Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 921341 bytes, checksum: 446b365083b78b0c2838f6e14f0457d3 (MD5) Previous issue date: 2011-05-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Bleached kraft pulp production generates large volumes of wastewater. During the process, wood components such as lignin, extractives and fibers are removed and contribute to the organic load of these effluents. Pulp mill wastewater treatment is usually performed by biological processes but part of the organic load has low biodegradability (or high recalcitrance) and is not removed by the treatment. Moreover, some of these compounds be toxic and decrease survival and, or reproduction in aquatic organisms. Pulp mill effluents are commonly treated in activated sludge plants. This system consists of an aeration tank, where organic matter is removed by biomass (biological sludge), and a sedimentation tank (secondary sedimentation), where effluent clarification occurs through settling of the biological sludge, which is recycled to the aeration tank, which allows increasing the biomass concentration and contributes to greater treatment efficiency. The moving bed biofilm reactor (MBBR) has emerged as a new activated sludge system configuration aimed at greater organic matter removal efficiency combined with greater stability, lower solids production and less need for nutrients. In this system, the aeration tank is filled with plastic biofilm carriers that are suspended and in continuous movement within the aeration tank, permitting growth of biomass in both dispersed and biofilm forms. This configuration allows greater biomass retention and may result in better recalcitrant organic matter or toxicity removal from industrial effluent. This study compared activated sludge and MBBR systems in parallel with the MBBR with hydraulic retention times of 12 and 24 hours, and the reactors in series (with MBBR after the activated sludge system), with regard to removal of organic matter, extractives, lignin, phenolic compounds and toxicity of bleached kraft pulp mill effluent, as well as EPS production by biological sludge. Both systems showed high organic matter removal efficiency with no statistically significant differences between reactor configurations. In relation to recalcitrant compounds, the MBBR was more efficient than the activated sludge system in extractives removal, but there was no difference in removal of lignin or phenolic compounds. Protein contents were higher in EPS produced by biological sludge in the reactors operated in series than in parallel. In general, the chronic toxicity to Ceriodaphnia dubia was eliminated through biological treatment, independently of the system or hydraulic retention time. In general, theMBBR and activated sludge systems behaved similarly for most of the parameters analyzed and configurations evaluated. / O processo de produção de polpa celulósica kraft branqueada é conhecido pela geração de grande volume de efluentes. Durante o processo, componentes da madeira, como lignina, extrativos e fibras, são removidos e contribuem para o aumento da carga orgânica destes efluentes. O tratamento destas águas residuárias normalmente é realizado por processos biológicos e parte destes compostos orgânicos possui baixa biodegradabilidade (ou alta recalcitrância) e não são removidos durante o tratamento. Além disso, alguns desses compostos apresentam efeitos tóxicos e podem causar problemas em relação à sobrevivência e, ou reprodução de organismos aquáticos. Um dos processos biológicos mais utilizados por indústrias de polpa celulósica é o sistema de lodos ativados. Este sistema é composto por um tanque de aeração, no qual ocorre a remoção da matéria orgânica através de sua utilização por uma biomassa (lodo biológico), e um decantador (decantador secundário), no qual ocorre a clarificação do efluente através da sedimentação dos sólidos em suspensão. O fornecimento do oxigênio é realizado por aeradores superficiais, sopradores de ar ou injeção de oxigênio puro. O sistema apresenta ainda uma linha de recirculação de lodo, responsável pelo retorno da biomassa decantada ao tanque de aeração, o que permite o aumento da concentração da biomassa e contribui para uma maior eficiência do tratamento. O reator de biofilme e leito móvel (MBBR) surgiu como uma nova configuração do sistema de lodos ativados visando maior eficiência de remoção de matéria orgânica combinada com maior estabilidade, menor produção de sólidos e menor necessidade de nutrientes. Neste sistema, o tanque de aeração é preenchido com meios suportes que possibilitam o crescimento aderido juntamente com o crescimento disperso no meio líquido. Esta configuração permite maior retenção da biomassa e pode implicar em uma maior remoção de matéria orgânica recalcitrante ou tóxica de efluentes industriais. O presente estudo comparou o sistema de lodos ativados e reator MBBR operados em paralelo com tempos de detenção hidráulica de 12 e 24 horas, além dos reatores em série (com o MBBR após o sistema de lodos ativados). Foram avaliadas as eficiências dos sistemas em relação à remoção de matéria orgânica, extrativos, lignina, compostos fenólicos e toxicidade do efluente de uma fábrica de polpa kraft branqueada de eucalipto, além de produção de EPS pelo lodo biológico. Os resultados indicaram grande eficiência de remoção de matéria orgânica de ambos os sistemas nas diferentes configurações testadas, e não foram observadas diferenças significativas entre os tratamentos. Em relação aos compostos recalcitrantes, o MBBR apresentou-se mais eficiente na remoção de extrativos do que o sistema de lodos ativados, mas não houve diferença significativa para a remoção de compostos fenólicos. Em geral, o tratamento biológico foi capaz de eliminar a toxicidade a Ceriodaphnia dubia, independentemente do reator ou tempo de detenção hidráulico. De maneira geral, o reator MBBR comportou-se de maneira semelhante ao sistema de lodos ativados, para a maioria dos parâmetros analisados e para as configurações testadas.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 314822 bytes, checksum: 5b2d05d7e90ad2be423641cfa4c9b2a8 (MD5) Previous issue date: 2010-07-09 / Historically, the pulp and paper industry has been one of the largest consumers of natural resources. The volume of water consumed in the sector reaches an average value of about 25 to 100 m3 per ton of pulp produced. Among the stages that comprise the kraft process, the bleaching plant is the largest source of liquid effluent generation. Reducing effluent generation, through partial or total system closure, significantly reduces fresh water consumption and brings benefits in terms of reduction of environmental pollution. The purpose of this work was to evaluate the feasibility of reducing fresh water consumption in the bleaching system, through the recirculation of bleaching filtrates. From the current conditions of pulp process of Lwarcel Celulose Ltda, which has total effluent generation of 22 m3/adt, two degrees of closure were analyzed, generation 19,5 and 17,5 m3/tsa. Based on these conditions, the final product quality, concentration and influence of non-process elements (NPEs) in the circuit, reagent consumption on bleaching and concentration of effluent generation were analyzed. Results indicate that as the circuit was closed, the concentration of non-process elements (NPEs) was increased in the system and only one alternative analyzed meets pulp quality requirements. / Historicamente a indústria de celulose e papel tem sido considerada uma das maiores consumidoras de recursos naturais. O volume de água consumido pelo setor alcança em média valores de 25 a 100 m3 por tonelada de polpa celulósica produzida. Dentre os estágios que compõem o processo kraft, a planta de branqueamento constitui a maior fonte de geração de efluentes líquidos. Impactos significativos através da redução de geração de efluentes, com fechamento parcial ou total do circuito, trazem economia no consumo de água fresca e benefícios ambientais. A proposta deste trabalho é avaliar a viabilidade da redução do consumo de água fresca no processo de branqueamento, através da recirculação de filtrado no circuito. A partir das condições atuais do processo de fabricação de celulose da indústria Lwarcel Celulose Ltda, que apresenta geração total de efluente de 22 m3/tsa, analisou-se dois graus de fechamento, geração de 19,5 e 17,5 m3/tsa. Com base nestas condições verificou-se a qualidade do produto final, concentração e influencia dos ENPs no circuito, consumo dos insumos de branqueamento e concentração do efluente gerado. Os resultados obtidos apontam que à medida que o circuito de águas foi fechado, aumentou-se a concentração dos elementos não processáveis no sistema e que apenas uma das alternativas avaliadas satisfaz os requisitos de qualidade.

Made available in DSpace on 2015-03-26T14:01:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1819292 bytes, checksum: f38b1f4e74c0a2d92ad3fefe6b225fc2 (MD5) Previous issue date: 2010-07-08 / The main objective of this study was to investigate the feasibility of production of eucalyptus kraft pulp at higher kappa number (20-25), aiming to increase production, economy of reagents for pulping, improving the viscosity and the physical-mechanical properties bleached pulp. We used industry wood chips, characterized as "mix of eucalyptus” and diluted black liquor. We evaluated four levels of delignification (kappa 17, 19, 22 and 25) and made LoSolids cooking with and without the mixture of anthraquinone and surfactant. For the pulps produced were evaluated for production increase, the charge for alkaline cooking, the solids content of black liquor, the cost of bleaching, the pulp viscosity and changes in the quality of the final paper. The cooking with kappa 22 showed greater gains in R$/tad of pulp produced, for cooking without additives (gain of R$10.47 for pulp K22), and for the pulping with additives (a gain of R$12.75 for pulp K22AQ ). The alkali charge was reduced to 4.0% for pulp K22 and 3.6% for pulp K22AQ, providing less load to the recovery boiler and without the production of shives. There was a reduction of solids content of black liquor, but in amounts that will not interfere in the energy matrix of factory. The cost of the bleaching reagents increased (increase factory. The cost of the bleaching reagents increased (increase of R $ 12.49 for pulp K22 and R$16.56 for pulp K22AQ), but the balance at the end of the process was positive. The pulp viscosity was 3.2 cP K22 greater than the reference, and for pulp K22AQ the increase was 3.8 cP. The increase in kappa number to 22 provided an improvement in physical and mechanical properties such as increased modulus of elasticity, resistance to air flow, burst index and tensile index and reduced bulk, when evaluated as a function of energy consumption refining. / O objetivo principal deste estudo foi analisar a viabilidade técnica de produção de celulose kraft de eucalipto em níveis de número kappa mais elevados (20-25), visando aumento de produção, economia de reagentes para polpação, melhoria da viscosidade e das propriedades físico-mecânicas da polpa branqueada. Foram utilizados cavacos industriais, caracterizados como “mix de eucalipto”, e licor negro de diluição industrial. Foram avaliados quatro níveis de deslignificação (kappas 17, 19, 22 e 25) e realizados cozimentos LoSolids com e sem o uso de uma mistura de antraquinona e surfactante. Para as polpas produzidas foram avaliados o aumento de produção, a carga alcalina para cozimento, o teor de sólidos do licor negro, o custo do branqueamento, a viscosidade das polpas e as alterações na qualidade final do papel. Os cozimentos com kappa 22 proporcionaram maior ganho em Reais por tonelada de polpa produzida, tanto para os cozimentos sem aditivos (ganho de R$10,47 para polpa K22), quanto para os cozimentos com aditivos (ganho de R$12,75 para polpa K22AQ). A carga alcalina foi reduzida em 4,0% para a polpa K22 e de 3,6% para a polpa K22AQ, proporcionando menor carga para a caldeira de recuperação e sem a produção de rejeitos. Houve redução do teor de sólidos do licor negro, mas em valores que não vão interferir na matriz energética da fábrica. O custo dos reagentes do branqueamento aumentou (aumento de R$12,49 para polpa K22 e R$16,56 para polpa K22AQ), porém o saldo ao final do processo foi positivo. A viscosidade da polpa K22 foi 3,2 cP maior que a referência e para a polpa K22AQ o aumento foi de 3,8 cP. O aumento do número kappa para 22 proporcionou melhoria nas propriedades físicomecânicas como aumento no módulo de elasticidade, resistência a passagem de ar, índice de arrebentamento e índice de tração e redução do volume específico aparente, quando avaliadas em função do consumo de energia de refino.

Abstract This study focused on web forming at a 5–10% consistency range, termed Ultra High Consistency (UHC). The study continued work done by Gullichsen with his research groups (1981–2007) and combined it with the HC forming research done by Valmet (HC, 1999–2004). The hypothesis was that by utilizing a rotor to fluidize suspension and a wedge to eliminate the free jet and thus prevent reflocculation, web forming at UHC is feasible at commercial speeds. The research method was experimental. The bulk of the research was conducted at pilot scale. A new UHC headbox was designed and mounted on a pilot former. The key elements of the headbox are the rotor and the wedge. As fluidization forms the base for UHC forming, this was evaluated at the pilot former using image analysis. In addition, fluidization was studied using a laboratory-scale device. Besides basic paper analysis, X-ray microtomography and sheet splitting methods were utilized to analyze the sheet structure. The results show that forming is possible within the focus area, 5–10% consistency and machine speeds of 150–600 m/min, although the operation potential of the UHC former is even wider. The results demonstrate that the wedge is needed for successful UHC forming, but the rotor is not required, providing the flow rate is sufficiently high. This indicates that various forces induced by the flow itself can be adequate to fluidize suspension for forming. The critical Reynolds number of full fluidization was found to be 200–250. The Reynolds numbers were estimated utilizing the linear dependencies found between the apparent viscosity and consistency, using the maximum mean flow velocities inside the headbox, and neglecting the possible rotation of the rotor. The corresponding critical flow velocities at 10% consistency are 12 and 19 m/s for a eucalyptus and pine pulp. The velocities are on average 70 and 60% lower than those given in the literature (40–50 m/s). The results reveal that the fiber orientation of UHC sheets is planar, the floc size of the web increases with consistency, the internal bond increases linearly with the floc size, and the tensile strength appears to decrease with increasing floc size. In consequence, it is postulated that the increase in the out-of-plane strength at the expense of in-plane strength with the consistency increase results from a more flocculated structure. / Tiivistelmä Tutkimus keskittyi rainanmuodostukseen 5–10 % sakeudessa. Sakeusalue nimitettiin ultra korkeaksi (lyhenne UHC). Tämä työ jatkoi Gullichsenin ja hänen tutkimusryhmiensä tutkimustyötä (1981–2007) ja samalla yhdisti sen Valmetin tekemään suursakeusrainaustutkimukseen (HC, 1994–2004). Työn hypoteesina oli, että käyttämällä roottoria massan fluidisoimiseen sekä ns. wedgeä eliminoimaan vapaa suihku ja estämään jälleenflokkaantuminen, rainanmuodostus UHC-sakeudessa on mahdollista kaupallisissa nopeuksissa. Tutkimusmetodi oli kokeellinen. Pääosa tutkimuksesta suoritettiin koekonemittakaavassa. Uusi UHC-perälaatikko suunniteltiin ja asennettiin koeformeille. Perälaatikon pääelementit ovat pyörivä roottori ja wedge. Koska fluidisointi muodostaa UHC-rainauksen perustan, fluidisointia evaluoitiin koekoneella käyttäen kuva-analyysiä sekä tutkittiin lisäksi käyttäen röntgenmikrotomografia ja arkin halkaisu -metodeja. Tulokset osoittavat, että rainaaminen on mahdollista määritellyllä fokusalueella, 5–10 %sakeudessa ja konenopeudella150–600 m/min, joskin UHC-formerin toimintapotentiaali on vieläkin laajempi. Tulokset osoittavat, että wedge tarvitaan onnistuneeseen UHC-muodostamiseen, mutta roottoria ei tarvita, mikäli virtausnopeus on riittävän suuri. Tämä tarkoittaa, että virtauksen aikaansaamat voimat voivat itsessään olla riittäviä massan fluidisoimiseksi rainaamista varten. Täyden fluidisaation kriittisen Reynoldsin luvun havaittiin olevan välillä 200–250. Reynoldsin luvut arvioitiin käyttäen löydettyjä viskositeetin ja sakeuden välisiä lineaarisia riippuvuuksia, päävirtauksen maksiminopeuksia perälaatikossa ja jättäen huomioon ottamatta mahdollinen roottorin pyöriminen. Reynoldsin lukuja vastaavat kriittiset virtausnopeudet 10 % sakeudessa ovat eukalyptus- ja mäntymassalla 12 ja 19 m/s. Nopeudet ovat keskimäärin 70 ja 60 % pienempiä kuin kirjallisuudessa annetut (40–50 m/s). Tulokset osoittavat, että UHC-arkeissa kuituorientaatio on tasomainen, rainan flokkikoko kasvaa sakeuden kasvaessa, palstautumislujuus kasvaa lineaarisesti flokkikoon kanssa ja vetolujuus näyttäisi laskevan flokkikoon kasvaessa. Näin ollen esitetään, että sakeuden kasvaessa tapahtuva palstautumislujuuden kasvu tasolujuuksien kustannuksella johtuu flokkaantuneemmasta rakenteesta.