BR112016022545B1 - Método para redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo de formação de polpa - Google Patents
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Abstract
método e sistema para redução de fósforo no efluente ou filtrado. a invenção refere-se a um método para redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas, em que o método compreende as etapas de: a) obter uma primeira porção de um efluente ou filtrado a partir de uma etapa na qual as condições são ácidas; b) obter uma segunda porção de um efluente ou filtrado a partir da mesma ou de uma etapa diferente na qual as condições são ácidas; c) ajustar o ph da primeira porção do efluente ou filtrado para alcalino com um agente alcalino; d) permitir que o fósforo precipite na forma de um sal de fosfato; e) separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado; e f) combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado. o processo pode ser um processo de polpação química no qual a polpa é cozida em um aparelho de digestão (1), lavada em um aparelho de lavagem (2), branqueada em um aparelho de branqueamento (3) no qual ocorre uma etapa de branqueamento ácida (3'), após a qual a polpa é separada em um aparelho de separação (4) de um efluente ou filtrado ácido que é dividido em primeira e segunda porção do efluente ou filtrado. a invenção também se relaciona com os correspondentes aparelhos de purificação e polpação química.
Description
[001] A invenção refere-se a um método para a redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas. A invenção refere-se ainda a um sistema para redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo, em particular um processo químico de polpação.
[002] Efluentes produzidos em fábricas de polpa de celulose ou papel e outras plantas produtoras de efluentes são normalmente tratados em estações de tratamento de águas residuais para reduzir a quantidade de compostos que podem ser prejudiciais para o ambiente, tais como o fósforo. O fósforo deve ser removido dos efluentes que são descarregados da fábrica para o ambiente, por exemplo, para um sistema de água, para evitar a poluição. A medida que os regulamentos ambientais que limitam as emissões de fósforo tendem a tornarem-se mais rigorosos, existe uma necessidade de reduzir a quantidade de fósforo em efluentes que são transportados da fábrica para uma estação de tratamento de águas residuais e, finalmente, para o meio ambiente.
[003] As soluções tradicionais para a remoção de fósforo envolvem, por exemplo, tratamento terciário ou uso de microrganismos concentradores de fósforo (concentrador de P). Uma desvantagem do tratamento terciário é o alto investimento e custo operacional. Os microrganismos concentradores de P trabalham em meio anaeróbico, o que complica as operações necessárias e envolve tratamentos específicos para o efluente a ser usado.
[004] Portanto, os inventores reconheceram a necessidade de um método para a redução de fósforo nos efluentes obtidos de processos, tais como processos químicos de polpação.
[005] O objetivo da invenção é proporcionar um novo tipo de método para a redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas. Além disso, o objetivo da invenção é fornecer um sistema para a redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo, em particular um processo químico de polpação.
[006] O método de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo que é apresentado na reivindicação 1.
[007] O sistema de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo que é apresentado na reivindicação 16.
[008] As figuras anexas, as quais são incluídas para proporcionar uma maior compreensão da invenção e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram modalidades da invenção e em conjunto com a descrição ajuda a explicar os princípios da invenção. Nas figuras:
[009] A Figura 1 é uma ilustração de um fluxograma de um método para a redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas.
[0010] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema para redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo químico de polpação que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas.
[0011] A presente invenção refere-se a um método para redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas, em que o método compreende as seguintes etapas: a) obter uma primeira porção de um efluente ou filtrado a partir de uma etapa na qual as condições são ácidas; b) obter uma segunda porção de um efluente ou filtrado a partir da mesma ou de uma etapa diferente na qual as condições são ácidas; c) ajustar o pH da primeira porção do efluente ou filtrado para alcalino com um agente alcalino; d) permitir que o fósforo seja precipitado sob a forma de sal de fosfato; e) separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado; e f) combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado.
[0012] Nesse contexto, o termo “efluente” ou “filtrado” deve ser entendido como referindo-se a um líquido aquoso que contém fósforo, o qual é para ser removido completamente ou em parte.
[0013] Nesse contexto, o termo “efluente” também deve ser entendido como referindo-se a um líquido residual o qual é obtido do processo e o qual é para ser descarregado do processo. O efluente é usualmente tratado com a finalidade de purificação por tratamento de águas residuais antes de ser descarregado. O tratamento de águas residuais pode ocorrer na área de tratamento de águas residuais de uma fábrica de polpação química. O efluente também pode se referir, por exemplo, a um efluente ou filtrado de branqueamento, o qual é para ser descarregado ou para ser tratado com a finalidade de purificação por tratamento de águas residuais antes de ser descarregado.
[0014] Nesse contexto, o termo “filtrado” também deve ser entendido como referindo-se a um efluente do qual uma matéria sólida suspensa é removida por um tratamento de filtração, um tratamento de flotação ou qualquer outro tratamento. Assim, o termo "filtrado"não necessariamente implica que a matéria sólida suspensa, tais como as fibras, foram removidas por filtração.
[0015] O processo pode, em princípio, ser qualquer processo que envolva o tratamento de materiais contendo fósforo de origem natural, por exemplo, um processo de fabricação de papel, um processo de fibra têxtil ou um processo químico termo mecânico de polpação, desde que compreenda pelo menos uma etapa que produza um filtrado ou efluente ácido.
[0016] O método pode ser utilizado em uma fábrica de polpação química, na qual a polpa química é produzida usando o assim chamado processo de sulfato ou Kraft.
[0017] Neste contexto, o termo "polpa" deve ser entendido como referindo-se a um material fibroso lignocelulósico preparado por fibras celulósicas separadas quimicamente ou mecanicamente a partir de um material baseado em fibra natural. Os chamados processos de Kraft ou de sulfato podem ser utilizados para a produção de polpa.
[0018] Em uma modalidade, o processo é um processo de polpação química.
[0019] Em uma modalidade, o processo é um processo de polpação Kraft.
[0020] Em uma modalidade, o efluente ou filtrado é obtido a partir de operações de linha de fibra de uma fábrica de polpação química, tal como uma fábrica de polpação Kraft.
[0021] As operações de uma fábrica de polpação Kraft são convencionalmente divididas em uma linha de fibra, um sistema de recuperação química e tratamento de águas residuais. As operações de linha de fibra incluem, tipicamente, cozimento, lavagem da polpa marrom (lavar para retirar produtos químicos do cozimento da polpa), deslignificação com oxigênio, branqueamento e secagem da polpa. Em muitas fábricas de polpação Kraft convencionais o pH nas etapas de cozimento, lavagem de polpa marrom, deslignificação com oxigênio e de malha e triagem é alcalino. Quaisquer efluentes ou filtrados obtidos de tais etapas são tipicamente alcalinos. Muitas vezes, o pH em uma ou mais etapas de branqueamento é ácido. Assim, os efluentes ou filtrados obtidos de etapas de branqueamento podem ser ácidos ou alcalinos, dependendo da etapa específica e dos produtos químicos nele utilizados.
[0022] Em uma modalidade, o efluente ou filtrado é obtido a partir da primeira etapa do processo na qual as condições são ácidas.
[0023] Os presentes inventores descobriram que tipicamente é encontrado um teor muito elevado de fósforo em efluentes ou filtrados obtidos da primeira etapa do processo na qual as condições são ácidas. Por exemplo, uma concentração de fósforo no efluente ou filtrado pode ser de 5-20 mg/l ou 9-16 mg/l. Assim, pode ser muito útil obter o efluente ou filtrado da primeira etapa do processo na qual as condições são ácidas. Nesta modalidade, o teor de fósforo nos efluentes ou filtrados do processo pode ser significativamente reduzido, mesmo que apenas o efluente ou filtrado da primeira etapa do processo na qual as condições são ácidas, ou uma porção do mesmo, seja tratado de acordo com o método da invenção.
[0024] A primeira porção do efluente ou filtrado e a segunda porção do efluente ou filtrado podem ser obtidas a partir da mesma etapa do processo na qual as condições são ácidas. Elas também podem ser obtidas a partir de duas ou mais etapas diferentes do processo nas quais as condições são ácidas.
[0025] Em uma modalidade, a primeira porção do efluente ou filtrado é obtida a partir de uma primeira etapa na qual as condições são ácidas; e a segunda porção do efluente ou filtrado é obtida a partir de uma segunda e/ou posterior etapa na qual as condições são ácidas.
[0026] Em uma modalidade, a primeira porção do efluente ou filtrado é obtida a partir da primeira etapa do processo na qual as condições são ácidas.
[0027] Em uma modalidade, a primeira e/ou segunda porção do efluente ou filtrado compreende um efluente ou filtrado obtido a partir de uma etapa em que as condições são ácidas, para o qual o efluente ou filtrado um efluente ou filtrado alcalino foi adicionado. Nesta modalidade, o pH da referida segunda porção do filtrado ou efluente pode não ser alcalino antes da etapa f). O pH da primeira porção do filtrado ou efluente pode já ser alcalinado pela adição ou mistura de um efluente ou filtrado alcalino antes da etapa c), como o pH irá em qualquer caso ser ajustado para alcalino. O efluente ou filtrado alcalino pode ser obtido a partir de uma etapa do processo na qual as condições são alcalinas. O efluente alcalino pode ser adicionado ou misturado com um efluente ou filtrado obtido a partir de uma etapa na qual as condições são ácidas antes da etapa a), b), b1) e/ou c). O efluente ou filtrado alcalino pode também ser adicionado ou misturado com a segunda porção antes da etapa f), desde que o pH da referida segunda porção do efluente ou filtrado não seja alcalino antes da etapa f).
[0028] Em uma modalidade, o efluente ou filtrado é obtido a partir da primeira etapa de operações de linha de fibra de uma fábrica de polpação química na qual as condições são ácidas. A fábrica de polpação química pode ser, por exemplo, uma fábrica de polpação Kraft.
[0029] Em uma modalidade, o efluente ou filtrado é um filtrado de branqueamento ácido ou um efluente de branqueamento ácido. Tais filtrados de branqueamento ácido ou efluentes de branqueamento ácido são tipicamente obtidos de um processo de polpação química.
[0030] Em uma modalidade, o filtrado de branqueamento ácido ou o efluente de branqueamento ácido é um filtrado de branqueamento ácido ou um efluente de branqueamento ácido obtido da primeira etapa de branqueamento ácido.
[0031] Tipicamente um teor muito elevado de fósforo é encontrado no filtrado de branqueamento ácido obtido da primeira etapa de branqueamento ácido. Assim, pode ser muito útil se obter o filtrado de branqueamento ácido da primeira etapa de branqueamento ácido. Nesta modalidade, o teor de fósforo nos efluentes do processo pode ser significativamente reduzido, mesmo que apenas o filtrado de branqueamento ácido da primeira etapa de branqueamento ácido, ou uma porção do mesmo, seja tratado de acordo com o método da invenção.
[0032] Neste contexto, o termo "etapa de branqueamento" pode referir-se a qualquer etapa após as etapas da polpa marrom, e deve ser entendido como incluindo também a(s) etapa(s) de deslignificação com oxigênio, que remove seletivamente a lignina, o ácido hexenurônico e/ou metais. Neste contexto, o termo "etapa de branqueamento"também pode referir-se a quaisquer etapas imediatamente após a etapa de oxigênio. A primeira etapa de branqueamento pode ser alcalina ou ácida. Comumente é uma etapa A ácida seguida por uma etapa D sem uma etapa de lavagem entre elas. Esta é a assim chamada etapa de branqueamento A/D1.
[0033] Em uma modalidade, o filtrado é um filtrado de branqueamento A, D, D1, A/D ou A/D1 ou qualquer outro filtrado de branqueamento ácido. "A" deve ser entendido como referindo-se a uma etapa de branqueamento ácido. "D" deve ser entendido como referindo-se a uma etapa de branqueamento de dióxido de cloro. As etapas A, D e D1 podem ser etapas separadas umas das outras; cada uma das etapas A, D e D1, no entanto, devem neste contexto, serem entendidas como sendo as etapas de branqueamento.
[0034] O efluente ácido também pode ser obtido a partir do tratamento de acidificação da polpa não branqueada, o qual é realizado antes do branqueamento, após a lavagem da polpa marrom e do tratamento com oxigênio da unidade de deslignificação de oxigênio. Este efluente ácido tipicamente também contém compostos de fósforo dissolvidos.
[0035] O filtrado também pode ser um filtrado ácido obtido a partir do tratamento de acidificação da polpa não branqueada após lavagem da polpa marrom, a qual o tratamento é realizado para dissolver compostos de fósforo solúveis em ácido contidos na polpa antes do branqueamento.
[0036] Em uma modalidade, o método compreende as etapas de: a) obter um efluente ou filtrado a partir de uma etapa na qual as condições são ácidas; b1) dividir o efluente ou filtrado em uma primeira porção e uma segunda porção; c) ajustar o pH da primeira porção do efluente ou filtrado para alcalino com um agente alcalino; d) permitir que o fósforo seja precipitado na forma de um sal de fosfato; e) separar o precipitado para produzir efluente ou filtrado purificado; e f) combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado.
[0037] Na etapa b1), o efluente ou filtrado pode ser dividido, por exemplo, dividindo-se um fluxo do efluente ou filtrado em dois fluxos separados. O primeiro fluxo pode ser transportado para as etapas c)-e) para se obter um fluxo de efluente ou filtrado purificado; o segundo fluxo do efluente ou filtrado pode então ser combinado com o fluxo de efluente ou filtrado purificado.
[0038] Em uma modalidade, o pH do efluente ou filtrado obtido na etapa a) é inferior a 7; ou inferior a 6; ou inferior a 3.
[0039] Em uma modalidade, o pH do efluente ou filtrado obtido na etapa b) é inferior a 7; ou inferior a 6; ou inferior a 3.
[0040] Em uma modalidade, o pH do efluente ou filtrado obtido na etapa b1) é inferior a 7; ou inferior a 6; ou inferior a 3.
[0041] Em uma modalidade, o pH do efluente ou filtrado obtido na etapa a) e etapa b) ou b1) é inferior a 7; ou inferior a 6; ou inferior a 3.
[0042] Em uma modalidade, o pH do efluente ou filtrado obtido na etapa a), b) e/ou b1) é 1-7; ou 2-7; ou 1-6; ou 2-6; ou 1-3; ou 2-3.
[0043] Em uma modalidade, o pH da primeira porção do efluente ou filtrado é ajustado na etapa c) para 8 - 14; ou 8-11; ou 9-10; ou para 9,2-9,8.
[0044] Quando o pH da primeira porção do efluente ou filtrado é ajustado para alcalino, o fósforo precipita, tipicamente na forma de fosfato de cálcio. A fonte de cálcio no fosfato de cálcio precipitado pode ser cálcio inicialmente contido no efluente ou filtrado e/ou cálcio que é introduzido na primeira porção do efluente ou filtrado como um componente do agente alcalino. Assim, o precipitado contém tipicamente fosfato de cálcio. O precipitado pode compreender ainda outros sais de fosfato, tais como fosfato de cálcio hidrogenado; carbonato de cálcio; sulfato de cálcio; compostos orgânicos de fósforo; e/ou outros componentes precipitados / co-precipitados.
[0045] O agente alcalino pode ser qualquer agente que seja capaz de elevar o pH da primeira porção do efluente ou filtrado a um pH ao qual o fósforo pode precipitar. O agente alcalino pode ser uma solução, tal como uma solução aquosa, um sólido, ou uma mistura dos mesmos.
[0046] Em uma modalidade, o agente alcalino é CaO; um hidróxido de metal alcalino, tal como NaOH; Ca(OH)2; NH4OH; um efluente ou filtrado alcalino; um efluente ou filtrado de branqueamento alcalino; ou um pó, uma solução aquosa, ou qualquer mistura destes.
[0047] Em uma modalidade, o agente alcalino é um sólido CaO.
[0048] Em uma modalidade, o agente alcalino é uma solução aquosa de CaO, uma solução aquosa de um hidróxido de metal alcalino, tal como NaOH, uma solução aquosa de Ca(OH)2, uma solução aquosa de NH4OH, ou qualquer mistura destes.
[0049] O agente alcalino pode também ser uma mistura de um sólido e de uma solução aquosa.
[0050] Se o agente alcalino for Ca(OH)2, CaO, um pó, uma solução aquosa ou qualquer mistura dos mesmos, pelo menos alguns dos íons de cálcio contidos nele podem precipitar com o fósforo contido na primeira porção do efluente ou filtrado.
[0051] O agente alcalino pode ser um agente alcalino que é utilizado para ajustar o pH de águas residuais, tal como uma solução aquosa de Ca(OH)2.
[0052] A concentração do agente alcalino pode variar. Um agente alcalino relativamente forte ou uma solução aquosa contendo uma alta concentração de um agente alcalino pode, no entanto, ter a utilidade de adição de um pequeno volume do agente alcalino ser necessário para ajustar o pH para alcalino. Assim, um aumento do volume e a dissolução do precipitado podem ser evitados. Por exemplo, se uma solução aquosa de Ca(OH)2 é usada como o agente alcalino, a concentração da solução aquosa de Ca(OH)2 é, de preferência, pelo menos 2 g/l, ou mais preferencialmente de pelo menos 20 g/l. Ainda mais preferencialmente, o agente alcalino é um sólido CaO.
[0053] Na etapa c), a primeira porção do efluente ou filtrado pode ser misturada com o agente alcalino. A mistura tipicamente acelera a precipitação do fósforo. A mistura pode ser efetuada, por exemplo, por agitação. A mistura pode também ser efetuada utilizando um aparelho adequado para misturar o agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido. Tal aparelho pode ser, por exemplo, um tanque ou uma tubulação que compreende meios para misturar. Os meios de mistura podem ser, por exemplo um misturador, um braço de mistura ou um agitador. Tal aparelho pode também ser, por exemplo, uma tubulação equipada com um ou mais bicos para injetar o agente alcalino na tubulação na qual a primeira porção do efluente ou filtrado ácido pode escoar.
[0054] A temperatura na etapa c) pode ser definida, por exemplo, entre 25 - 90°C. O aumento da temperatura pode aumentar a precipitação.
[0055] A separação do precipitado na etapa e) pode ser efetuada, por exemplo, por decantação, clarificação, flotação ou sedimentação.
[0056] Depois de o precipitado ser separado da primeira porção do efluente ou filtrado, o efluente ou filtrado purificado assim obtido tem o teor de fósforo substancialmente reduzido. A remoção do fósforo é tipicamente tão eficiente que o efluente ou filtrado purificado obtido pode ser considerado como sendo substancialmente isento de fósforo.
[0057] Pode não ser sempre desejável eliminar completamente o fósforo do efluente ou filtrado, em particular nos casos em que o efluente ou filtrado é subsequentemente transportado para uma estação de tratamento de águas residuais. Muitas estações de tratamento de águas residuais utilizam processos bacterianos para tratamento de águas residuais, para o qual uma baixa quantidade de fósforo no efluente ou filtrado é preferível ou mesmo necessária. Além disso, pode ser suficiente para tratar apenas a primeira porção do efluente ou filtrado, a fim de reduzir significativamente o teor de fósforo no efluente ou filtrado. Por exemplo, um tratamento de todos os efluentes ou filtrados ácidos obtidos de um processo não é necessário para reduzir significativamente o fósforo no volume total dos efluentes e filtrados obtidos de todo o processo.
[0058] Em uma modalidade, a primeira porção do efluente ou filtrado consiste de 2-95% (v/v); 5-95% (v/v); 5-50% (v/v); ou 10-40% (v/v) do volume total do efluente ou filtrado. Neste contexto, o volume total de efluente ou filtrado deve ser entendido como consistindo do volume total de ambas a primeira e segunda porções.
[0059] Uma redução significativa no fósforo no efluente ou filtrado pode ser obtida mesmo se a primeira porção do efluente ou filtrado for uma porção relativamente pequena, em comparação com o volume total do efluente ou filtrado.
[0060] A primeira e a segunda porção do efluente ou filtrado ou as suas proporções em volume podem ser selecionadas de modo que, por exemplo, a concentração de fósforo, o pH das referidas porções e/ou o pH do efluente ou filtrado purificado combinado e a segunda porção do filtrado ou efluente é ótimo.
[0061] Em uma modalidade, a primeira porção do efluente ou filtrado tem um maior teor ou concentração de fósforo do que a segunda porção.
[0062] Em uma modalidade, a primeira porção do efluente ou filtrado tem uma concentração de fósforo de 520 mg/l; ou 9-16 mg/l.
[0063] Em uma modalidade, a primeira porção do efluente ou filtrado pode ser obtida a partir da etapa na qual as condições são ácidas e na qual o teor ou concentração de fósforo é mais elevado.
[0064] A etapa f) pode ser realizada em qualquer etapa do processo antes da pós-neutralização da combinação obtida da etapa f) em uma estação de tratamento de águas residuais, na qual a pós-neutralização é realizada para ajustar o pH adequado para o tratamento aeróbio. A pós- neutralização é normalmente realizada antes da bacia de aeração. Pode, por exemplo, ser realizada na linha de fibra, antes do tratamento preliminar clarificador ou em qualquer outra etapa antes da aeração.
[0065] Em uma modalidade, o método compreende ainda a etapa g) de transportar a combinação do efluente ou filtrado purificado e a segunda porção do filtrado ou efluente obtido da etapa f) para o tratamento de águas residuais ou descarte.
[0066] A combinação do efluente ou filtrado purificado e a segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) pode ser diretamente direcionada para o tratamento de águas residuais, por exemplo, para uma estação de tratamento de águas residuais ou descarte. O pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) podem também ser ajustados, por exemplo, a um pH neutro, se necessário.
[0067] Em uma modalidade, o pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) é neutro ou quase neutro.
[0068] Em uma modalidade, o pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) está na faixa de 6 a 8, ou na faixa de 6,5 a 7,5.
[0069] Em uma modalidade, o pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) é ajustado para neutro ou quase neutro.
[0070] Em uma modalidade, o pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) é ajustado para um pH na faixa de 6 a 8, ou na faixa de 6,5 a 7,5.
[0071] Se o efluente ou filtrado purificado é combinado com a segunda porção do efluente ou filtrado, a segunda porção do efluente ou filtrado é muitas vezes capaz de ajustar o pH para um nível inferior. O pH da combinação resultante pode, assim, ser neutro ou próximo de um pH neutro. Dependendo, por exemplo, da razão entre o volume do efluente ou filtrado purificado para o volume da segunda porção do efluente ou filtrado, o pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do filtrado ou efluente obtido da etapa f) pode ser ajustado. Um agente neutralizante adequado pode ser utilizado para ajustar o pH do efluente. O agente neutralizante pode ser um agente alcalino ou um agente ácido.
[0072] Em uma modalidade, o agente alcalino com o qual o pH da combinação do efluente ou filtrado purificado e da segunda porção do filtrado ou efluente obtido da etapa f) é ajustado é o mesmo agente alcalino com o qual o pH da primeira porção do efluente ou filtrado é ajustado para alcalino na etapa c).
[0073] A presente invenção diz ainda respeito a um sistema para redução do fósforo no efluente ou filtrado de um processo de polpação química que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas, em que o sistema compreende: um aparelho de digestão para cozinhar a polpa; um aparelho de lavagem para lavar a polpa; um aparelho de branqueamento compreendendo um aparelho para a separação de efluentes ou filtrados ácidos da polpa obtida de uma etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas; um aparelho de purificação para a remoção de fósforo do efluente ou filtrado ácido; um primeiro conduíte entre o aparelho para a separação de efluentes ou filtrados da polpa e o aparelho de purificação para transportar uma primeira porção do efluente ou filtrado ácido do aparelho para separação de efluentes ou filtrados da polpa para o aparelho de purificação; um segundo conduíte para transportar uma segunda porção do efluente ou filtrado ácido; o aparelho de purificação compreendendo um aparelho adaptado para a mistura de um agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido e para permitir que o fósforo precipite na forma de um sal de fosfato, e um aparelho de separação para separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado; e um aparelho para combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado ácido.
[0074] Em uma modalidade, o primeiro e o segundo conduítes estão ambos conectados ao aparelho para separação do efluente ou filtrado da polpa obtida a partir de uma etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas. Em uma modalidade, o primeiro conduíte é conectado ao aparelho para a separação de efluente ou filtrado da polpa obtida de uma etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas, e o segundo conduíte está conectado ao primeiro conduíte. Em uma modalidade, o segundo conduíte é conectado ao aparelho para a separação de efluente ou filtrado da polpa obtida de uma etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas, e o primeiro conduíte está conectado ao segundo conduíte. Em tais modalidades, o primeiro e o segundo conduítes podem ser conectados diretamente ou indiretamente. Existe, portanto, uma ligação do fluxo do aparelho para a separação de efluente ou filtrado da polpa para o aparelho adaptado para a mistura de um agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido e para permitir que o fósforo precipite na forma de um sal de fosfato; e uma ligação do fluxo do aparelho adaptado para a mistura de um agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido e para permitir que o fósforo precipite na forma de um sal de fosfato para o aparelho de separação para separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado. Há também uma ligação do fluxo do aparelho de separação para separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado para o aparelho para combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado ácido.
[0075] O aparelho para combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado ácido pode compreender, por exemplo, um terceiro conduíte para transportar o efluente ou filtrado purificado do aparelho de separação. Pode compreender ainda meios para conectar o terceiro conduíte para transportar o efluente ou filtrado purificado do aparelho de separação ao segundo conduíte para transportar uma segunda porção do efluente ou filtrado ácido. O aparelho para combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado ácido pode também compreender, por exemplo, um misturador, um tanque ou uma bacia através dos quais o segundo e terceiro conduítes estão conectados. O terceiro e o segundo conduítes podem ser conectados diretamente ou indiretamente.
[0076] O sistema também pode conter bombas para vários fluidos, tubulação apropriada, tanques e/ou misturadores. Ele pode ainda conter, por exemplo, um aparelho de secagem para secagem da polpa branqueada, um sistema de recuperação química e/ou outros componentes de uma fábrica de polpação química. O sistema de recuperação química pode incluir um ciclo alcalino e um sistema de circulação de cal.
[0077] Em uma modalidade, o aparelho de branqueamento inclui um aparelho para a separação de efluente ou filtrado da polpa obtida de uma etapa de branqueamento para a separação de efluentes ou filtrados ácidos obtidos da primeira etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas.
[0078] Em uma modalidade, o aparelho para separação do efluente ou filtrado da polpa obtida de uma etapa de branqueamento é um aparelho de filtragem para filtrar o efluente ou filtrado ácido obtido de uma etapa de branqueamento.
[0079] Em outras modalidades, o aparelho para a separação do efluente ou filtrado da polpa obtida de uma etapa de branqueamento pode ser uma prensa, uma prensa de lavagem, um equipamento de lavagem por deslocamento, ou qualquer outro aparelho que seja capaz de separar a polpa e o efluente ou filtrado.
[0080] Em uma modalidade, o sistema compreende: um aparelho de digestão para cozinhar a polpa; um aparelho de lavagem para lavar a polpa; um aparelho de branqueamento compreendendo um aparelho para a separação de efluente ou filtrado ácido da polpa obtida de uma etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas; um primeiro conduíte para transportar uma primeira porção do efluente ou filtrado ácido do aparelho para separação de efluente ou filtrado da polpa; um aparelho de purificação para a remoção de fósforo do efluente ou filtrado ácido; um segundo conduíte para transportar uma segunda porção do efluente ou filtrado ácido; em que a primeira extremidade do primeiro conduíte é conectado ao aparelho para a separação de efluente ou filtrado da polpa e a segunda extremidade do primeiro conduíte é conectada ao aparelho de purificação; o aparelho de purificação compreende um aparelho adaptado para a mistura de um agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido e para permitir que o fósforo precipite na forma de um sal de fosfato; um aparelho de separação para separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado; e um terceiro conduíte para transportar o efluente ou filtrado purificado do aparelho de purificação; e o terceiro conduíte está conectado ao segundo conduíte para combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado ácido.
[0081] O primeiro, segundo e terceiro conduítes podem ser ligados aos respectivos componentes do sistema, diretamente ou indiretamente.
[0082] Cada um do primeiro, segundo e terceiro conduítes podem compreender, por exemplo, um tubo ou quaisquer outros meios para estabelecer uma ligação de fluxo.
[0083] Em uma modalidade, o aparelho adaptado para a mistura de um agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido inclui um conduíte para introduzir o agente alcalino. Pode compreender ainda um aparelho para misturar o agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido. Tal aparelho pode ser, por exemplo, uma tubulação equipada com um ou mais bicos para injetar o agente alcalino na tubulação na qual a primeira porção do efluente ou filtrado ácido pode escoar.
[0084] O agente alcalino pode ser qualquer agente alcalino descrito acima. Em uma modalidade, o agente alcalino é CaO; um hidróxido de metal alcalino, tal como NaOH; Ca(OH)2; NH4OH; um efluente ou filtrado alcalino; um efluente ou filtrado de branqueamento alcalino; ou um pó, uma solução aquosa, ou qualquer mistura destes.
[0085] Em uma modalidade, o sistema compreende um reator para colocar o agente alcalino em contato com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido para efetuar a precipitação do fósforo. O reator pode ser equipado com um ou mais bicos para injetar o agente alcalino no reator. O agente alcalino pode assim ser introduzido continuamente injetando-o em um fluxo da primeira porção do efluente ou filtrado ácido. No reator, a primeira porção do efluente ou filtrado ácido pode escoar em uma tubulação e o agente alcalino pode ser injetado no fluxo.
[0086] O aparelho de separação para separar o precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado pode ser, por exemplo, um decantador centrífugo, um clarificador, um separador de sólidos ou um aparelho de floculação.
[0087] O segundo conduíte e o terceiro conduíte podem ser conectados uns aos outros, por exemplo, usando um acessório ou conexão de tubo adequado. Eles também podem ser conectados através de um tanque, um misturador ou uma bacia para combinar e/ou misturar o efluente ou filtrado purificado e a segunda porção do efluente ou filtrado ácido.
[0088] O sistema pode compreender ainda uma tubulação ou um conduíte para a passagem da combinação efluente ou filtrado purificado e a segunda porção do efluente ou filtrado obtido da etapa f) para uma estação de tratamento de águas residuais ou para descarte.
[0089] As modalidades da invenção aqui anteriormente descritas podem ser utilizadas em qualquer combinação umas com as outras. Várias das modalidades podem ser combinadas para juntamente formar uma modalidade adicional da invenção. Um método ou um sistema, ao qual a invenção é relacionada, pode compreender pelo menos uma das modalidades da invenção aqui descritas anteriormente.
[0090] Uma vantagem da presente invenção é que o teor de fósforo no efluente ou filtrado proveniente do processo pode ser significativamente reduzido pelo método de acordo com a presente invenção.
[0091] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que é um processo de baixo custo, o que não requer investimentos significativos em equipamentos. Ele também não requer investimentos significantes em reagentes; reagentes tais como agentes alcalinos que poderiam em todo o caso serem utilizados para ajustar o pH do efluente ou filtrado podem ser utilizados.
[0092] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que a necessidade de ajustar o pH do efluente ou filtrado é reduzida.
[0093] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que uma redução significativa do fósforo no filtrado ou efluente pode ser obtida mesmo que o volume da primeira porção do efluente ou filtrado seja relativamente pequeno em comparação com o volume total do efluente ou filtrado.
[0094] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que pequenas quantidades de fósforo podem ser retidas no efluente ou filtrado que é transportado para tratamento de águas residuais; isto pode ser vantajoso, por exemplo, quando o subsequente tratamento de águas residuais utiliza processos bacterianos, no qual uma quantidade de fósforo no efluente ou filtrado é preferível.
[0095] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que ele pode ser realizado, por exemplo, na linha de fibra de uma fábrica de polpação química. Assim, ele pode ser usado para reduzir o fósforo no efluente ou filtrado já na fábrica de polpação química.
[0096] Referência será feita agora em detalhe às modalidades da presente invenção, um exemplo da qual é ilustrada nos desenhos anexos.
[0097] A descrição que se segue declara algumas concretizações da invenção de tal pormenor que um especialista na técnica é capaz de utilizar a invenção com base na declaração. Nem todas as etapas das concretizações são discutidas em pormenor, como muitas das etapas serão óbvias para o especialista na técnica com base nessa especificação.
[0098] Por razões de simplicidade, os números dos itens serão mantidos nos seguintes modalidades exemplares no caso de componentes repetidos.
[0099] A Figura 1 ilustra um método de acordo com uma modalidade da presente invenção para reduzir o fósforo em um efluente ou filtrado de um processo que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas. O processo compreende nesta modalidade pelo menos duas etapas de processo separadas nas quais as condições são ácidas. Na etapa a), uma primeira porção de um efluente ou filtrado é obtida de uma tal etapa. Uma segunda porção de um efluente ou filtrado é obtida de uma fase separada na etapa b) ou o efluente ou filtrado que é obtido de uma única etapa é dividido na etapa b1) em uma primeira porção e uma segunda porção. A primeira porção assim obtida é transportada para a etapa c). O agente alcalino é adicionado para ajustar o pH da primeira porção do efluente ou filtrado para alcalino na etapa c). Na etapa d) o fósforo é permitido a ser precipitado e o precipitado é separado na etapa e). O efluente ou filtrado purificado do qual o precipitado foi separado é transportado para a etapa f) na qual o efluente ou filtrado purificado e a segunda porção do efluente ou filtrado são combinados. A combinação assim obtida pode ser direcionada para descarte ou tratamento de águas residuais (etapa g).
[00100] A Figura 2 ilustra um sistema de acordo com uma modalidade da presente invenção para a redução do fósforo no efluente ou filtrado de um processo de polpação química que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas. Vários componentes que podem ser uma parte do sistema não foram incluídos nesta ilustração esquemática por simplicidade.
[00101] Nesta modalidade exemplar, o sistema compreende um aparelho de digestão 1 para cozinhar a polpa a partir de material lignocelulósico. Do aparelho de digestão 1, a polpa (muitas vezes chamada “polpa marrom”) é transportada para um aparelho de lavagem 2 para a lavagem da polpa. O aparelho de lavagem 2 pode conter, por exemplo, um ou mais lavadores de polpa marrom, tipicamente utilizando um fluxo em contracorrente. A polpa lavada é transportada a um aparelho de branqueamento 3. Nesta modalidade, o aparelho de branqueamento contém três etapas de branqueamento denotadas 3', 3'' e 3'''. A etapa 3', nesta modalidade a primeira etapa de branqueamento, é uma etapa de branqueamento na qual as condições são ácidas, por exemplo, uma etapa A/D1; as etapas 3'' e 3''' podem ser ácidas ou alcalinas. O sistema também compreende um aparelho 11 para a secagem da polpa. O aparelho de branqueamento 3 compreende um aparelho 4 para a separação do efluente ou filtrado da polpa obtida da etapa de branqueamento 3'. O sistema compreende ainda um primeiro conduíte 5 para transportar uma primeira porção do efluente ou filtrado ácido obtido usando o aparelho 4 para separação do efluente ou filtrado da polpa para o aparelho de purificação 6. O primeiro conduíte 5 é diretamente ou indiretamente conectado ao aparelho 4 para a separação do efluente ou filtrado da polpa e ao aparelho de purificação 6. O aparelho de purificação 6 compreende um aparelho 8 adaptado para a mistura de um agente alcalino com a primeira porção do efluente ou filtrado ácido e para permitir a precipitação do fósforo. O aparelho 8 pode conter, por exemplo, um tanque para permitir a precipitação do fósforo. Tal tanque pode ser, por exemplo, um tanque com cone inferior. O aparelho 8 compreende ainda um aparelho de separação 9 para a separação do precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado.
[00102] O sistema também compreende um segundo conduíte 7 para transportar uma segunda porção do efluente ou filtrado ácido obtido do aparelho 4 para a separação do efluente ou filtrado da polpa; e um terceiro conduíte 10 para transportar o efluente ou filtrado purificado do aparelho de separação 9. O segundo conduíte 7 está conectado ao aparelho 4 para a separação do efluente ou filtrado da polpa, diretamente ou indiretamente através de meios adequados. O terceiro conduíte 10 está conectado ao aparelho de separação 9 para a separação do precipitado para produzir um efluente ou filtrado purificado. O segundo conduíte 7 e o terceiro conduíte 10 estão conectados diretamente ou indiretamente para combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado ácido. O segundo conduíte 7 e o terceiro conduíte 10 podem ser conectados, por exemplo, de modo que eles formem um conduíte para transportar a combinação do efluente ou filtrado purificado e a segunda porção do efluente ou filtrado ácido para uma estação de tratamento de águas residuais 12 e ainda para descarte.
[00103] Filtrados de branqueamento ácido (filtrados A/D1) foram obtidos a partir de uma fábrica de polpação Kraft. Um fluxo de 9 m3/ADt do filtrado foi dividido em duas porções, uma primeira porção de 2 m3/ADt e uma segunda porção de 7 m3/ADt.
[00104] A primeira porção foi tratada com uma solução aquosa de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). O hidróxido de cálcio foi usado em uma concentração de 1,84 g/l ou 20 g/l. O pH da primeira porção foi ajustado para 9,0, 9,2, 9,5, 9,8 ou 10,0 por adição da solução aquosa de hidróxido de cálcio. O precipitado foi removido por decantação após 2 horas do ajuste do pH para alcalino. Após a remoção do precipitado, o filtrado purificado da primeira porção foi combinado com a segunda porção e transportado para a estação de tratamento de águas residuais.
[00105] Amostras foram obtidas da primeira porção do filtrado antes da adição da solução de hidróxido de cálcio e depois da remoção do precipitado. O teor de fósforo total das amostras foi determinado usando o método de análise "metais ICP (Plasma Indutivamente Acoplado) com digestão por microondas" SFS-EN ISO 11885.
[00106] Uma redução de aproximadamente 60-99% no teor de fósforo foi medida no filtrado purificado da primeira porção, quando comparado com o filtrado de branqueamento ácido não tratado. Ajustando o pH da primeira porção para um pH acima de 9,2 não melhorou a redução obtida.
[00107] A solução com as maiores concentrações de Ca(OH)2 (20g/l) originou uma melhor redução do que a solução mais diluída de Ca(OH)2 (1,84 g/l). Isto foi provavelmente devido à maior diluição da amostra com 1,84 g/l, que quase dobra a quantidade de filtrado após o tratamento em comparação com 20 g/l (fator de diluição foi de apenas 1,06).
[00108] É óbvio para um especialista na técnica que com o avanço da tecnologia a ideia básica da invenção pode ser implementada de várias maneiras. A invenção e as suas modalidades, portanto, não estão limitadas aos exemplos descritos acima; em vez disso, podem variar dentro do escopo das reivindicações.
Claims (10)
1. Método para redução de fósforo no efluente ou filtrado de um processo de formação de polpa químico que compreende pelo menos uma etapa na qual as condições são ácidas, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende as etapas de: a) obter uma primeira porção de um efluente ou filtrado de uma etapa na qual as condições são ácidas, em que o efluente ou filtrado é um líquido aquoso que contem fósforo; b) obter uma segunda porção de um efluente ou filtrado da mesma ou de uma etapa diferente na qual as condições são ácidas, em que a primeira porção do efluente ou filtrado tem um teor ou concentração de fósforo mais alto do que a segunda porção; c) ajustar o pH da primeira porção do efluente ou filtrado para alcalino com um agente alcalino; d) permitir que o fósforo na primeira porção do efluente ou filtrado precipite na forma de um sal de fosfato; e) separar o precipitado da primeira porção do efluente ou filtrado para produzir um efluente ou filtrado purificado; e f) combinar o efluente ou filtrado purificado com a segunda porção do efluente ou filtrado, em que o efluente ou filtrado é um filtrado de branqueamento ácido ou um efluente de branqueamento ácido, e o método ainda compreende a etapa g) de transporte da combinação do efluente ou filtrado purificado e segunda porção do efluente ou filtrado obtenível a partir da etapa f) para tratamento ou descarga de águas residuais.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o efluente ou filtrado é emitido de operações de linha de fibra de uma fábrica de polpação química.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o efluente ou filtrado é obtido da primeira etapa do processo na qual as condições são ácidas.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira porção do efluente ou filtrado é obtida a partir de uma primeira etapa na qual as condições são ácidas; e a segunda porção do efluente ou filtrado é obtida a partir de uma segunda etapa na qual as condições são ácidas.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o pH do efluente ou filtrado obtido na etapa a) e/ou b) é inferior a 6; ou inferior a 3.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o filtrado de branqueamento ácido ou efluente de branqueamento ácido é o filtrado de branqueamento ácido ou efluente de branqueamento ácido obtido da primeira etapa de branqueamento ácido.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o pH da primeira porção do efluente ou filtrado é ajustado na etapa c) para 8-14; ou 8-11; ou 9-10; ou para 9,2-9,8.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente alcalino é CaO; um hidróxido de metal alcalino, tal como NaOH; Ca(OH)2; NH4OH; um efluente ou filtrado alcalino; um efluente ou filtrado de branqueamento alcalino; ou um pó, uma solução aquosa, ou qualquer mistura destes.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira porção do efluente ou filtrado consiste em 2-95% (v/v); 5-50% (v/v); ou 10-40% (v/v) do volume total do efluente ou filtrado.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira porção do efluente ou filtrado tem uma concentração de fósforo de 5-20 mg/l; ou 9-16 mg/l.
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