Investigación en la depuración de efluentes. Industria de la celulosa

1. Situación General de la depuración de efluentes

El sector de la celulosa está viviendo una auténtica transformación gracias a los avances en investigación y desarrollo, que han permitido mejorar los sistemas de depuración de efluentes hasta niveles impensables hace unos años. En orden a impulsar la sostenibilidad de la industria de la celulosa en Galicia mediante la adopción de tecnologías para el tratamiento de efluentes se ha convertido en un eje estratégico, ya que con ello se consigue reducir la Demanda Química de Oxígeno (DQO). Por lo tanto controlar los compuestos contaminantes y aumentar la eficiencia hídrica se convierte en indispensable. 

Las soluciones más consolidadas, van desde biorreactores de membrana (MBR) hasta reactores de biopelícula de lecho móvil (MBBR), pasando por la optimización de la coagulación/floculación y la aplicación selectiva de procesos de oxidación. Todas estas tecnologías permiten una mayor calidad del agua tratada, facilitan su reutilización interna y refuerzan el compromiso de la industria con la protección medioambiental. En consecuencia a estos desarrollos, la cadena productiva del eucalipto se alinea con los requisitos de sostenibilidad, garantizando un equilibrio entre la rentabilidad económica y la conservación de la biodiversidad local.

La industria de la celulosa exige importantes volúmenes de agua en diversas etapas (lavado, cocción kraft, blanqueo, etc.), lo que genera efluentes con alta carga orgánica (ligninas, hemicelulosas), compuestos clorados (AOX), elevada DQO (Demanda Química de Oxígeno) y DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno).

De acuerdo con Pokhrel y Viraraghavan (2004), la variabilidad en la composición de las aguas residuales depende del tipo de madera, proceso de cocción y métodos de blanqueo empleados. En definitiva la investigación y desarrollo en la depuración de efluentes de la industria de la celulosa está em el el foco permanentemente.

En zonas como Galicia, donde el eucalipto es un recurso clave para la producción de celulosa, es fundamental implantar soluciones técnicas que combinen el respeto ambiental, la eficiencia económica y la protección de la biodiversidad.

2. Parámetros Clave y Origen de los Efluentes

• Lignina y Compuestos Fenólicos: Procedentes del licor negro en el despulpado kraft (NaOH y Na2S)

  • Ver: AzadiAghdam et al. (2016) subrayan la dificultad de degradar compuestos lignínicos de alto peso molecular.

• Compuestos Clorados (AOX): Generados en el blanqueo al emplear cloro o dióxido de cloro.

  • Ver: Chaudhry y Paliwal (2018) indican que gran parte de la toxicidad se relaciona con estos compuestos.

• DBO y DQO: Indicadores de carga orgánica total y biodegradable.

  • Ver: Patel y Patel (2020) resaltan la importancia de calcular la relación DBO/DQO para establecer la viabilidad de los tratamientos biológicos.

3. Tecnologías Convencionales de Depuración

Investigación y desarrollo en la depuración de efluentes de la industria de la celulosa

3.1. Coagulación/Floculación

• Descripción: Uso de compuestos químicos (por ejemplo, sales de aluminio o hierro) para precipitar sólidos y parte de la materia orgánica (Tokoczowska-Mamińska, 2017).

• Limitaciones: Genera lodos tóxicos y a menudo es necesario ajustar el pH de forma continua (Bajpai, 2018).

3.2. Oxidación Química (Cloro, Ozono, Peróxido)

• Aplicación: Adecuada para la decoloración y la eliminación de compuestos refractarios (Tostadas et al., 2001).

• Desafíos: El cloro puede generar contaminantes secundarios; los métodos con ozono y peróxido resultan más seguros pero con costes energéticos elevados (Möbius & Helble, 2004).

3.3. Tratamiento Aeróbico (Lodos Activados)

• Características: Utiliza microorganismos aeróbicos para mineralizar compuestos orgánicos (Hubbe y otros, 2016).

• Ventajas: Reducción significativa de DBO y sólidos.

• Inconvenientes: Consumo elevado de energía para aireación y exceso de lodos secundarios (Bryant, 2010).

3.4. Tratamiento Anaeróbico (UASB, Filtros Anaeróbicos)

• Función: Degradación de compuestos orgánicos con generación de biogás (Chinnaraj & Venkoba Rao, 2006).

• Aplicación: Ideal para corrientes con alta DQO (licor negro diluido, efluentes de blanqueo).

• Ejemplo: Uso de reactor UASB para eliminar hasta el 80-93% de la DQO en fábricas de pulpa kraft (Chinnaraj & Venkoba Rao, 2006).

4. Tecnologías Avanzadas y Referencias Técnicas

4.1. Biorreactores de Membrana (MBR)

Principio de Funcionamiento:

• • En particular se combina la degradación biológica (aerobia o anaerobia) con la filtración por membranas (microfiltración o ultrafiltración).

    Permite separar sólidos y microorganismos, obteniendo un efluente de alta calidad.

    Referencia: Izadi et al. (2018) documentan la eficacia de MBR para la reducción de DQO y el potencial de reutilización del agua.

Ventajas Técnicas:

• • • • Mayor tiempo de retención de la biomasa.

• • • • Reducción en la producción de lodos frente a sistemas convencionales de lodos activados (Neoh y otros, 2016).

Desafíos Operativos:

• • • • Ensuciamiento (fouling) de membranas, exigiendo limpieza periódica (Qu et al., 2012).

• • • • Costes elevados de membranas y sistemas de aireación.

4.2. Reactor de Biopelícula de Lecho Móvil (MBBR)

Base del Proceso:

• • • • Emplea portadores plásticos que incrementan la superficie de contacto para la fijación microbiana (degaard, 2006).

• • • • La biomasa en biopelícula aumenta la eficiencia de remoción de DQO y color (Barwal & Chaudhary, 2014).

Referencias de Implementación:

• • • • Broch-Due et al. (1994) reportan un 70% de eliminación de DQO en un sistema MBBR piloto a 25 kg de DQO/m³·día.

• • • • Rusten et al. (1994) documentan la aplicación industrial en plantas papeleras con altas cargas orgánicas.

Pros y Contras:

• • • • Pros: Menos producción de lodos y resiliencia ante variaciones de carga (Das & Naga, 2011).

• • • • Contras: Monitoreo manual de la biopelícula y posibles incrustaciones en los portadores.

4.3.Procesos de Oxidación Avanzada

(POA)

Características Principales:

• • • • Incluyen tratamientos como foto-Fenton, ozonización catalítica o peroxidación avanzada (Giacobbo et al., 2015).

• • • • Degradan compuestos recalcitrantes (lignina, color, AOX) y mejoran la biodegradabilidad (Kalyani y otros, 2009).

Aplicaciones Prácticas:

• • • • Möbius & Helble (2004) integraron ozonización con tratamiento biológico para disminuir AOX en un 90%.

• • • • Savant y otros (2006) sugieren la combinación de membranas y ozono para reducir color y salinidad simultáneamente.

5. Ejemplos Reales de Uso Integrado

Ence

• Pretratamiento anaeróbico (UASB) para aprovechar el biogás.

• Etapa aeróbica posterior y clarificación final, con parte del flujo recirculado al proceso (informes internos de la planta).

• El proceso BAS™ combina una primera etapa con el sistema MBBR Kaldnes™ Moving Bed, seguido de un proceso convencional de fangos activos.
  👉 Para más detalle consultar aquí.

Plantas de Celulosa en Suecia (Stora Enso)

• Ozono como postratamiento para la eliminación de color (documentación técnica de la compañía).

• Empleo de MBR aeróbicos con limpieza in situ para mantener baja la DQO.

Celulosa Arauco (Chile)

• Reducción del 80% en sólidos orgánicos, complementado con oxidación química para reducción de AOX.

• MBBR para tratar el efluente principal (lignina, altas DQO).

Proyecto Gama

• Combina clarificación primaria, neutralización y un tratamiento biológico (MBR o similar), con posibilidad de etapas adicionales de oxidación si fuese necesario.

• Integra balsas de emergencia para gestionar picos de carga y evitar vertidos no controlados.

EDAR Placeres (Pontevedra)

• Tratamiento secundario existente a biorreactores MBBR AnoxKaldnes™, seguido de clarificación con Actiflo® Turbo, que incluye:

  • Coagulación

  • Floculación

  • Decantación lamelar lastrada con microarena

Torras Papel (Zaragoza) 

• Tecnología ACTIFLO® Turbo para la reducción de color de las aguas residuales antes de su vertido al río Gállego.

Silvouta (Santiago de Compostela)

• La EDAR de Silvouta obtiene un efluente de gran calidad:

  • DBO5 inferior a 25 ppm

  • Sólidos en suspensión menores de 35 ppm

6. Reutilización y Reciclaje Interno de Aguas

• • • • Filtración Final y Ósmosis Inversa:

        • • Permite recuperar más del 80% del agua tratada para uso en el proceso (Pizzichini y otros, 2005)

          • .Circuitos Cerrados o Semicerrados:

            Menos vertido y menor necesidad de agua dulce (Thompson y otros, 2001).

• • • • Integración con Microalgas:

        Reducción de nutrientes (N y P) y metales pesados (Sasi et al., 2020).

7. Perspectivas Futuras

• • • • Sistemas Híbridos (Anaeróbico–Aeróbico–Membranas):

        • • Reducen el coste energético y permiten la conversión de parte de la carga orgánica en biogás (Dykstra y otros, 2015).

• • • • Aplicación de Inteligencia Artificial (IA):

        • • Ajuste automático de aireación, dosificación química y control de pH con sistemas de sensores en línea.

• • • • Tecnologías de Biorreactores de Membrana con Biopelículas (BF–MBR):

        • • Disminuyen el ensuciamiento respecto a MBR tradicionales (Neoh y otros, 2016).

8. A modo de resumen

La industria de la celulosa presenta desafíos medioambientales considerables por la complejidad de sus efluentes (alta DQO, ligninas y AOX). Sin embargo, tal y como confirman múltiples estudios —entre ellos los de Bajpai (2018), Hubbe y otros (2016), Chaudhry y Paliwal (2018)—, una estrategia integral que combine tecnologías avanzadas (MBR, MBBR, POA) con procesos convencionales (coagulación, oxidación química, lodos activados) puede reducir significativamente el impacto y facilitar la reutilización del agua.

En áreas como Galicia, donde el eucalipto sostiene buena parte de la producción de celulosa, la adopción de estas soluciones garantiza un equilibrio entre rentabilidad y protección de la biodiversidad. De este modo, el camino por recorrer sigue abierto a innovaciones en biotecnología y control inteligente, elementos clave para lograr la verdadera excelencia en celulosa sostenible.

La nueva generación de tecnologías de depuración —basadas en bioprocesos eficientes, oxidaciones selectivas y un estricto control de parámetros en línea— está permitiendo a la industria celulósica de Galicia reducir drásticamente su impacto ambiental y optimizar el uso de recursos. Por todo esto el Proyecto GAMA en Palas de Rei ilustra cómo aplicar esas metodologías de vanguardia, integrándolas con la generación y el consumo de energía en el propio proceso, así como con una cuidadosa gestión de las emisiones al agua y al aire.

Estas actuaciones se traducen en:

• • • • Menor vertido y más eficiencia en el uso del agua.

• • • • Recuperación de sustancias (licor negro, calor residual, etc.) que cierra el ciclo productivo.

• • • • Control de emisiones atmosféricas con sistemas de recolección de gases y filtros de alto rendimiento.

De esta forma, los avances en Investigación y desarrollo en la depuración de efluentes de la industria de la celulosa confirman que la implantación de industrias de fibra textil a base de celulosa puede realizarse de forma compatible con la protección del entorno. En consecuencia el camino emprendido por el Proyecto GAMA, con su diseño del tratamiento de efluentes, abre paso a un modelo industrial puntero que garantiza la sostenibilidad medioambiental, la viabilidad económica y la conservación de la biodiversidad en el entorno del río Ulla.

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