La produzione ed il riciclo del materiale cartaceo

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1 Facoltà di Ingegneria La produzione ed il riciclo del materiale cartaceo Flavio Deflorian 1

2 INDUSTRIA CARTARIA ITALIANA CARTA E CARTONE = il materiali consumo composti pro capite da di fibre carta cellulosiche, e cartone è uno ricavate degli da indicatori alberi più o altre rappresentativi specie vegetali del benessere dopo l asportazione di una popolazione della lignina PRODUZIONE E CONSUMO DESTINATI A CRESCERE 5 Paese produttore europeo 9% della capacità produttiva europea 2004: produzione stimata 9,6 milioni di tonnellate consumo pro capite di 186 kg/abitante 170 cartiere, con 200 stabilimenti 34% +30% 9% Produzione europea di carte e cartoni 11% 20% 12% più di 50 impianti da 20 a 50 impianti da 10 a 19 impianti da 4 a 9 impianti da 1 a 3 impianti nessun impianto 14% Germania Finlandia Svezia Francia Italia Altri Paesi 2

3 29% 7% Composizione merceologica della produzione cartaria italiana carta per usi igienico sanitari altre carte e cartoni 11% 14% 23% 6% 8% 2% carta da giornale carte naturali per usi grafici carte patinate per usi grafici carte e cartoni per cartone ondulato cartoncino per astucci altre carte e cartoni per imballaggio PRODUZIONE CARTA USO IGIENICO SANITARIO Italia 23% Germania 20% Regno Unito 14% Francia 11% Altri Paesi 32% Percentuale media di carta e cartone nei rifiuti solidi urbani INTENSA PRODUZIONE ELEVATO CONSUMO altri rifiuti 72% carta e cartone 28% RECUPERO RIFIUTI CELLULOSICI riuso recupero energetico raccolta differenziata e riciclo (COMIECO) RACCOLTA DIFFERENZIATA E RICICLO 5,2 milioni di tonnellate di carta e cartone raccolti 1,9 milioni raccolta differenziata urbana 3,3 milioni raccolta industriale e commerciale 57,8% RICICLO 5,3 milioni di tonnellate di macero impiegato Materie prime usate dell'industria cartaria italiana fibre vergini 35% materie prime non fibrose 16% macero 49% Lo snodo fondamentale per assicurare l avvio a riciclo è garantito dalle PIATTAFORME SELEZIONE MACERO 3

4 ESEMPIO DI PIATTAFORMA DI RACCOLTA carta e cartone da raccolta differenziata sul territorio provinciale Materiale conferito carta e cartone proveniente da tipografie, distributori di giornali, banche, uffici, commercianti, privati, aziende grafiche Assetto strutturale: 1 linea di selezione di carta e cartone da raccolta differenziata e da grandi produttori; 1 e 2 linea nastro trasportatore scomparti nastro gommato scarti 2 linea di pressatura per carta selezionata e carta da raccolta specifica; pressa 3 linea stoccaggio nastro trasportatore discarica 3 linea di pressatura per carta e cartone non selezionato; nastro trasportatore scarti pressa discarica stoccaggio PROCESSI DI PRODUZIONE DELLA CARTA A PARTIRE DA MACERO 1. SPAPPOLAMENTO 2. ASSORTIMENTO 3. DISINCHIOSTRAZIONE 4. DISPERSIONE 5. DOSAGGIO 6. DILUIZIONE 7. CASSA AFFLUSSO 8. MACCHINA CONTINUA 9. PRESSE 10. SECCHERIA 11. POST-TRATTAMENTI TIPICO SCHEMA DI IMPIANTO DI PRODUZIONE DI CARTA A PARTIRE DA MACERO macero acqua additivi lavaggio in idrocicloni pulper epurazione macchina continua additivi aria scarto di pulper plastiche ed inerti filtrazione a griglie disinchiostrazione dispersione cassa d afflusso inerti plastiche ed inerti schiume con inchiostri rifiuti 4

5 CARTIERA GIORGIONE S.p.a ciclo continuo, 24h su 24h produzione basata esclusivamente su macero riciclaggio al 100% macero di origine nazionale aziende private clienti della cartiera selezione da piattaforme raccolta differenziata I PROCESSI 3 LINEE SPAPPOLAMENTO 3 NASTRI TRASPORTATORI 3 PULPER A BASSA DENSITA sospensione acquosa con densità del 4-5% FONDO DEI PULPER trappola griglia separazione degli oggetti estranei più voluminosi e pesanti separazione scarto grossolano che si ferma sulla griglia SCARTI DI PULPER ASSORTIMENTO 1 STADIO: epuratori 2 STADIO: idrocicloni 3 STADIO: cleaners ulteriore allontanamento dei contaminanti fini ancora presenti DISCARICA NO DISINCHIOSTRAZIONE ADDENSAMENTO FINO AL 47-48% TRATTAMENTO IN COCLEE LACERATRICI E DILUIZIONE AL 4-5% DILUIZIONE FINO AL 0,9-1% omogenizzazione ottimale impasto MISCELAZIONE 5

6 CASSA D AFFLUSSO DRENAGGIO LUNGO LA TELA impasto diluito viene distribuito sulla tela della continua attraverso una bocca rapporto ideale velocità tela/flusso pari ad 1 ACCOPPIAMENTO CARTA AVANA-COPERTINA BIANCA PRESSE SECCHERIA densità del 10-12% densità del 40-50% 44 cilindri essiccatori riscaldati con vapore saturo a bassa pressione umidità del 5-6% LISCIATURA ARROTOLAMENTO SU BOBINA Macero post-consumo Tipo di carata da recupero Contaminanti Tipo di rimozione Qualità finale della carta 6

7 Contaminanti Inchiostro (brillantezza) Adesivi, colle, cere (processabilità) Materiale polimerico Trattamenti Pulitura (centrifughe e filtri) Lavaggio (surfactanti, problema acque reflue) Flottazione 1) intrappolamanto d aria (1 mm, 25-80%vol) 2) adesione delle particelle alle bolle 3) assenza di cellulosa nella schiuma 4) eliminazione schiuma (bolle integre) Pulitura meccanica (cicloni) 7

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9 Sbiancamento o Candeggio Rimozione degli effetti coloranti Sbiancamento: ossidativo (rottura ossidativa legami C=C) riduttivo (riduzione dei legami C=C a C-C) Sbiancanti ossidativi Perossido d idrogeno Ipoclorito di sodio ClO 2, ossigeno, ozono Sbiancanti riduttivi Solfito di sodio idrato FAS (CH 4 N 2 O 2 S) 9

10 LE PROBLEMATICHE AMBIENTALI energia energia elettrica combustibili fossili gas naturale acqua di processo di raffreddamento additivi ritentivi acidi e basi antischiuma cariche minerali coloranti Fibre vergini macero materia prima Processi di produzione collanti... carta nuova o riciclata rumore energia emissioni in acqua residui COD,BOD AOX N,P emissioni in aria SO x,no x, CO,CO 2,HCl polveri solidi sospesi I CONSUMI ENERGETICI Settore cartario settore energy intensive 5 consumatore energetico industriale 20% dei costi di cartiera MAGGIORI CONSUMI: 1. preparazione paste paste chimiche paste semichimiche COTTURA paste meccaniche 2. produzione carta da fibra vergine e da macero: SPAPPOLAMENTO RAFFINAZIONE ASCIUGATURA: cassa afflusso densità impasto 1% tavola piana disidratazione per gravità e aspirazione SFIBRATURA sezione presse contenuto d acqua 50-60% eliminazione H 2 O trattenuta per capillarità sezione seccheria contenuto d acqua 6-7% 10

11 TIPO DI CARTIERA produzione non integrata di carta di elevata qualità (Germania) produzione non integrata di carta di elevata qualità (Austria) produzione non integrata di carta di elevata qualità produzione non integrata di carta tissue TIPO DI CARTIERA macero da cartone non disinchiostrato macero da carta da giornale disinchiostrata macero da carta tissue disinchiostrata FIBRA VERGINE CONSUMO DI CALORE (GJ/t) USO MACERO CONSUMO DI ENERGIA (MWh/t) 5,3 0,62 7,0-9,0 0,6-0,8 7,0-11,0 0,6-1,3 6,0-7,5 0,5-2 MACERO CONSUMO DI CALORE (GJ/t) CONSUMO DI ENERGIA (MWh/t) 8,0-9,0 0,9-1,0 4,0-6,5 1,0-1,5 7,0-12 1,2-1,4 Maggiore consumo per: spappolamento disinchiostrazione Minore consumo per: no preparazione paste energia termica 5-11GJ/t energia elettrica 0,5-2MWh/t energia termica 4-12GJ/t energia elettrica 0,9-1,5MWh/t presenza scarti di pulper +10% di consumi preparazione pasta RIDUZIONE DEL 50% DEL FABBISOGNO ENERGETICO + ITALIA costi energetici elevati +30% rispetto ai competitori europei forti imposizioni fiscali Attualmente il settore cartario produce la metà del proprio fabbisogno energetico: cogenerazione 40% centrali idroelettriche 10% rete nazionale 50% COGENERAZIONE GAS NATURALE 96,2% calore per essiccazione foglio elettricità per alimentazione macchine COMBUSTIBILE FOSSILE 3,6% risparmio dal 15% al 40% rispetto a produzione separata riduzione emissioni inquinanti, soprattutto CO 2 riduzione perdite rispetto a grandi centrali 11

12 I CONSUMI IDRICI CONSUMI DI ACQUA NELLE PRIME SEZIONI DI UNA CARTIERA vasche di caricamento acque fresche NEI PULPER impasto fibroso con contenuto d acqua del 95-98% fibre NELLE TINE DI STOCCAGGIO pulper acqua chiarificata raffinatori epuratori tina di stoccaggio acqua fresca acqua fresca DURANTE LA RAFFINAZIONE ED EPURAZIONE DURANTE LA DILUIZIONE PER LA PULIZIA MACCHINARI CARTA DA MACERO Tipologia di carta riciclata prodotta Consumi di acqua (m 3 /ton) imballaggi da 0 a 4 carta da giornale da 8 a 16 LWC paper da 8 a 16 carta tissue da 8 a 16 risparmio del consumo d acqua fino a 80% CARTA DA FIBRA VERGINE PROCESSI USO DI ACQUA Minimo Massimo Produzione di polpa kraft non candeggiata kraft candeggiata solfito candeggiato semichimica CTMP sbianca produzione di carta carta kraft carta da giornale qualità fine cartone-imballaggio 3 40 PRELIEVO falda 64,1% acque superficiali 35,6% rete 0,3% CARTIERA GIORGIONE prelievo di 2300m 3 al giorno da pozzo 7,7 m 3 acqua/ton di carta CHIUSURA DEI CICLI VANTAGGI riutilizzo di acque con appropriate caratteristiche minori quantità di acque da trattare minori dimensioni delle apparecchiature ANNI 70: 100 m 3 /ton ANNO 2005: 35-40m 3 /ton SVANTAGGI eccessiva crescita biotica nelle acque corrosione di tubazioni e macchinari perdità di qualità del prodotto finale incremento di salinità necessità di uso intenso di biocidi incremento emissioni odorose riduzione grado di bianco 12

13 EMISSIONI IN ACQUA fibre INQUINANTI PRESENTI additivi sostanze per disinchiostrazione COD SOLIDI SOSPESI AOX N, P IMPIANTI DI DEPURAZIONE: CHIMICO-FISICO aerobico BIOLOGICO anaerobico CONSORTILE acque reflue SCHEMA DI TRATTAMENTO DELLE ACQUE REFLUE E DEI FANGHI DI UNA CARTIERA sedimentatore flocculatore con recupero fibre fibre fanghi primari ispessimento filtrazione finale eventuale utilizzo Parametri riciclaggio senza riciclaggio con disinchiostrazione disinchiostrazione mg/l kg/t mg/l kg/t COD prima della depurazione COD dopo la depurazione 150 0, ,1 N 5,6 0,03 7,8 0,08 P 1,5 0, TSS 25 0, disidratazione fanghi disidratati trattamento biologico ispessimento disidratazione fanghi disidratati scarico acque depurate filtrazione a sabbia o a dischi riutilizzo in cartiera DESTINAZIONE ACQUE DI CARTIERA corpi superficiali 56% impianto consortile 23% rete fognaria 21% CARTIERA GIORGIONE IMPIANTO DI DEPURAZIONE CHIMICO-FISICO: SEDIFLOTTATORE: sedimentazione delle particelle pesanti e impurità grossolane + flottazione delle fibre con recupero fibre riavviate al pulper + acqua chiarificata estratta da una zona intermedia di quiete idraulica 13

14 EMISSIONI IN ATMOSFERA PROCESSI DI COMBUSTIONE DI OLIO E GAS NATURALE INQUINANTI: CO NO x SO x particolato CO 2 SOLUZIONI: riciclaggio Parametri unità di misura processo senza disinchiostrazione processo con disinchiostrazione polveri mg/nm 3 3,2 6,6 SO2 mg/nm ,2 NOx mg/nm CO mg/nm 3 14,1 14 HCl mg/nm 3 1,7 2,6 HF mg/nm 3 0,06 no data Total C mg/nm 3 1,4 1,1 Cd, TI mg/nm 3 <17 no data Hg mg/nm 3 5 no data Sb,As,Cr,Co,Cu, Mn,Ni,V,Sn mg/nm 3 71 no data Riduzione emissioni per evitato smaltimento in discarica fasi emissioni di CO 2 (kg/t di carta) raccolta e selezione 32 riciclo -210 evitato smaltimento TOTALE ,3 TON CO 2 PER TON DI CARTA cogenerazione utilizzo gas naturale riduzione emissioni CO 2 del 30% riduzione emissioni S, NO x, CO sistemi di abbattimento fumi cicloni filtri a manica efficienza 85-90% efficienza 99% EMISSIONI SONORE ED ODOROSE RUMORE DA: macchinari per la raffinazione pompe motori elettrici sistemi di ventilazione nella Cartiera Giorgione: seccheria >90 db EMISSIONI ODOROSE DA: tine, pulper barriere acustiche impianti trattamento acque reflue cabine acustiche depositi fanghi dispositivi di convogliamento aria chiusura cicli acque 14

15 RIFIUTI 11,3% 16,0% Tipologie di rifiuti prodotti dall'industria cartaria italiana 27,2% 0,3% 30% 60% 15,3% 29,9% fanghi da depurazione chimico-fisica fanghi da depurazione biologica scarti di pulper fanghi da disinchiostrazione rifiuti di vario genere rifiuti pericolosi Andamento quantitativo rifiuti prodotti (kg/t) Anno 2005: >130kg/ton di carta DESTINAZIONE RIFIUTI: discarica 23% ripristino ambientale 42% cemento e laterizi 8% altre industrie 9% recupero energetico 16% compostaggio e agricoltura 2% 9% 8% 16% 2% 42% 23% FANGHI DI CARTIERA 27,3% da depurazione chimico-fisica 16% da depurazione biologica 11,3% 20% sostanze organiche SiO 2, Al 2 O 3, MgO, CaO acqua RECUPERO DI MATERIA FANGHI DA DISINCHIOSTRAZIONE acqua sostanze chimiche 29,9% RECUPERO ENERGETICO PCI MEDIO 2000kcal/kg disidratazione con nastropresse disidratazione Sostanze chimiche Quantità (kg/ton di carta) idrossido di sodio da 10 a 20 silicato di sodio da 20 a 30 sapone industriale al 50% di da secco 5 a 8 talco da 10 a 15 perossido di idrogeno da 5 a 25 sodio idrolofito da 6 a 10 acido solforico da 8 a 10 cementifici copertura discariche conglomerati edilizi industria laterizi aumento resistenza flessione-trazione riduzione conducibilità termica DISCARICA 15

16 SCARTI DI PULPER 27,2% 5% in peso della carta da macero impiegata contenuto di umidità medio del 40-50% 50% plastiche miste 40% fibre di cellulosa 5% legno e tessuti 5% inerti e metalli PCI allo stato secco kcal/kg combustione diretta o produzione CDR CARTIERA GIORGIONE SPAPPOLAMENTO EPURAZIONE = 150 kg SCARTI DI PULPER GIORNALIERI DISCARICA 16