PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE AGUAS MEDIANTE NANOBURBUJAS Y BIOCIDA EN LA PRODUCCIÓN DE PASTA DE MADERA, PAPEL Y CARTÓN

Uso combinado de nanoburbujas gaseosas en medio acuoso y biocidas de uso convencional en la producción de pasta de madera, papel o cartón, incluyendo aguas de proceso productivo, residuales y agua fresca de río, embalse o pozo de aporte a proceso productivo.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se inscribe dentro de la industria de pasta de madera, papel y cartón, en concreto en los procesos de tratamiento de las aguas empleadas en su fabricación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Junto a las fibras de madera, el agua es la materia prima más importante de la industria del papel y el cartón, empleándose en cada uno de los pasos del proceso de producción, tanto para preparar la pasta de fibras de celulosa, como medio de transporte de esa fibra de celulosa a lo largo de la máquina de producción, así como en la producción de energía y vapor para procesos térmicos y mecánicos y otros usos como la limpieza de equipos.

Si se fabrica papel de fibra virgen, partiendo de la madera, se emplea agua para separar las fibras de celulosa de la lignina. Si la materia prima que se está empleando es papel usado para reciclar, también se emplea agua para separar las fibras de celulosa de los materiales impropios (grapas, arena, plástico y otros).

A continuación, se prepara una solución acuosa de fibras de celulosa, basándose la técnica de fabricación en la propiedad natural que tienen las fibras de celulosa de unirse en presencia de agua, sin necesidad de adhesivos.

Una vez en la máquina de producción, la pasta de celulosa pasa por distintas fases donde primero se forma la hoja sobre una tela de formación donde se extrae agua por gravedad y posteriormente es conducida por un sistema de rodillos a otras partes de proceso para secado por sistemas de presión, vacío y finalmente por secado térmico.

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) El control del contenido biológico del agua resulta clave en el proceso productivo y en la calidad del producto obtenido. En este este sentido, podemos clasificar el agua en tres tipologías: agua fresca de aporte y captación, aguas de proceso productivo y aguas residuales.

El agua fresca de aporte y captación proviene habitualmente de un río, embalse o pozo. Son aguas normalmente no aptas para consumo humano y no han sido tratadas con ningún tratamiento biocida. Son aguas con fuerte carga orgánica por arrastre y alta contaminación microbiológica que, de no ser eliminada, tienen tendencia a una proliferación y desarrollo prejudicial para el proceso productivo.

Los tratamientos convencionales para el agua fresca en fábricas de pasta, papel y cartón, dado su bajo coste, son a base de biocidas oxidante en base cloro, normalmente tipo hipoclorito sódico.

Las aguas de proceso productivo son las utilizadas en el proceso de fabricación de pasta, papel y cartón. El proceso de producción requiere de ingentes cantidades de agua en un ciclo continuo que son recuperadas y reutilizadas en circuitos cerrados, donde parte se manda a depuración y vertido y/o se recupera, parte se evapora en el propio proceso productivo y otra parte es aportada como agua fresca de renovación a proceso.

Debido a las condiciones a las que las aguas son sometidas (pH, conductividad, temperatura) y a la alta contaminación procedente de la materia prima (extremadamente alta en papel y cartón reciclado), se producen las condiciones favorables para la proliferación y crecimiento exponencial de masa microbiana. El crecimiento incontrolado de éstas provoca graves problemas en el proceso productivo destacando pérdidas de rendimiento de los diferentes aditivos aplicados para el proceso (retentivos, encolantes, antiespumantes, blanqueantes, etc), problemas de depósitos que provocan daños en equipos y problemas de calidad en el producto final y, generando, sobre todo, problemas de descomposición por condiciones anaerobias en el medio que provocan olores y putrefacción.

Los tratamientos microbiológicos aplicados actualmente a las aguas de proceso emplean formulaciones orgánicas (DBNPA, Isotiazolinas, Bronopo, Glutaraldehido) e inorgánicas (normalmente oxidantes derivados del cloro tipo MCA, MCDMH) en procesos normalmente discontinuos. Son dosificados en puntos estratégicos del circuito productivo y con una pauta de dosificación que los haga viables económicamente y permita un control razonable de la

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) población microbiologies que minimice los efectos nocivos descritos.

Este procedimiento tiene el inconveniente de que la dosis aplicada a una relación coste/eficiencia de un tratamiento biocida de la máquina no es suficiente para eliminar los problemas de crecimiento microbiológico y procesos fermentativos desarrollados, y se logra únicamente un control parcial del mismo en ciclos de dientes de sierra por ser la dosificación en ciclos alternos y no continuos por inviabilidad económica.

Por otra parte, este tipo de productos pueden generar daños por corrosión en conducciones y tuberías del proceso productivo, a lo que se suman los riesgos laborales que su manipulación implica.

Además, el endurecimiento global de las legislaciones nacionales e internacionales formulaciones disponibles en el mercado.

Todo ello hace aconsejable la búsqueda de alternativas que puedan reducir estos inconvenientes, aumentando la eficiencia del control de la proliferación microbiológica y sus efectos.

Una vía empleada en el tratamiento de aguas es el uso de oxígeno y ozono. El ozono es una sustancia cuya una molécula está compuesta por tres átomos de oxígeno, teniendo la formulación O3 y forma de gas a presión atmosférica. Por su propia naturaleza, el oxígeno puro y el ozono son altamente oxidantes, siendo agentes microbiocidas, es decir, capaces de eliminar microorganismos patógenos. Normalmente se emplean disueltos en el agua y, a mayor eficiencia biocida necesaria, mayor concentración es también necesaria, lo que aumenta su coste. Aunque de forma natural se encuentra en la atmósfera, para su uso industrial el ozono es generado de forma artificial mediante dispositivos ozonizadores o generadores de ozono, que realizan dicha generación mediante energía eléctrica. Para el uso del ozono en esta aplicación de forma competitiva, sería conveniente maximizar la concentración minimizando el coste energético.

Además, es de destacar que los sistemas actuales de concentración de oxígeno y ozono gas en agua en aquellos sectores industriales en que están siendo utilizados, operan mediante solubilización en fase gaseosa o bajo presión, lo que implica una pérdida casi inmediata del gas solubilizado una vez que el sistema se despresuriza y/o el punto de dosificación es alejado del punto de su generación. Esto limita considerablemente la eficiencia de los tratamientos

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) basados en esta tecnología con medios convencionales de aplicación.

Es por todo ello que existe una necesidad no cubierta en el mercado de procedimientos de tratamientos de las aguas empleadas en el proceso de producción de pasta de madera, papel y cartón que permitan el control efectivo de la población microbiológica transformando entornos anaerobios en aerobios eliminado problemas de olores y fermentaciones, complementando los tratamientos actuales en los intervalos entre dosificaciones, o con solapamiento de los mismos, no permitiendo una proliferación tan acentuada entre choques de tratamiento y permitiendo reducir la dosis letal del tratamiento biocida. Asimismo, que tengan una mayor capacidad de recuperación de agua minimizando su consumo, así como reduciendo el consumo de biocida convencional con lo que implica en su gestión y manipulación, y con ello reduciendo el impacto ambiental aplicando elementos gaseosos naturales como oxígeno y ozono en altas concentraciones y con alta eficiencia. Todo ello a un coste reducido, permitiendo tratamientos de mayor eficiencia que los actuales exclusivamente basados en biocida.

El documento JP 2020 002493 A describe un método de tratamiento antibacteriano para el sistema de agua de proceso de fabricación de papel capaz de suprimir el crecimiento de un microorganismo anaerobio manteniendo una atmósfera oxidante en el agua, manteniendo así un efecto antibacteriano durante un largo periodo de tiempo. Para ello, este método de tratamiento antibacteriano comprende un paso de inclusión de burbujas ultrafinas de oxígeno en el agua de un sistema de agua de circulación de agua limpia, un sistema de agua de tratamiento de aguas residuales, un sistema de agua de suministro de materia prima reciclada y un paso de adición de un agente antibacteriano tal como clorito sódico.

Por otro lado, el documento WO2016185396A1 describe un método para eliminar o reducir el crecimiento bacteriano o la formación de biopelículas en un proceso de fabricación de papel o cartón, en el que el método comprende introducir burbujas de gas, con un diámetro inferior a 0,5 micrometres, en el proceso de fabricación de papel o cartón.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es la obtención de un procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas y biocida en la producción de pasta de madera, papel y cartón que permita el control efectivo de la población microbiológica transformando entornos anaerobios en aerobios eliminado problemas de olores y fermentaciones, complementando

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) los tratamientos actuales en los intervalos entre dosificaciones, o con solapamiento de los mismos, no permitiendo una proliferación tan acentuada entre choques de tratamiento y permitiendo reducir la dosis letal del tratamiento biocida, permitiendo tratamientos de mayor eficiencia que los actuales exclusivamente basados en biocidas.

Otro objeto de la presente invención es la obtención de un procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas y biocida en la producción de pasta de madera, papel y cartón que tenga una elevada capacidad de recuperación de agua minimizando su consumo, así como reduciendo el consumo de biocida convencional con lo que implica en su gestión y manipulación, y con ello reduciendo el impacto ambiental aplicando elementos gaseosos naturales como oxígeno y ozono en altas concentraciones con alta eficiencia y a un coste reducido, siendo posible emplear también otros elementos gaseosos.

Las nanoburbujas se definen como burbujas extremadamente pequeñas con un tamaño de entre 70 y 120 nanómetros (unas 2500 en el tamaño de un grano de sal). Pueden formarse a través de la inyección de cualquier gas en un medio líquido (normalmente acuoso) y son tan pequeñas que permanecen en la fase líquida, gracias a movimientos brownianos y no ascensionales, incluso durante horas. Gracias a la gran superficie de contacto, la transferencia de gas (como puede ser oxígeno atmosférico, oxígeno puro u ozono) al agua es mucho más eficiente lo que permite alcanzar grandes concentraciones de dicho gas en el medio y potenciar los efectos que se quieran aprovechar en su uso y que en nuestro caso es como agente oxidante de alta eficiencia.

Existen en el mercado equipos de generación de nanoburbujas, como el descrito en ES1263409, que permiten alcanzar valores extremadamente altos en concentraciones del gas introducido en su generación mayores de 30 ppm de O2 y mayores de 5 ppm de O3 en alimentación con oxígeno y/u ozono de alta pureza. Estos gases a dichas concentraciones son altamente tóxicos para todos los microorganismos presentes en el medio, alcanzando elevados niveles de potencial Redox y mostrando una elevada eficiencia en el control de dichos microorganismos mediante el uso de mediciones por bioluminiscencia con trifosfato de adenosina (ATP) de rápida respuesta o mediante cultivos convencionales de crecimiento en placa Petri.

El procedimiento objeto de la presente invención consiste en el uso combinado de nanoburbujas gaseosas en medio acuoso utilizando cualquier gas, principalmente aire atmosférico, oxígeno puro u ozono, pero también biocidas gaseosos y/o cualquier elemento

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) gaseoso susceptible de ser introducido en nanoburbujas, y biocidas de uso convencional (en su más amplia definición, extensión, origen y/o naturaleza) en la producción de pasta de madera, papel o cartón, incluyendo aguas de proceso productivo, residuales y agua fresca de río y/o pozo de aporte a proceso productivo.

El procedimiento objeto de la presente invención consiste en el caso del tratamiento del agua fresca de aporte y captación en los siguientes pasos:

1 ^o Paso del agua proveniente de rio, embalse o pozo por un equipo generador de nanoburbujas en el que es inyectado un gas, siendo dicho gas oxidante y consistiendo en oxígeno en aire atmosférico, oxígeno puro u ozono de alta pureza.

2 ^o Incorporación de biocida como complemento del tratamiento y a menor dosis de las habitualmente necesarias en tratamientos individualizados.

3 ^o Paso del agua al proceso productivo.

Es también posible invertir el orden de los anteriores pasos, incorporándose en primer lugar el biocida al agua y pasando por el generador de nanoburbujas en segundo lugar, con lo que el procedimiento sería:

1 ^o Incorporación de biocida al agua proveniente de rio, embalse o pozo.

2 ^o Paso del agua con biocida por el generador de nanoburbujas en el que es inyectado un gas, siendo dicho gas oxidante y consistiendo en aire atmosférico que contiene oxígeno, oxígeno puro u ozono de alta pureza.

3 ^o Paso del agua al proceso productivo.

En el caso de las aguas del proceso productivo, el procedimiento consiste en los siguientes pasos:

1 ^o Incorporación de biocida en las aguas del proceso productivo. Se trata de un tratamiento de acuerdo con las pautas convencionales, destacando estrategias de puntos de dosificación, ciclos de dosificación y dosis requerida.

2 ^o Almacenamiento de las aguas sobrantes en cada fase del proceso productivo.

3 ^o Paso de aguas almacenadas por un equipo generador de nanoburbujas en el que es inyectado un gas, siendo dicho gas oxidante y consistiendo en aire atmosférico que contiene oxígeno, oxígeno puro u ozono de alta pureza.

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La incorporación de las nanoburbujas se puede realizar también sin almacenamiento de aguas, es decir, directamente “online” en el propio proceso productivo, con lo que el procedimiento sería:

1 ^o Incorporación de biocida en las aguas del proceso productivo.

2 ^o Paso de las aguas del proceso en el propio flujo del proceso por un equipo generador de nanoburbujas en el que es inyectado un gas, siendo dicho gas oxidante y consistiendo en aire atmosférico que contiene oxígeno, oxígeno puro u ozono de alta pureza.

De esta forma, se genera un alto nivel de esterilización que permite bajar las dosis necesarias de tratamiento con biocidas convencionales logrando mejores resultados de esterilización con un coste menor y asumiendo menor nivel de riesgo por manipulación y corrosión.

No obstante, en todos los anteriores casos, el gas puede ser biocida gaseoso en lugar de aire atmosférico, oxígeno puro u ozono, sin las ventajas en este caso inherentes a estos compuestos, pero con la elevada eficiencia por la elevada superficie de contacto que permiten las nanoburbujas.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus vahantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes, aditivos o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la invención y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de una realización preferente para agua fresca de aporte y captación del procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas y biocida en la producción de pasta de madera, papel y cartón objeto de la presente invención.

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) La Figura 2 muestra un diagrama esquemático de una realización preferente para aguas de proceso productivo del procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas y biocida en la producción de pasta de madera, papel y cartón objeto de la presente invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Empleando la numeración adoptada en las Figura 1 y 2 del presente documento para identificar los elementos que forman parte del procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas en la producción de pasta de madera, papel y cartón, se procede a la descripción de dicho procedimiento para dos realizaciones preferentes de la invención.

El procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas y biocida en la producción de pasta de madera, papel y cartón consiste en una realización preferente para el tratamiento del agua fresca de aporte y captación en los siguientes pasos:

1 ^o Paso del agua proveniente de rio, embalse o pozo (1) por un equipo generador de nanoburbujas (2) en el que es inyectado un gas (3), siendo dicho gas oxidante y consistiendo en aire atmosférico que contiene oxígeno, oxígeno puro u ozono de alta pureza.

2 ^o Incorporación de biocida (4) a la mezcla con nanoburbujas como complemento del tratamiento y a dosis menor de la habitualmente utilizada de forma individual.

3 ^o Paso del agua al proceso productivo (5).

En una realización preferente, es también posible invertir el orden de los anteriores pasos, incorporándose en primer lugar el biocida al agua y pasando por el generador de nanoburbujas en segundo lugar.

El procedimiento de tratamiento de aguas mediante nanoburbujas y biocida en la producción de pasta de madera, papel y cartón consiste en otra realización preferente para el tratamiento de las aguas del proceso productivo en los siguientes pasos:

1 ^o Incorporación de biocida (4) en las aguas del proceso productivo (5).

2 ^o Almacenamiento (6) de las aguas sobrantes en cada fase del proceso productivo.

3 ^o Paso de las aguas almacenadas (6) por un equipo generador de nanoburbujas (2) en el que es inyectado un gas (3), siendo dicho gas oxidante y consistiendo en aire atmosférico que contiene oxígeno, oxígeno puro u ozono de alta pureza.

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) En una realización preferente, la incorporación de las nanoburbujas se puede realizar también sin almacenamiento de aguas, es decir, directamente “online” en el propio flujo del proceso productivo.

HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)