Como a indústria de celulose e papel é uma grande consumidora de recursos naturais (ou seja, madeira, água e energia), ela pode ser uma das principais contribuintes para os problemas de poluição da água, do ar e do solo e tem sido objeto de grande escrutínio nos últimos anos. Essa preocupação parece justificada, considerando a quantidade de poluentes da água gerada por tonelada de celulose (por exemplo, 55 kg de demanda biológica de oxigênio, 70 kg de sólidos suspensos e até 8 kg de compostos organoclorados) e a quantidade de celulose produzida globalmente anualmente (cerca de 180 milhões de toneladas em 1994). Além disso, apenas cerca de 35% do papel usado é reciclado, e os resíduos de papel são os principais contribuintes para o total de resíduos sólidos mundiais (cerca de 150 milhões de 500 milhões de toneladas anualmente).

Historicamente, o controle da poluição não era considerado no projeto de fábricas de celulose e papel. Muitos dos processos utilizados na indústria foram desenvolvidos com pouca preocupação em minimizar o volume de efluentes e a concentração de poluentes. Desde a década de 1970, as tecnologias de redução da poluição tornaram-se componentes integrais do projeto de fábricas na Europa, América do Norte e outras partes do mundo. A Figura 1 ilustra as tendências durante o período de 1980 a 1994 nas fábricas canadenses de celulose e papel em resposta a algumas dessas preocupações ambientais: aumento do uso de resíduos de madeira e papel reciclável como fontes de fibras; e diminuição da demanda de oxigênio e compostos orgânicos clorados em águas residuais.

Figura 1. Indicadores ambientais em fábricas canadenses de celulose e papel, 1980 a 1994, mostrando o uso de resíduos de madeira e papel reciclável na produção e demanda biológica de oxigênio (BOD) e compostos organoclorados (AOX) em efluentes de águas residuais.

Este artigo discute as principais questões ambientais associadas ao processo de celulose e papel, identifica as fontes de poluição dentro do processo e descreve brevemente as tecnologias de controle, incluindo tratamento externo e modificações na planta. Questões decorrentes de resíduos de madeira e fungicidas anti-lixívia são tratadas com mais detalhes no capítulo Madeira.

Questões de Poluição do Ar

As emissões atmosféricas de compostos de enxofre oxidados das fábricas de celulose e papel causaram danos à vegetação, e as emissões de compostos de enxofre reduzido geraram reclamações sobre odores de “ovo podre”. Estudos entre residentes de comunidades de fábricas de celulose, em particular crianças, mostraram efeitos respiratórios relacionados a emissões de partículas e irritação da membrana mucosa e dor de cabeça, provavelmente relacionados a compostos de enxofre reduzidos. Dos processos de polpação, aqueles com maior potencial para causar problemas de poluição do ar são os métodos químicos, em particular a polpação kraft.

Os óxidos de enxofre são emitidos nas taxas mais altas de operações de sulfito, especialmente aquelas que usam bases de cálcio ou magnésio. As principais fontes incluem sopros de digestores em batelada, evaporadores e preparação de licor, com operações de lavagem, peneiramento e recuperação contribuindo com quantidades menores. Os fornos de recuperação da Kraft também são uma fonte de dióxido de enxofre, assim como as caldeiras de força que usam carvão ou óleo com alto teor de enxofre como combustível.

Compostos de enxofre reduzido, incluindo sulfeto de hidrogênio, metil mercaptano, sulfeto de dimetil e dissulfeto de dimetil, estão quase exclusivamente associados à polpação kraft e dão a essas fábricas seu odor característico. As principais fontes incluem o forno de recuperação, sopro do digestor, válvulas de alívio do digestor e respiradouros do lavador, embora evaporadores, tanques de fundição, fornos de cal e águas residuais também possam contribuir. Algumas operações de sulfito usam ambientes redutores em seus fornos de recuperação e podem ter problemas de odor reduzido de enxofre associados.

Os gases sulfurosos emitidos pela caldeira de recuperação são melhor controlados reduzindo as emissões na fonte. Os controles incluem oxidação do licor negro, redução da sulfidez do licor, caldeiras de recuperação de baixo odor e operação adequada do forno de recuperação. Gases sulfurosos do sopro do digestor, válvulas de alívio do digestor e evaporação do licor podem ser coletados e incinerados - por exemplo, no forno de cal. Os gases de combustão podem ser coletados usando lavadores.

Os óxidos de nitrogênio são produzidos como produtos de combustão de alta temperatura e podem surgir em qualquer fábrica com caldeira de recuperação, caldeira de força ou forno de cal, dependendo das condições de operação. A formação de óxidos de nitrogênio pode ser controlada regulando temperaturas, proporções ar-combustível e tempo de residência na zona de combustão. Outros compostos gasosos são contribuintes menores para a poluição do ar da fábrica (por exemplo, monóxido de carbono da combustão incompleta, clorofórmio das operações de branqueamento e compostos orgânicos voláteis do alívio do digestor e evaporação do licor).

As partículas surgem principalmente das operações de combustão, embora os tanques de dissolução de cheiros também possam ser uma fonte menor. Mais de 50% do particulado da fábrica de celulose é muito fino (menos de 1 μm de diâmetro). Este material fino inclui sulfato de sódio (Na₂SO₄) e carbonato de sódio (Na₂CO₃) de fornos de recuperação, fornos de cal e tanques de dissolução de fundição, e NaCl de subprodutos da queima de toras que foram armazenadas em água salgada. As emissões do forno de cal incluem uma quantidade significativa de partículas grossas devido ao arrastamento de sais de cálcio e sublimação de compostos de sódio. O particulado grosso também pode incluir cinzas volantes e produtos de combustão orgânica, especialmente de caldeiras de força. A redução das concentrações de partículas pode ser conseguida passando os gases de combustão através de precipitadores eletrostáticos ou purificadores. Inovações recentes na tecnologia de caldeiras de energia incluem incineradores de leito fluidizado que queimam em temperaturas muito altas, resultam em uma conversão de energia mais eficiente e permitem a queima de resíduos de madeira menos uniformes.

Questões de Poluição da Água

Águas residuais contaminadas de fábricas de celulose e papel podem causar a morte de organismos aquáticos, permitir a bioacumulação de compostos tóxicos em peixes e prejudicar o sabor da água potável a jusante. Os efluentes de efluentes de celulose e papel são caracterizados com base em características físicas, químicas ou biológicas, sendo as mais importantes o teor de sólidos, a demanda de oxigênio e a toxicidade.

O teor de sólidos das águas residuais é normalmente classificado com base na fração que está suspensa (versus dissolvida), a fração de sólidos suspensos que é sedimentável e as frações voláteis de ambos. A fração sedimentável é a mais questionável, pois pode formar uma densa manta de lodo próximo ao ponto de descarga, que esgota rapidamente o oxigênio dissolvido na água receptora e permite a proliferação de bactérias anaeróbicas que geram metano e gases de enxofre reduzido. Embora os sólidos não sedimentáveis ​​sejam geralmente diluídos pela água receptora e, portanto, menos preocupantes, eles podem transportar compostos orgânicos tóxicos para os organismos aquáticos. Os sólidos suspensos descarregados das fábricas de celulose e papel incluem partículas de casca, fibra de madeira, areia, cascalho de trituradores mecânicos de celulose, aditivos para fabricação de papel, resíduos de licor, subprodutos de processos de tratamento de água e células microbianas de operações de tratamento secundário.

Derivados de madeira dissolvidos nos licores de polpação, incluindo oligossacarídeos, açúcares simples, derivados de lignina de baixo peso molecular, ácido acético e fibras de celulose solubilizadas, são os principais contribuintes para a demanda biológica de oxigênio (BOD) e a demanda química de oxigênio (COD). Os compostos que são tóxicos para os organismos aquáticos incluem orgânicos clorados (AOX; do branqueamento, especialmente polpa kraft); ácidos de resina; ácidos graxos insaturados; álcoois diterpênicos (especialmente de descascamento e polpação mecânica); juvabiones (especialmente de sulfito e polpação mecânica); produtos de degradação de lignina (especialmente da polpação de sulfito); orgânicos sintéticos, como slimicidas, óleos e graxas; e produtos químicos de processo, aditivos para fabricação de papel e metais oxidados. Os orgânicos clorados têm sido uma preocupação particular, porque são extremamente tóxicos para os organismos marinhos e podem bioacumular. Este grupo de compostos, incluindo os policlorados dibenzo-p-dioxinas, têm sido o principal impulso para minimizar o uso de cloro no branqueamento de celulose.

A quantidade e fontes de sólidos suspensos, demanda de oxigênio e descargas tóxicas dependem do processo (tabela 1). Devido à solubilização de extrativos de madeira com pouca ou nenhuma recuperação química e de ácido resinoso, tanto a polpação de sulfito quanto a de CTMP geram efluentes altamente tóxicos com alta DBO. As fábricas da Kraft historicamente usavam mais cloro para o branqueamento e seus efluentes eram mais tóxicos; no entanto, efluentes de fábricas kraft que eliminaram Cl₂ no clareamento e uso de tratamento secundário geralmente exibem pouca toxicidade aguda, se houver, e a toxicidade subaguda foi bastante reduzida.

Tabela 1. Total de sólidos suspensos e DBO associados ao efluente não tratado (bruto) de vários processos de polpação

Os sólidos suspensos tornaram-se menos problemáticos porque a maioria dos moinhos utiliza clarificação primária (por exemplo, sedimentação por gravidade ou flotação por ar dissolvido), que remove 80 a 95% dos sólidos sedimentáveis. Tecnologias secundárias de tratamento de águas residuais, como lagoas aeradas, sistemas de lodo ativado e filtragem biológica, são usadas para reduzir BOD, COD e compostos orgânicos clorados no efluente.

Modificações no processo da planta para reduzir sólidos sedimentáveis, BOD e toxicidade incluem descascamento a seco e transporte de toras, melhor peneiramento de cavacos para permitir cozimento uniforme, deslignificação estendida durante a polpação, mudanças nas operações de recuperação química da digestão, tecnologias alternativas de branqueamento, lavagem de polpa de alta eficiência, recuperação de fibra de água branca e melhor contenção de derramamento. No entanto, transtornos de processo (particularmente se resultarem em esgoto intencional de licores) e mudanças operacionais (particularmente o uso de madeira não temperada com maior porcentagem de extrativos) ainda podem causar surtos periódicos de toxicidade.

Uma estratégia de controle de poluição relativamente recente para eliminar totalmente a poluição da água é o conceito de “fábrica fechada”. Essas usinas são uma alternativa atraente em locais que carecem de grandes fontes de água para atuar como fluxos de abastecimento de processo ou recebimento de efluentes. Sistemas fechados foram implementados com sucesso em fábricas de CTMP e sulfito à base de sódio. O que distingue as fábricas fechadas é que o efluente líquido é evaporado e o condensado é tratado, filtrado e reutilizado. Outras características das fábricas fechadas são telas fechadas, lavagem em contracorrente na planta de branqueamento e sistemas de controle de sal. Embora essa abordagem seja eficaz para minimizar a poluição da água, ainda não está claro como a exposição dos trabalhadores será afetada pela concentração de todos os fluxos de contaminantes dentro da fábrica. A corrosão é um grande problema enfrentado pelas fábricas que usam sistemas fechados, e as concentrações de bactérias e endotoxinas aumentam na água de processo reciclada.

Manuseio de Sólidos

A composição dos sólidos (lodos) retirados dos sistemas de tratamento de efluentes líquidos varia, dependendo de sua origem. Os sólidos do tratamento primário consistem principalmente em fibras de celulose. O principal componente dos sólidos do tratamento secundário são as células microbianas. Se a fábrica usar agentes de branqueamento clorados, tanto os sólidos primários quanto os secundários também podem conter compostos orgânicos clorados, uma consideração importante na determinação da extensão do tratamento necessário.

Antes do descarte, o lodo é engrossado em unidades de sedimentação por gravidade e desidratado mecanicamente em centrífugas, filtros a vácuo ou prensas de correia ou parafuso. As lamas do tratamento primário são relativamente fáceis de desidratar. As lamas secundárias contêm grande quantidade de água intracelular e existem em uma matriz de lodo; portanto, requerem a adição de floculantes químicos. Uma vez suficientemente desidratado, o lodo é descartado em aplicações terrestres (por exemplo, espalhado em terras aráveis ​​ou florestais, usado como composto ou como condicionador de solo) ou incinerado. Embora a incineração seja mais cara e possa contribuir para problemas de poluição do ar, pode ser vantajosa porque pode destruir ou reduzir materiais tóxicos (por exemplo, compostos orgânicos clorados) que poderiam criar sérios problemas ambientais se lixiviassem para as águas subterrâneas a partir de aplicações terrestres .

Resíduos sólidos podem ser gerados em outras operações da fábrica. As cinzas de caldeiras de força podem ser usadas em leitos de estradas, como material de construção e como supressor de poeira. Os resíduos dos fornos de cal podem ser usados ​​para modificar a acidez do solo e melhorar a química do solo.

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