Uso de membranas no fechamento de circuito de água em fábricas de polpa termomecânica | Membrane use for water closed-cycle in thermomechanical pulp mills

O crescimento da indústria de polpa celulósica no Brasil apresenta uma forte interferência positiva na economia nacional. Essa elevada produtividade está diretamente relacionada ao elevado consumo de água no processo e consequentemente geração de efluentes. Diante disso, torna-se importante buscar alternativas sustentáveis que visem minimizar esse consumo, sendo o fechamento do circuito de água uma das estratégias promissoras. O fechamento de circuito de água traz consigo ganhos ambientais e econômicos para o ramo industrial, além de ser o almejo. O objetivo desse estudo foi avaliar o fechamento de circuito de água de fábrica de polpa celulósica termomecânica em escala laboratorial e piloto, com o tratamento terciário de filtração por membranas, visando possibilitar o reuso do permeado no processo fabril e buscando uma alternativa ambientalmente adequada para o concentrado. Este estudo será apresentado em quatro capítulos, onde dois foram testes em escala laboratorial e dois em escala piloto de um estudo de caso. A estação de tratamento de efluentes (ETE) da indústria é composta pelas seguintes etapas: tratamento preliminar por meio de filtros; tratamento primário por decantação primária seguido de processo químico com coagulação, floculação e flotação; e tratamento secundário, realizado em duas fases anaeróbia e aeróbia, sendo essa última conduzida pelo processo de lodos ativados. Foi simulado em escala laboratorial a sequência de processos da ETE de uma indústria de polpa celulósica termomecânica seguida de um tratamento terciário de filtração por membranas de nanofiltração (NF). Em escala piloto foi testado membranas de ultrafiltração (UF) como tratamento terciário e como biorreator a membranas. Foi avaliado o reuso dos permeados nas proporções de 50%, 75% e 100% na lavagem e diluição da polpa no processo de branqueamento com o uso de um simulador de processos químicos Aspen Plus e através de análises laboratoriais da qualidade do produto para alvura e reversão de alvura. A simulação computacional predizeu os valores máximos das concentrações dos elementos não processáveis (ENP), concentrações de Fe, Cu e Mn, acumulados no circuito de água, após alcançar o estado estacionário. Foi avaliado a qualidade dos concentrados para uma destinação ambientalmente correta de fertirrigação, segundo as normas norte americanas, europeias e a aplicação por cultura e solo segundo a norma brasileira. O Capítulo 1 apresenta o artigo científico intitulado “Simulação com Aspen Plus para reutilização de efluentes em fábricas de polpa celulósica termomecânica”, cujo objetivo foi avaliar a viabilidade técnica de fechamento do circuito de água com o reuso do efluente tratado na produção de polpa celulósica termomecânica, por meio do software Aspen Plus®. O Capítulo 2 apresenta o artigo intitulado “Fertirrigação com o concentrado da nanofiltração de efluentes industriais de polpa celulósica termomecânica”, cujo objetivo foi avaliar a viabilidade do uso do concentrado de NF de efluentes da produção de polpa celulósica termomecânica para fins de fertirrigação, segundo normas norte americanas, europeias e brasileiras. O Capítulo 3 apresenta o artigo intitulado “Reuso dos permeados e destinação dos concentrados de efluentes de fábrica de polpa celulósica termomecânica tratados em membranas de ultrafiltração”, cujo objetivo foi avaliar o reuso do permeado e a destinação adequada do concentrado de efluentes tratados por membranas de UF, em planta piloto, como etapa de tratamento terciário de fábrica de polpa celulósica termomecânica. O Capítulo 4 apresenta o artigo intitulado “Tratamento de efluentes de fábrica de polpa celulósica termomecânica utilizando sistemas de lodos ativados industrial versus MBR piloto”. O objetivo desse capítulo foi comparar a performance do sistema convencional de tratamento de efluentes de indústria de polpa celulósica ao de um biorreator a membrana (MBR), em escala piloto, além de avaliar o reuso do permeado da MBR no processo Palavras-chave: Aspen Plus; biorreator a membranas; concentrado; fertirrigação com efluentes; membranas de filtração; permeado; reuso de efluentes; simulação computacional.

The growth of the pulp mill in Brazil has a strong positive impact on the national economy. This high productivity is directly related to the high-water consumption in the process and, consequently, the generation of effluents. Therefore, it is important to seek sustainable alternatives that aim to minimize this consumption, with closing the water circuit being one of the promising strategies. Closing the water circuit brings with it environmental and economic gains for the industrial sector, in addition to being the goal. The objective of this study was to evaluate the closing of the water circuit of a thermomechanical pulp mill on a laboratory and pilot scale, with tertiary treatment by membrane filtration, aiming to enable the reuse of the permeate in the manufacturing process and seeking an environmentally suitable alternative for the concentrate. This study will be presented in four chapters, where two were tests on a laboratory scale and two on a pilot scale of a case study. The effluent treatment plant (ETP) of the industry consists of the following stages: preliminary treatment by means of filters; primary treatment by primary decantation followed by a chemical process with coagulation, flocculation and flotation; and secondary treatment, carried out in two phases: anaerobic and aerobic, the latter being conducted by the activated sludge process. The sequence of processes of the ETP of a thermomechanical pulp mill was simulated on a laboratory scale, followed by a tertiary treatment of filtration by nanofiltration (NF) membranes. On a pilot scale, ultrafiltration (UF) membranes were tested as tertiary treatment and as a membrane bioreactor. The reuse of permeates in proportions of 50%, 75% and 100% in the washing and dilution of the pulp in the bleaching process was evaluated using an Aspen Plus chemical process simulator and through laboratory analyses of the quality of the product for brightness and brightness reversion. The computer simulation predicted the maximum values of the concentrations of non-processable elements (NPE), Fe, Cu and Mn concentrations, accumulated in the water circuit, after reaching the steady state. The quality of the concentrates was evaluated for an environmentally correct destination for fertigation, according to North American and European standards, and the application by crop and soil according to the Brazilian standard. Chapter 1 presents the article entitled “Aspen plus simulation for effluent reuse in thermo-mechanical pulp mills”, whose objective was to evaluate the technical feasibility of closing the water circuit with the reuse of treated effluent in the production of thermomechanical pulp, through the Aspen Plus® software. Chapter 2 presents the article entitled “Fertirrigation with nanofiltration retentate from thermomechanical pulp mill effluents”, which aimed to evaluate the feasibility of using NF concentrate from effluents from thermomechanical pulp production for fertigation purposes, according to North American, European and Brazilian standards. Chapter 3 presents the article entitled “Reuse of the permeate and disposal of the retentates from thermomechanical pulp mill effluent treated with ultrafiltration membranes”, which aimed to evaluate the reuse of permeate and the appropriate disposal of the effluent concentrate treated by UF membranes, in a pilot plant, as a tertiary treatment stage of a thermomechanical pulp mill. Chapter 4 presents the article entitled “Treatment of effluents from a thermomechanical pulp mill using industrial activated sludge systems versus pilot MBR”. The objective of this chapter was to compare the performance of a conventional pulp mill effluent treatment system with that of a membrane bioreactor (MBR) on a pilot scale, in addition to evaluating the reuse of MBR permeate in the manufacturing process, based on physical-chemical analyses and computer simulation. Based on this study, it was possible to conclude that tertiary treatment via membra Keywords: Aspen Plus; computer simulation; concentrate; effluent reuse; fertigation with effluents; filtration membranes; membrane bioreactor; permeate

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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)

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