Debido a que la industria de la pulpa y el papel es un gran consumidor de recursos naturales (es decir, madera, agua y energía), puede contribuir de manera importante a los problemas de contaminación del agua, el aire y el suelo y ha sido objeto de un gran escrutinio en los últimos años. Esta preocupación parece estar justificada, considerando la cantidad de contaminantes del agua generados por tonelada de pulpa (p. ej., 55 kg de demanda biológica de oxígeno, 70 kg de sólidos en suspensión y hasta 8 kg de compuestos organoclorados) y la cantidad de pulpa producida a nivel mundial. sobre una base anual (aproximadamente 180 millones de toneladas en 1994). Además, solo alrededor del 35% del papel usado se recicla, y el papel de desecho es uno de los principales contribuyentes al total de desechos sólidos en todo el mundo (alrededor de 150 millones de 500 millones de toneladas anuales).

Históricamente, el control de la contaminación no se consideró en el diseño de las plantas de celulosa y papel. Muchos de los procesos utilizados en la industria se desarrollaron sin tener en cuenta la minimización del volumen de efluentes y la concentración de contaminantes. Desde la década de 1970, las tecnologías de reducción de la contaminación se han convertido en componentes integrales del diseño de plantas en Europa, América del Norte y otras partes del mundo. La Figura 1 ilustra las tendencias durante el período de 1980 a 1994 en las fábricas de pulpa y papel canadienses en respuesta a algunas de estas preocupaciones ambientales: mayor uso de productos de desecho de madera y papel reciclable como fuentes de fibra; y disminución de la demanda de oxígeno y compuestos orgánicos clorados en las aguas residuales.

Figura 1. Indicadores ambientales en fábricas de pulpa y papel canadienses, 1980 a 1994, que muestran el uso de desechos de madera y papel reciclable en la producción, y la demanda biológica de oxígeno (DBO) y compuestos organoclorados (AOX) en efluentes de aguas residuales.

Este artículo analiza los principales problemas ambientales asociados con el proceso de pulpa y papel, identifica las fuentes de contaminación dentro del proceso y describe brevemente las tecnologías de control, incluido el tratamiento externo y las modificaciones en la planta. Los problemas derivados de los residuos de madera y los fungicidas antimanchas de albura se tratan con más detalle en el capítulo Tablas de madera.

Problemas de contaminación del aire

Las emisiones al aire de compuestos de azufre oxidado de las fábricas de pulpa y papel han causado daños a la vegetación, y las emisiones de compuestos de azufre reducido han generado quejas sobre olores a “huevo podrido”. Los estudios entre los residentes de las comunidades de las plantas de celulosa, en particular los niños, han mostrado efectos respiratorios relacionados con las emisiones de partículas, irritación de las membranas mucosas y dolor de cabeza que se cree que están relacionados con la reducción de los compuestos de azufre. De los procesos de pulpado, los que tienen el mayor potencial para causar problemas de contaminación del aire son los métodos químicos, en particular el pulpado kraft.

Los óxidos de azufre se emiten en las tasas más altas de las operaciones de sulfito, especialmente aquellas que usan bases de calcio o magnesio. Las principales fuentes incluyen soplados de digestores por lotes, evaporadores y preparación de licores, mientras que las operaciones de lavado, tamizado y recuperación contribuyen en cantidades menores. Los hornos de recuperación Kraft también son una fuente de dióxido de azufre, al igual que las calderas eléctricas que utilizan carbón o petróleo con alto contenido de azufre como combustible.

Los compuestos de azufre reducido, incluidos el sulfuro de hidrógeno, el metilmercaptano, el sulfuro de dimetilo y el disulfuro de dimetilo, se asocian casi exclusivamente con la fabricación de pasta kraft y dan a estas plantas su olor característico. Las principales fuentes incluyen el horno de recuperación, el soplado del digestor, las válvulas de alivio del digestor y las ventilaciones de lavado, aunque también pueden contribuir los evaporadores, los tanques de fundición, los apagadores, el horno de cal y las aguas residuales. Algunas operaciones de sulfito usan ambientes reductores en sus hornos de recuperación y pueden tener problemas asociados de olor a azufre reducido.

Los gases de azufre emitidos por la caldera de recuperación se controlan mejor reduciendo las emisiones en la fuente. Los controles incluyen oxidación del licor negro, reducción de la sulfuración del licor, calderas de recuperación de bajo olor y operación adecuada del horno de recuperación. Los gases de azufre del soplado del digestor, las válvulas de alivio del digestor y la evaporación del licor se pueden recolectar e incinerar, por ejemplo, en el horno de cal. Los gases de combustión pueden recogerse mediante depuradores.

Los óxidos de nitrógeno se producen como productos de la combustión a alta temperatura, y pueden surgir en cualquier planta con caldera de recuperación, caldera de potencia u horno de cal, dependiendo de las condiciones de operación. La formación de óxidos de nitrógeno se puede controlar regulando las temperaturas, las relaciones aire-combustible y el tiempo de residencia en la zona de combustión. Otros compuestos gaseosos son contribuyentes menores a la contaminación del aire de la planta (p. ej., monóxido de carbono de la combustión incompleta, cloroformo de las operaciones de blanqueo y compuestos orgánicos volátiles del alivio del digestor y la evaporación del licor).

Las partículas surgen principalmente de las operaciones de combustión, aunque los tanques de disolución de fundidos también pueden ser una fuente menor. Más del 50% de las partículas de la planta de celulosa son muy finas (menos de 1 μm de diámetro). Este material fino incluye sulfato de sodio (Na₂SO₄) y carbonato de sodio (Na₂CO₃) de hornos de recuperación, hornos de cal y tanques de disolución de fundición, y NaCl de subproductos de la quema de troncos que han sido almacenados en agua salada. Las emisiones de los hornos de cal incluyen una cantidad significativa de partículas gruesas debido al arrastre de sales de calcio y la sublimación de compuestos de sodio. Las partículas gruesas también pueden incluir cenizas volantes y productos de combustión orgánica, especialmente de calderas eléctricas. La reducción de las concentraciones de partículas se puede lograr pasando los gases de combustión a través de depuradores o precipitadores electrostáticos. Las innovaciones recientes en la tecnología de calderas eléctricas incluyen incineradores de lecho fluidizado que se queman a temperaturas muy altas, dan como resultado una conversión de energía más eficiente y permiten quemar desechos de madera menos uniformes.

Problemas de contaminación del agua

Las aguas residuales contaminadas de las fábricas de pulpa y papel pueden causar la muerte de organismos acuáticos, permitir la bioacumulación de compuestos tóxicos en los peces y afectar el sabor del agua potable río abajo. Los efluentes de aguas residuales de pulpa y papel se caracterizan en base a características físicas, químicas o biológicas, siendo las más importantes el contenido de sólidos, la demanda de oxígeno y la toxicidad.

El contenido de sólidos de las aguas residuales generalmente se clasifica en función de la fracción que está suspendida (frente a la disuelta), la fracción de sólidos suspendidos que se sedimentan y las fracciones de cualquiera de los dos que son volátiles. La fracción sedimentable es la más objetable porque puede formar un manto de lodo denso cerca del punto de descarga, que agota rápidamente el oxígeno disuelto en el agua receptora y permite la proliferación de bacterias anaerobias que generan metano y gases de azufre reducido. Aunque los sólidos no sedimentables generalmente se diluyen en el agua receptora y, por lo tanto, son menos preocupantes, pueden transportar compuestos orgánicos tóxicos a los organismos acuáticos. Los sólidos en suspensión que se descargan de las fábricas de pulpa y papel incluyen partículas de corteza, fibra de madera, arena, polvo de trituradoras mecánicas de pulpa, aditivos para la fabricación de papel, sedimentos de licor, subproductos de procesos de tratamiento de agua y células microbianas de operaciones de tratamiento secundario.

Los derivados de la madera disueltos en los licores de pulpa, incluidos los oligosacáridos, los azúcares simples, los derivados de la lignina de bajo peso molecular, el ácido acético y las fibras de celulosa solubilizadas, son los principales contribuyentes tanto a la demanda biológica de oxígeno (DBO) como a la demanda química de oxígeno (DQO). Los compuestos que son tóxicos para los organismos acuáticos incluyen compuestos orgánicos clorados (AOX; del blanqueo, especialmente pulpa kraft); ácidos resínicos; ácidos grasos insaturados; alcoholes diterpénicos (especialmente del descortezado y despulpado mecánico); juvabionas (especialmente de sulfito y pulpado mecánico); productos de degradación de la lignina (especialmente del pulpado al sulfito); orgánicos sintéticos, tales como limocidas, aceites y grasas; y productos químicos de proceso, aditivos para la fabricación de papel y metales oxidados. Los compuestos orgánicos clorados han sido motivo de especial preocupación porque son muy tóxicos para los organismos marinos y pueden bioacumularse. Este grupo de compuestos, incluido el policlorodibenzo-p-dioxinas, han sido el principal impulso para minimizar el uso de cloro en el blanqueo de pulpa.

La cantidad y las fuentes de sólidos en suspensión, la demanda de oxígeno y las descargas tóxicas dependen del proceso (tabla 1). Debido a la solubilización de los extractos de madera con poca o ninguna recuperación de ácidos resínicos y químicos, tanto la fabricación de pasta al sulfito como CTMP generan efluentes extremadamente tóxicos con una DBO alta. Históricamente, las fábricas de papel kraft usaban más cloro para el blanqueo y sus efluentes eran más tóxicos; sin embargo, los efluentes de los molinos kraft que han eliminado el Cl₂ en el blanqueo y el uso de tratamientos secundarios presentan típicamente poca toxicidad aguda, si es que la hay, y la toxicidad subaguda se ha reducido considerablemente.

Tabla 1. Sólidos suspendidos totales y DBO asociados con el efluente sin tratar (crudo) de varios procesos de fabricación de pulpa

Los sólidos en suspensión se han convertido en un problema menor porque la mayoría de los molinos utilizan clarificación primaria (p. ej., sedimentación por gravedad o flotación por aire disuelto), que elimina del 80 al 95% de los sólidos sedimentables. Se utilizan tecnologías de tratamiento secundario de aguas residuales, como lagunas aireadas, sistemas de lodos activados y filtración biológica, para reducir la DBO, la DQO y los compuestos orgánicos clorados en el efluente.

Las modificaciones del proceso en la planta para reducir los sólidos sedimentables, la DBO y la toxicidad incluyen el descortezado en seco y el transporte de troncos, cribado de astillas mejorado para permitir una cocción uniforme, deslignificación prolongada durante la reducción a pulpa, cambios en las operaciones de recuperación química de la digestión, tecnologías alternativas de blanqueo, lavado de pulpa de alta eficiencia, recuperación de fibra de aguas bravas y mejor contención de derrames. Sin embargo, las alteraciones del proceso (particularmente si resultan en el alcantarillado intencional de licores) y los cambios operativos (particularmente el uso de madera sin secar con un mayor porcentaje de extractivos) aún pueden causar avances periódicos de toxicidad.

Una estrategia de control de la contaminación relativamente reciente para eliminar por completo la contaminación del agua es el concepto de “planta cerrada”. Estos molinos son una alternativa atractiva en lugares que carecen de grandes fuentes de agua para actuar como flujos de suministro de proceso o de recepción de efluentes. Los sistemas cerrados se han implementado con éxito en las plantas de CTMP y de sulfito a base de sodio. Lo que distingue a los molinos cerrados es que el efluente líquido se evapora y el condensado se trata, se filtra y luego se reutiliza. Otras características de los molinos cerrados son las salas de malla cerradas, el lavado a contracorriente en la planta de blanqueo y los sistemas de control de sal. Aunque este enfoque es efectivo para minimizar la contaminación del agua, aún no está claro cómo se verá afectada la exposición de los trabajadores al concentrar todas las corrientes contaminantes dentro de la planta. La corrosión es un problema importante al que se enfrentan las fábricas que utilizan sistemas cerrados, y las concentraciones de bacterias y endotoxinas aumentan en el agua de proceso reciclada.

Manejo de sólidos

La composición de los sólidos (lodos) extraídos de los sistemas de tratamiento de efluentes líquidos varía según su origen. Los sólidos del tratamiento primario consisten principalmente en fibras de celulosa. El principal componente de los sólidos del tratamiento secundario son las células microbianas. Si la planta utiliza agentes blanqueadores clorados, los sólidos primarios y secundarios también pueden contener compuestos orgánicos clorados, una consideración importante para determinar la extensión del tratamiento requerido.

Antes de su eliminación, los lodos se espesan en unidades de sedimentación por gravedad y se deshidratan mecánicamente en centrífugas, filtros de vacío o prensas de banda o tornillo. Los lodos del tratamiento primario son relativamente fáciles de deshidratar. Los lodos secundarios contienen una gran cantidad de agua intracelular y existen en una matriz de limo; por lo tanto, requieren la adición de floculantes químicos. Una vez deshidratados lo suficiente, los lodos se eliminan en aplicaciones terrestres (p. ej., se esparcen en tierras cultivables o boscosas, se usan como abono o como acondicionador del suelo) o se incineran. Aunque la incineración es más costosa y puede contribuir a los problemas de contaminación del aire, puede ser ventajosa porque puede destruir o reducir los materiales tóxicos (p. ej., compuestos orgánicos clorados) que podrían crear serios problemas ambientales si se filtraran a las aguas subterráneas desde aplicaciones terrestres. .

Los desechos sólidos pueden generarse en otras operaciones de la planta. Las cenizas de las calderas eléctricas se pueden utilizar en lechos de carreteras, como material de construcción y como supresor de polvo. Los desechos de los hornos de cal se pueden utilizar para modificar la acidez del suelo y mejorar la química del suelo.

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