Tratamiento t??rmico de lodos de la industria papelera: utilizaci??n de subproductos para la adsorci??n de contaminantes emergentes del agua = Thermal treatment of sludge from the paper industry: utilization of byproducts for the adsorption of emerging contaminants from water

Doctoral thesis Spanish; Castilian OPEN
Coimbra Sampaio Gomes, Ricardo Nuno de (2017)
  • Subject: Ecolog??a. Medio ambiente

135 p. La industria de la pasta y del papel es un sector estrat??gico para la econom??a de la Uni??n Europea, con una importante contribuci??n al crecimiento financiero y la creaci??n de empleo. Sin embargo, los procesos de producci??n de pasta y de papel requieren altos consumos de energ??a y agua, siendo esta industria altamente contaminante. Como consecuencia del elevado consumo de agua, se generan grandes vol??menes de aguas residuales, cuyo tratamiento da lugar a la producci??n de lodos primarios (L1) y secundarios (L2). La pr??ctica m??s habitual en la industria papelera es mezclar L1 y L2, para despu??s gestionar esa mezcla (lodos mixtos). En media se generan un total de 50 kg de lodos mixtos por cada tonelada de papel que se produce, siendo el 70% de L1 y el 30% L2. En este contexto, y en el ??mbito de la econom??a circular, esta tesis se centra en el aprovechamiento energ??tico y valorizaci??n de estos lodos, y tiene por objetivo determinar las caracter??sticas del procesamiento t??rmico (combusti??n y pirolisis) de L1 y L2 as?? como de su co-procesamiento con carb??n (C). Adem??s, se pretende tambi??n estudiar la utilizaci??n del carbonizado residual de la pir??lisis de los lodos para la adsorci??n de f??rmacos en aguas residuales. Los resultados obtenidos mostraron que las propiedades t??rmicas de los L1 utilizados en este trabajo fueron muy diferentes de las de los L2 y de las de C. Mediante an??lisis t??rmico simult??neo (STA, del ingl??s Simultaneous Thermal Analysis) fueron determinadas las curvas de termogravimetr??a derivada (DTG, del ingl??s Differential Thermogravimetry) y de calorimetr??a diferencial de barrido (DSC, del ingl??s Differential Thermogravimetry) para la combusti??n y pir??lisis de L1, L2, C y sus respectivas mezclas, CL1 y CL2 (con un 10% en masa de L1 o L2, respectivamente). Las curvas DTG y DSC de la combusti??n de C mostraron perfiles t??picos de carbones bituminosos, con una ??nica etapa de p??rdida de masa y liberaci??n de calor. En el caso de L1, la p??rdida de masa durante la combusti??n ocurri?? en dos etapas: la primera y exot??rmica, asociada al contenido vol??til de la celulosa; y la segunda, sin desprendimiento de calor asociado, a la descomposici??n del carbonato c??lcico. En el caso de L2, las curvas DTG y DSC revelaron tres etapas exot??rmicas (desvolatilizaci??n de la celulosa; combusti??n de la materia org??nica biodegradable; combusti??n del carbono fijo), seguidas de la descomposici??n del carbonato c??lcico (sin desprendimiento de calor). A pesar de las grandes diferencias entre C y los lodos de papelera, la combusti??n a temperatura programada de CL1 y CL2 fue bastante similar a la de C, especialmente en el caso de CL2. Para la pir??lisis, las curvas DTG de L1 y L2, al contrario de las de C, mostraron una p??rdida de masa apreciable y reflejaron bastantes semejanzas con las respectivas curvas de combusti??n. Por otro lado, la mezcla de L1 y L2 con C supuso un incremento de la reactividad de C durante la pir??lisis de CL1 y CL2. Por ??ltimo, los par??metros caracter??sticos de las curvas DTG apuntaron para la existencia de interacciones entre C, L1 y L2 durante la combusti??n y la pir??lisis de sus mezclas. Esto fue confirmado a trav??s de los valores de energ??a de activaci??n (E) determinados mediante an??lisis cin??tico no-isot??rmico. Estas E fueron inferiores a las calculadas a partir de la composici??n de dichas mezclas. Del mismo modo, las curvas DTG calculadas para combusti??n y pir??lisis de CL1 y CL2 mostraron p??rdidas de masa inferiores a las experimentales, permitiendo inferir efectos sin??rgicos negativos. Con base a los resultados anteriores, se recomienda la gesti??n de L1 y L2 por separado. Para L2 se considera la co-combusti??n con carb??n (con un 10% en masa de L2) como una alternativa factible, mientras que, para L1 y debido a su alto contenido en vol??tiles, la pir??lisis es una opci??n adecuada. Como residuo de esa pir??lisis se obtiene un carbonizado, cuya valorizaci??n como adsorbente se plantea en esta tesis como una alternativa de gesti??n. En este sentido y despu??s de optimizar las condiciones de pir??lisis para desarrollar la porosidad, el carbonizado (PS800-150) fue utilizado en el estudio cin??tico y de equilibrio de la adsorci??n de cuatro f??rmacos (diclofenaco, ??cido salic??lico, ibuprofeno y acetaminof??n). Este estudio se realiz?? tanto en agua ultrapura (AUP) como en el efluente secundario de una estaci??n depuradora de aguas residuales urbanas (ES-EDAR)). La capacidad de adsorci??n de los f??rmacos fue similar en AUP y en ES-EDAR, disminuyendo en el sentido diclofenaco > ibuprofeno ??? acetaminof??n > ??cido salic??lico. Una vez que el diclofenaco fue el f??rmaco para el que PS800-150 mostr?? una mayor capacidad, se estudi?? la cin??tica y el equilibrio de adsorci??n de este contaminante emergente por parte de dos carbones activados (WP270 y GPP20) y una resina polim??rica (SP207) comerciales con el prop??sito de comparar los resultados en t??rminos de adsorci??n. La capacidad de adsorci??n de diclofenaco por parte de los carbones activados fue un orden de magnitud superior a la de PS800-150. Sin embargo, PS800-150 no s??lo mostr?? una capacidad similar a la de la resina SP207 sino que su cin??tica de adsorci??n fue m??s r??pida, lo que apunta a su posible aplicaci??n para el tratamiento terciario de aguas residuales
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