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INDUSTRIA CARTARIA
L'acqua gioca un ruolo importante in tutte le unità produttive dell'industria cartaria. E' il mezzo di trasporto delle materie prime fibrose e consente il loro convogliamento economico dalla sfibratura o, rispettivamente, dalla dispersione, fino alla tela di macchina attraverso i vari stadi della preparazione impasti. Inoltre costituisce la premessa per la preparazione di una miscela omogenea delle varie materie prime e per la loro uniforme distribuzione durante la formazione del foglio.
Durante la fase di dispersione, l'acqua ha la funzione di rottura dei legami interfibra, con un'ulteriore diluizione si riduce la viscosità della sospensione per renderla pompabile, per le ulteriori lavorazioni e per poterla distribuire uniformemente. La dispersione e il rigonfiamento costituiscono una premessa necessaria per aumentare la capacità di legame delle fibre e per migliorare il consolidamento del foglio di carta sulla macchina. Grazie al suo elevato calore specifico, al punto di solidificazione alto e alla buona conducibilità termica, l'acqua svolge una funzione refrigerante nei processi che impiegano elevate energie come la sfibratura del legno, la raffinazione e la produzione di paste meccaniche.
L'acqua è indispensabile per catalizzare la formazione di legami interfibra nella seccheria. A causa della sua elevata tensione superficiale, l'acqua attira le fibre ancora flessibili e le avvicina fra loro a tal punto da rendere possibile, durante la successiva evaporazione delle molecole d'acqua, la formazione di ponti d'idrogeno fra gli ossidrili delle fibre adiacenti. Infine, l'acqua è necessaria a tutta una serie di macchine come premistoppa idraulico, ad esempio nelle pompe, o per la pulizia, ad esempio per gli abbigliamenti (feltri, etc.) della parte umida.
Se si suppone che l'impasto sulla tela di macchina scorre allo 0,6%, che viene introdotto nella seccheria al 45% di secco e che il prodotto finito lascia la macchina al 93%, e assumendo un secco del 90% per la materia prima, il fabbisogno massimo d'acqua e quello minimo teorici risultano:
Consumo d'acqua massimo:
- per la diluizione dell'impasto ca. 154 m3 per ton di carta
Consumo d'acqua minimo:
- perdita per evaporazione in seccheria e per contenuto residuo d'acqua nella carta ca. 0.96 m3 per ton di carta
Per una cartiera media con produzione giornaliera di 220 ton di carta, si può quindi calcolare in via teorica:
- un fabbisogno massimo di 23,5 m3/min ovvero 33 900 m3/giorno;
- un fabbisogno minimo di 0.15 m3/min ovvero 211 m3/giorno;
Come si vede da questi dati (pubblicati dall'Associazione Tecnica Italiana per la Cellulosa e la Carta), il consumo massimo è notevole e molto impegnativo per il cartaio, non solo per l'approvvigionamento di quantità così grandi di acqua fresca, ma anche perché la separazione delle materie prime dall'acqua sulla tela avviene mediante un processo di filtrazione la cui efficienza è ben al disotto del 100%. Perciò l'acqua drenante contiene una considerevole frazione delle fibre e delle cariche introdotte all'origine. Ciò va a discapito dell'economicità del processo e causa allo stesso tempo un sovraccarico dell'impianto di chiarificazione.
L'industria cartaria si trova quindi a fronteggiare costantemente problemi di gestione dell'acqua e delle materie prime:
- riduzione per quanto possibile del consumo d'acqua;
- riduzione per quanto possibile delle perdite delle acque di scarico e reimpiego delle fibre recuperate;
- trattamento, secondo le prescrizioni delle autorità competenti, degli scarichi da smaltire;
L'industria cartaria già da parecchi anni ha dedicato particolare attenzione alla riduzione dei consumi di acqua fresca e quindi anche alle quantità d'acqua scaricate, sviluppando misure adeguate. La progressiva chiusura dei cicli delle acque di fabbricazione sta raggiungendo un elevato grado di sviluppo nelle cartiere italiane le quali però devono fronteggiare grosse difficoltà, come ad esempio la concentrazione di sostanze organiche indesiderate e di sali disciolti e il conseguente aumento di temperature e di microorganismi nel ciclo delle acque.
Una misura per la riduzione degli scarichi è la chiusura del ciclo delle acque, a tal proposito si distinguono tre circuiti: il ciclo delle acque prime, quello delle acque seconde e il cosiddetto ciclo esterno. Il ciclo delle acque prime ha origine dal reimpiego diretto delle acque di drenaggio, ricche di materie prime provenienti dalla prima zona di drenaggio della tela, per la diluizione dell'impasto prima di giungere in macchina. Il ciclo delle acque seconde è costituito dalle acque che provengono dal drenaggio successivo dell'impasto e viene riciclato e riutilizzato per le presse, per gli elementi aspiranti e per gli spruzzi. Il riciclo delle acque seconde può avvenire direttamente ovvero mediante ripartizione in un piccolo ramo ad alto contenuto di solidi da usare per la diluizione nella preparazione impasti e in uno più grande con basso contenuto di solidi (acque chiare) per gli ugelli degli spruzzi. Un terzo circuito, che costituisce la maggior parte delle acque di scarico, trae origine dalla confluenza dell'esubero delle acque seconde con altri scarichi di cartiera e con acqua fresca di superficie; dopo chiarificazione una parte di queste acque viene riciclata in stabilimento con acqua fresca di fabbricazione.
Mentre il ciclo delle acque prime può essere oggi quasi completamente chiuso, vi sono dei limiti alla chiusura degli altri circuiti a causa dell'arricchimento delle acque di ogni sorta d'impurezza e dell'aumento della concentrazione salina dell'intero sistema.
Soprattutto negli ultimi decenni, i miglioramenti apportati al processo di produzione, come il riutilizzo dell'acqua, la chiusura dei circuiti a seguito delle analisi di processo e di ottimizzazione, l'utilizzo di più efficienti sistemi di trattamento dell'acqua fresca, dell'acqua effluente, hanno portato alla riduzione del consumo specifico di acqua al di sotto di 10 litri per kg di carta.
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