Made available in DSpace on 2015-03-26T12:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1212927 bytes, checksum: 7adf068a0a8f76b2fa586b434a9e3c65 (MD5) Previous issue date: 2006-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The EFC bleaching with the current technologies, based on the chlorine dioxide use represents the second greatest cost in the eucalyptus kraft pulp bleaching (US$ 25-30/t), being the wood the first (US$ 40-80/t). On the other hand, the bleaching reagents offer, typically chlorine dioxide, has been a limiting factor for the production increase in many old industrial units since the units capacity generating this reagent can only be increased by its complete substitution. Besides, the bleaching effluent with the chlorine dioxide is of difficult re-circulation in the chemical recovery. Pulp bleaching alternative technologies, which minimize the use of chlorine dioxide are, therefore, very welcome. The focus of the investigations searching for alternative reagents have been based on the pulp pre-bleaching, i.e., in the two stages of the bleaching sequence, aiming at using less chlorine dioxide and lower the number of kappa pulp that follows the bleaching phase. The practical industrial experience in Brazil shows that the kappa number, after the wood cooking and delignification with oxygen, varies from 9 to 11. The subsequent pulp bleaching with this level of kappa number requires from 33 to 44kg of active chlorine per pulp ton, that is, about 4kg of chlorine per kappa number unit. Therefore, the main objective of this study was to investigate alternatives, which allowed, not only the specific chlorine dioxide consume reduction but also, and mainly, the kappa pulp number reduction that follows to the bleaching phase. Such alternatives included: (1) increase in the delignification efficiency with oxygen by the use of additives and optimization of the operational variables; (2) substitution of the acid stage and/or first de-oxidation stage by a peroxide acid catalyzed with molybdenum salts (PMo) or other salts; (3) industrial evaluation of the PMo stage in a PMoZDP sequence; and (4) NaOH substitution by Mg(OH)2 in the P and Ep stages of the AZDP, a/(Ze)DP and D*(Ep)D bleaching sequences. These objectives accomplishments resulted in the four chapters of this work. The MgSO4 use in the oxygen delignification and the application of the most severe alkali conditions (25kg/t) and of the temperature (115oC) allow the kappa pulp number reduction to values of 9,0, thus reducing the bleaching cost by the Oa/(Ze)DP sequence, without pulp quality loss. The substitution of the sequence AZDP acid stage by the peroxide acetic stage (produced from the glucose pentacetate), also reduced the kappa of the bleaching start, with the bleaching time reduction. The peroxide acid catalyzed with molybdenum (PMo) use in substitution of the acid stage (A) reduced substantially the kappa of the bleaching start, having also reduced the bleaching total cost by the AZDP sequence in R$2,13/t of pulp. Such results were confirmed in a trial mill in a 1200t/day plant without pulp quality loss and the bleaching effluent. The best conditions to operate the PMo stage were: temperature 90-95OC; pH 3,5; 2 hours; 0,1kg/t molybdenum and; 5kg/t hydrogen peroxide. The principal effect of the kappa reduction observed in the PMo stage occurred through the hexenuronic acid removal from the pulp. That the substitution of 25% of the sodium hydroxide and 100% of magnesium sulphate used in the Ep stage by the Mg(OH)2 was demonstrated to be possible without significant damage to the viscosity and brightness of the pulp bleached by the D*(Ep)D sequence / O branqueamento ECF com as tecnologias atuais, à base de dióxido de cloro representa o segundo maior custo de produção de polpa kraft branqueada de eucalipto (US$ 25-30/t), sendo a madeira o primeiro (US$ 40-80/t). Por outro lado, a oferta de reagentes de branqueamento, tipicamente dióxido de cloro, tem sido fator limitante para o aumento da produção de muitas unidades industriais antigas, já que a capacidade de unidades geradoras desse reagente só pode ser aumentada pela sua completa substituição. Além disso, o efluente do branqueamento com dióxido de cloro é de difícil recirculação no sistema de recuperação química da fábrica. Tecnologias alternativas de branqueamento de polpa que minimizem o uso de dióxido de cloro são, portanto, muito bem-vindas. O foco das investigações em busca de reagentes alternativos tem sido na fase de pré-branqueamento da polpa, i.e., nos dois primeiros estágios da seqüência de branqueamento, visando a utilizar menos dióxido de cloro e baixar o número kappa da polpa que segue para a fase de alvejamento. A experiência prática industrial no Brasil demonstra que o número kappa da polpa, após cozimento da madeira e deslignificação com oxigênio, varia de 9 a 11. O branqueamento subseqüente da polpa com esse nível de número kappa requer de 36 a 44kg de cloro ativo por tonelada de polpa, ou seja, cerca de 4kg de cloro ativo por unidade de número kappa. Portanto, o principal objetivo deste estudo foi investigar alternativas que permitissem não só reduzir o consumo específico de dióxido de cloro, mas, principalmente, reduzir o número kappa da polpa que segue para a fase de alvejamento Tais alternativas incluíram: (1) aumento da eficiência de deslignificação com oxigênio pelo uso de aditivos e otimização de variáveis operacionais; (2) substituição do estágio ácido e/ou primeiro estágio de dioxidação por um estágio de peróxido ácido catalisado com sais de molibdênio (PMo) ou outros sais; (3) avaliação industrial do estágio PMo numa seqüência PMoZDP; e (4) substituição do NaOH por Mg(OH)2 nos estágios P e Ep das seqüências de branqueamento AZDP, a/(Ze)DP e D*(Ep)D. O cumprimento desses objetivos resultou nos quatro capítulos deste trabalho. Foi concluído que o uso do MgSO4 na deslignificação com oxigênio associados à aplicação de condições mais severas de álcali (25kg/t) e temperatura (115ºC) permitem reduzir o número kappa da polpa para valores abaixo de 9,0, diminuindo o custo do branqueamento pela seqüência Oa/(Ze)DP, sem prejuízo para a qualidade da polpa. A substituição do estágio ácido da seqüência AZDP, pelo estágio de peroxiacético (produzido a partir do pentacetato de glicose), também reduziu o kappa de entrada do alvejamento. A utilização do estágio de peróxido ácido catalisado com molibdênio (PMo) em substituição ao estágio ácido (A) reduziu o kappa de entrada do alvejamento substancialmente, tendo reduzido também o custo total do branqueamento pela seqüência AZDP em R$2,13/t de polpa. Tais resultados foram confirmados em teste industrial numa planta de 1200t/dia, sem prejuízo para a qualidade da polpa e do efluente de branqueamento. As melhores condições para operar o estágio PMo foram: temperatura 90-95ºC; pH 3,5; 2 horas; 0,1kg/t molibdênio; e 5kg/t peróxido de hidrogênio. O principal efeito da redução do kappa observado no estágio PMo ocorreu pela remoção de ácidos hexenourônicos da polpa. Foi demonstrado ser possível substituir 25% do hidróxido de sódio e 100% do sulfato de magnésio utilizados no estágio Ep pelo Mg(OH)2, sem danos significativos para a viscosidade e alvura da polpa branqueada pela seqüência D*(Ep)D

CAPES / Atualmente há preocupação da sociedade em relação aos impactos gerados pelas indústrias ao meio ambiente. Para produção de celulose e de papel é usada grande quantidade de água, madeira e produtos químicos, sendo gerado efluente nos diferentes processos produtivos da indústria. A matéria orgânica e a cor do efluente do processo Kraft se devem à presença de moléculas derivadas da lignina que são difíceis de serem removidas ou biodegradadas. Com vistas à remedição deste efluente, o presente trabalho busca avaliar a remoção de cor e matéria orgânica residual de efluente de celulose Kraft pré-tratado biologicamente, usando carvão ativado de casca de coco e argila montmorilonita pelo método de adsorção através de delineamentos experimentais. Para remoção de cor e matéria orgânica foram avaliados os fatores: a) pH do efluente; b) massa do material adsorvente no processo de adsorção e c) temperatura. A capacidade de adsorção de matéria orgânica e cor no carvão ativado e argila montmorilonita foram determinados pelo modelo matemático de Langmuir e Freundlich, por meio de ensaios de construção de isotermas de adsorção em efluente Kraft. O efluente foi caracterizado quanto a DQO, DBO5,20, COT e cor verdadeira antes e depois do tratamento terciário. Para o tratamento do efluente foram empregadas duas temperaturas: 25 e 40°C, seguiu-se planejamento fatorial completo 32 em triplicata com ponto central tendo como variáveis pH (5,0; 6,0 e 7,0) e massa de material adsorvente (0,5; 1,0 e 1,5 g). O planejamento experimental utilizado permitiu obter os melhores resultados com carvão ativado em 40 °C, pH 7,0 e 1,5 g de adsorvente com remoção de: 98% de COT, 83% de DQO, 97% de DBO5,20 e 95% de cor verdadeira e para argila em temperatura de 40 oC, pH 7, e 1,5 g de adsorvente com remoção de: 55% de COT, 50% de DQO, 90% de DBO5,20, e 56% de cor verdadeira. A principal variável responsável pela remoção de cor e matéria orgânica foi a massa de adsorvente seguida do pH. Também foi avaliada a possibilidade de aproveitamento do resíduo obtido a partir do processo de adsorção na incorporação de cinzas de carvão na produção de argamassas com teores de 0,4%, 1,0% e 1,2%; em cimento portland, areia e água com tempos de cura de 7 e 28 dias fazendo testes de resistência à compressão. Para a reutilização da argila foram utilizados 15% de argila do processo de adsorção, 25% de vidro e 60% de argila vermelha, para a confecção de corpos de prova cerâmico à temperatura de 1100 oC a 1150 oC. De modo geral, o processo de tratamento proposto neste trabalho utilizando carvão ativado, demostrou ser boa alternativa comparado com argila montmorilonita para redução de cor e matéria orgânica residual do efluente de processo Kraft, tendo-se em vista a utilização da cinza do carvão utilizado no processo de adsorção como um agregado para formação de argamassas na construção civil e argila utilizada na adsorção como material cerâmico. / Nowadays, there is a concern of society regarding the impacts caused by the industries on the environment. Large amounts of water, wood and chemichal are used to produce cellulose and paper, and contaminated effluents are generated through the various industrial processes associated. The organic matter and the color of the Kraft effluent are due to the presence of lignin-derived molecules that are difficult to be removed or biodegraded. With intent to remediate this effluent, this study aim to evaluate the removal of color and residual organic matter from biologically pretreated Kraft effluent, using activated carbon from coconut shell and montmorillonite clay by adsorption method through experimental designs. For the color and organic matter removal, the following factors were evaluated: a) pH of the effluent; b) the mass of the adsorbent material in the adsorption process and c) temperature. The adsorption capacity of organic matter and color in the activated carbon and in the montmorillonite clay were determined by the mathematical model of Langmuir and Freundlich, by means of isotherm adsorption construction in Kraft effluent.The effluent was characterized by COD, DBO5,20, COT and true color before and after the tertiary treatment. For it treatment two temperatures were employed: 25 °C and 40 °C, followed by a 32 full factorial design with center point in triplicate, using pH (5.0, 6.0 and 7.0) and masses of adsorbent material (0.5, 1.0 and 1.5 g) as variables. The experimental design used showed that the best results with activated carbon are obtained at 40 ° C, pH 7.0 and 1.5 g of adsorbent with removals of 98% of TOC, 83% of COD, 97% of BOD5,25 and 95% of true color. With clay, the best results occurred at temperature of 40 ° C, pH 7, and 1.5 g of adsorbent to remove 55% of COT, 50% of COD, 90% of BOD5,20 and 56% of true color. The main responsible for the removal of color and organic matter was the mass of adsorbent, followed by the pH. It was also evaluated the possibility of using the residue obtained from the adsorption process in the incorporation of carbon ash to produce mortars with levels of 0.4%, 1.0% and 1.2% in Portland cement, sand and water, with curing times of 7 and 28 days, for which compressive strength tests were performed. To reuse the clay, 15% of the clay from the adsorption process was used, together with 25% of glass and 60% of red clay, in order to construct ceramics bodies specimen generated at temperatures from 1100 °C to 1150 °C. The treatment process proposed in this work using activated carbon demonstrated to be, in general, a good alternative compared to montmorillonite clay for the color reduction and residual organic matter removal from Kraft process effluent, while residues from both process can be used as aggregates for mortars and ceramic body production.

CAPES / Atualmente há preocupação da sociedade em relação aos impactos gerados pelas indústrias ao meio ambiente. Para produção de celulose e de papel é usada grande quantidade de água, madeira e produtos químicos, sendo gerado efluente nos diferentes processos produtivos da indústria. A matéria orgânica e a cor do efluente do processo Kraft se devem à presença de moléculas derivadas da lignina que são difíceis de serem removidas ou biodegradadas. Com vistas à remedição deste efluente, o presente trabalho busca avaliar a remoção de cor e matéria orgânica residual de efluente de celulose Kraft pré-tratado biologicamente, usando carvão ativado de casca de coco e argila montmorilonita pelo método de adsorção através de delineamentos experimentais. Para remoção de cor e matéria orgânica foram avaliados os fatores: a) pH do efluente; b) massa do material adsorvente no processo de adsorção e c) temperatura. A capacidade de adsorção de matéria orgânica e cor no carvão ativado e argila montmorilonita foram determinados pelo modelo matemático de Langmuir e Freundlich, por meio de ensaios de construção de isotermas de adsorção em efluente Kraft. O efluente foi caracterizado quanto a DQO, DBO5,20, COT e cor verdadeira antes e depois do tratamento terciário. Para o tratamento do efluente foram empregadas duas temperaturas: 25 e 40°C, seguiu-se planejamento fatorial completo 32 em triplicata com ponto central tendo como variáveis pH (5,0; 6,0 e 7,0) e massa de material adsorvente (0,5; 1,0 e 1,5 g). O planejamento experimental utilizado permitiu obter os melhores resultados com carvão ativado em 40 °C, pH 7,0 e 1,5 g de adsorvente com remoção de: 98% de COT, 83% de DQO, 97% de DBO5,20 e 95% de cor verdadeira e para argila em temperatura de 40 oC, pH 7, e 1,5 g de adsorvente com remoção de: 55% de COT, 50% de DQO, 90% de DBO5,20, e 56% de cor verdadeira. A principal variável responsável pela remoção de cor e matéria orgânica foi a massa de adsorvente seguida do pH. Também foi avaliada a possibilidade de aproveitamento do resíduo obtido a partir do processo de adsorção na incorporação de cinzas de carvão na produção de argamassas com teores de 0,4%, 1,0% e 1,2%; em cimento portland, areia e água com tempos de cura de 7 e 28 dias fazendo testes de resistência à compressão. Para a reutilização da argila foram utilizados 15% de argila do processo de adsorção, 25% de vidro e 60% de argila vermelha, para a confecção de corpos de prova cerâmico à temperatura de 1100 oC a 1150 oC. De modo geral, o processo de tratamento proposto neste trabalho utilizando carvão ativado, demostrou ser boa alternativa comparado com argila montmorilonita para redução de cor e matéria orgânica residual do efluente de processo Kraft, tendo-se em vista a utilização da cinza do carvão utilizado no processo de adsorção como um agregado para formação de argamassas na construção civil e argila utilizada na adsorção como material cerâmico. / Nowadays, there is a concern of society regarding the impacts caused by the industries on the environment. Large amounts of water, wood and chemichal are used to produce cellulose and paper, and contaminated effluents are generated through the various industrial processes associated. The organic matter and the color of the Kraft effluent are due to the presence of lignin-derived molecules that are difficult to be removed or biodegraded. With intent to remediate this effluent, this study aim to evaluate the removal of color and residual organic matter from biologically pretreated Kraft effluent, using activated carbon from coconut shell and montmorillonite clay by adsorption method through experimental designs. For the color and organic matter removal, the following factors were evaluated: a) pH of the effluent; b) the mass of the adsorbent material in the adsorption process and c) temperature. The adsorption capacity of organic matter and color in the activated carbon and in the montmorillonite clay were determined by the mathematical model of Langmuir and Freundlich, by means of isotherm adsorption construction in Kraft effluent.The effluent was characterized by COD, DBO5,20, COT and true color before and after the tertiary treatment. For it treatment two temperatures were employed: 25 °C and 40 °C, followed by a 32 full factorial design with center point in triplicate, using pH (5.0, 6.0 and 7.0) and masses of adsorbent material (0.5, 1.0 and 1.5 g) as variables. The experimental design used showed that the best results with activated carbon are obtained at 40 ° C, pH 7.0 and 1.5 g of adsorbent with removals of 98% of TOC, 83% of COD, 97% of BOD5,25 and 95% of true color. With clay, the best results occurred at temperature of 40 ° C, pH 7, and 1.5 g of adsorbent to remove 55% of COT, 50% of COD, 90% of BOD5,20 and 56% of true color. The main responsible for the removal of color and organic matter was the mass of adsorbent, followed by the pH. It was also evaluated the possibility of using the residue obtained from the adsorption process in the incorporation of carbon ash to produce mortars with levels of 0.4%, 1.0% and 1.2% in Portland cement, sand and water, with curing times of 7 and 28 days, for which compressive strength tests were performed. To reuse the clay, 15% of the clay from the adsorption process was used, together with 25% of glass and 60% of red clay, in order to construct ceramics bodies specimen generated at temperatures from 1100 °C to 1150 °C. The treatment process proposed in this work using activated carbon demonstrated to be, in general, a good alternative compared to montmorillonite clay for the color reduction and residual organic matter removal from Kraft process effluent, while residues from both process can be used as aggregates for mortars and ceramic body production.