poluidor;

- óleos minerais até 20 mg/L;

- óleos vegetais e gorduras animais até 50 mg/L

- ausência de materiais flutuantes;

- remoção mínima de 60% de DBO.

Como a legislação ambiental determina um rigoroso controle da emissão de

efluentes em corpos hídricos, o compromisso ambiental da empresa perpassa pelo controle

efetivo da atividade produtiva em acordo com a redução do consumo de água bem como da

redução da geração de efluentes.

26

6. MEDIDAS DE CONTROLE DO CONSUMO DE ÁGUA

- Treinamento e conscientização de operadores quanto ao consumo de água

visando o desenvolvimento sustentável.

- Descascamento à seco no pátio de madeira.

O Descascamento à seco já é uma prática adotada em muitas fábrica de celulose e

papel, tal técnica reduz significativamente o consumo de água e, como consequência, a

redução de efluentes líquidos para serem tratados (MIELI, 2007).

- Melhoria no cronograma de manutenção preventiva e corretiva de equipamentos

destinados a emissão de água para o processo.

- Tratamento da água branca para reuso no branqueamento como água de lavagem

entre estágios, substituído assim a água fresca.

O reuso da água em fábrica de celulose e papel tem como objetivo retornar a água

para fins menos nobres. Evidentemente que o reuso deve ser uma solução projetada com a

visão de gestão dos corpos hídricos sem esquecer os possíveis impactos em tubulações e

qualidade do processo.

O reuso possibilita que os mananciais sejam utilizados para atividades mais

prioritárias como o abastecimento urbano. Outro benefício do reuso da água está na redução

dos efluentes gerados nessas unidades fabris.

7. MEDIDAS DE CONTROLE DOS EFLUENTES NO PROCESSO KRAFT

- Deslignificação com oxigênio.

Ambientalmente, há dois grandes benefícios da deslignificação com oxigênio: a

redução das emissões da planta de branqueamento e a redução da carga de químicos.

- Substituição do cloro por dióxido de cloro, ozônio e peróxido de hidrogênio.

Com a substituição do cloro por substâncias menos agressivas como dióxido de

cloro, ozônio e peróxido de hidrogênio, têm-se a redução da carga de organoclorados nos

efluentes líquidos. As substâncias que contêm cloro fazem parte de em grupo denominado

27

AOX (Haletos orgânicos absorvíveis), são substâncias extremamente tóxicas de difícil

degradação no meio ambiente que apresente grande possibilidade de acumulação e toxidade.

- Modernização das linhas de depuração e lavagem de polpa.

- Prevenção e perdas acidentais.

As perdas acidentais podem ser minimização ou até mesmo eliminadas com ações

simples tais como: eliminação de tubulações antigas, sistema de vistoria nas tubulações e

válvulas de pressão.

O controle na emissão de efluentes líquidos reduz a vazão total dos efluentes e

como consequência, uma economia substancial no que tange a pagamento para empresa

especializada em tratamento de efluentes industriais. Quanto maior vazão de efluentes

maiores são as custas com tratamento, dessa forma, reduzindo-se o volume de efluentes o

retorno é em economia para a organização (FIRJAN, 2006).

CONCLUSÕES

As fábricas de celulose e papel são organizações que necessitam de grandes

quantidades de água para o processo de extração da celulose dos demais componentes da

madeira. Há, pelo grande consumo de água, volumes consideráveis de efluentes líquidos que

percorrem todas as etapas do processo, desde o pátio de madeira até a secagem. O processo

Kraft é de fato um método de produção que gera menos efluentes em comparação aos outros

métodos que outrora eram usados em fábricas em todo mundo. Mesmo com a tecnologia Kraft

ainda se vê muito efluente e muito desperdício de água.

A planta de recuperação química nas fábricas de celulose e papel é uma forma de

minimizar os impactos ambientais provocados pelo licor preto oriundo dos digestores. É da

ação efetiva e funcional da recuperação química que os corpos hídricos sofrem menor

degradação devido a alta carga de químicos e materiais orgânicos extraídos da madeira após o

cozimento.

O processo Kraft é de fato um circuito fechado na produção de celulose com a

recuperação dos químicos do processo. Recuperação dos químicos é uma realidade, muito

embora necessite de melhorias, mas o gargalo das fábricas de celulose e papel não se

28

concentra no consumo ou desperdício de insumos, mas no consumo alto de água e geração de

efluentes líquidos. A redução das perdas de água no decorrer do processo podem ser

solucionadas adotando-se práticas de engenharia, controle de manutenção e treinamento de

pessoal com vistas ao uso racional da água. A redução dos efluentes é, em alguns casos, uma

consequência da redução do consumo de água em cada etapa do processo.

Existem formas de controle do consumo de água e geração de efluentes que

demandam altos investimentos, mas práticas simples como treinamento de pessoal envolvido

na produção bem como manutenção programada de equipamentos, podem reduzir de forma

significativa as perdas de água e consequente geração de efluentes.

29

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