Energy and material recovery of kraft paste bleaching effluents

Abstract

Anaerobic digestion is a treatment process applied to organic solid waste and wastewater carried out by microorganisms under anaerobic conditions (without oxygen). In addition to treating wastewater, this process’s main product is biogas, a mixture of methane and carbon dioxide. On this assumption, it is easy to understand how this biological process can be an asset in the fight against climate change, as it not only produces renewable energy, but also contributes to reducing the negative impacts resulting from the discharge of organic waste into the environment. The main objective of this work was to study the acidogenic and methanogenic anaerobic processes applied to an industrial effluent with low biodegradability and with potentially inhibitory compounds for the production of materials, such as VFAs, and energy (methane), respectively. The effluent under study was the bleaching effluent from the Kraft pulp production process, denominated D0, which contains, among other recalcitrant materials, AOX compounds. The influence of operational parameters in maximization of these products and increasing the aerobic biodegradability of the treated effluent were also analyzed. To study the process of anaerobic digestion of the D0 effluent, two reactors with magnetic and mechanical agitation, and volumes of 1.75 l and 7 l, respectively, operating in the mesophilic temperature range were set up. Four runs were carried out, with different feed pH values: pH 3, 4, 6 and 7. The best results in sCOD and AOX removal efficiencies were obtained at influent pH 4, which removed 58% of the first and 63% of the second, using an HRT of 1.461 days (the lowest used in all operations) and 6 different loads (between 0.419 gCOD l−1 day−1 and 1.282 gCOD l−1 day−1). The production of methane was also better at this feed pH. The aerobic biodegradability of the effluent was improved in all four operations carried out, with the greatest increase also being achieved in the test with pH 4 in the feed (4.5 times increase). Therefore, this pH range in the feed is the most suitable for the treatment of this type of effluent.

A digestão anaeróbia é um processo de tratamento aplicado a resíduos sólidos e efluentes líquidos orgânicos realizado por microrganismos sob condições anaeróbias (sem oxigénio). Para além do tratamento de uma água residual, este processo tem como principal produto o biogás, uma mistura de metano e dióxido de carbono. Neste pressuposto, é fácil de entender como este processo biológico pode ser uma mais-valia no combate às alterações climáticas, por produzir não só energia renovável, como também contribuir para a diminuição dos impactos negativos decorrentes da descarga de resíduos orgânicos no meio ambiente. O principal objetivo deste trabalho foi estudar os processos anaeróbios acidogénico e metanogénico aplicados a um efluente industrial de baixa biodegradabilidade e com compostos potencialmente inibidores para a produção de materiais, como os AGVs, e energia (metano), respetivamente. O efluente em estudo foi o efluente do 1ºestágio do branqueamento do processo de produção da pasta Kraft, denominado D0, que contém, entre outros materiais recalcitrantes, compostos AOX. A influência dos parâmetros operacionais na maximização destes produtos e no aumento da biodegradabilidade aeróbia do efluente tratado também foi analisada. Para estudar o processo de digestão anaeróbia do efluente D0, foram montados dois reatores, agitados magnética e mecanicamente, e volumes de 1,75 l e 7 l, respetivamente, operando na faixa de temperatura mesofílica. Foram realizadas quatro operações, com diferentes valores de pH na alimentação: pH 3, 4, 6 e 7. Os melhores resultados na eficiência de remoção de sCOD e AOX foram obtidos a pH 4, no qual foram removidos 58% do primeiro e 63% do último, usando um TRH de 1,461 dias (o menor usado em todas as operações) e 6 cargas diferentes (entre 0,419 gCOD l−1 day−1 e 1,282 gCOD l−1 day−1). A produção de metano também foi a melhor neste pH de alimentação. A biodegradabilidade aeróbia do efluente foi melhorada em todas as operações realizadas, tendo o maior aumento sido também alcançado no ensaio com pH 4 na alimentação (aumento de 4, 5 vezes). Assim, esta faixa de pH na alimentação é a mais adequada para o tratamento deste tipo de efluente.