Aspectes físics i químics del destintatge de paper revista mitjançant tensioactius catiònics

En una tesi anterior (Puig, 2004) es varen estudiar els aspectes mecànics vinculats al desfibratge i als consums energètics associats al procés de desintegració per acabar quantificant les forces implicades en el procés d'individualització dels components de diferents paperots. Aquest estudi, ha permès conèixer les condicions de desintegració que condueixen a un mínim consum energètic, aspecte complementari al reciclatge i destintatge del paperot però molt important per aconseguir un procés realment sostenible. Degut als requeriments del mercat, hi ha un altre aspecte o vessant realment important com és l'eliminació de tinta. Aquest procés, malgrat la complexitat industrial, es pot reduir o simplificar en dues etapes: la desintegració i la flotació. Ambdues, per raons d'eficàcia i condicionades pels agents químics que s'utilitzen, es realitzen en medi fortament alcalí (entorn d'un pH a 12). Aquest fet, genera una forta contaminació (DQO elevada) i per tant, és un procés poc respectuós amb el medi ambient. Els factors que condicionen treballar en medi alcalí són principalment, el despreniment de la tinta del suport, clarament accelerat en medi bàsic i fonamental per un bon destintatge i la utilització de tensioactius aniònics. Aquests tensioactius són sensibles al pH i la seva eficàcia disminueix en medi neutre o quasi neutre. Atès el que s'ha exposat, s'ha plantejat aquesta tesi que porta per títol "Aspectes Físics i Químics del Destintatge de Paper Revista mitjançant Tensioactius Catiònics", com un estudi del procés de destintatge de paper revista recuperat parant especial atenció a les variables físico-químiques i mecàniques del procés i a la seva influència en el despreniment i fragmentació de la tinta, així com en el procés d'eliminació de la tinta per flotació per tal d'avaluar la viabilitat d'un procés de destintatge en medi neutre enfront del destintatge alcalí convencional. S'ha utilitzat, com a paperot a destintar, el paper revista ja que aquest tipus de paper representa un percentatge elevat del paper recuperat a la Unió Europea. A més, aquest tipus de paper és utilitzat habitualment en les plantes de destintatge industrials per millorar les propietats de les suspensions destintades de paper de diari. La utilització de tensioactius catiònics és deguda a que la seva activitat no es veu afectada pel pH de la suspensió. Així, durant la comparació dels processos de destintatge en medi neutre i en medi alcalí, les eficàcies dels processos no es veuran influenciades pel grau d'ionització del tensioactiu. Donada l'absència d'estudis sobre la influència de les variables del procés en les mesures de concentració efectiva de tinta residual (ERIC) i ja que s'ha emprat aquest paràmetre per avaluar el despreniment i fragmentació de la tinta durant l'etapa de desintegració. En primer lloc, s'ha plantejat un estudi fonamental de la influència que poden tenir les variables del procés (granulometria, concentració de tinta i tipus de suport) en aquest paràmetre. Pel que fa a l'etapa de flotació, s'estudiarà l'efectivitat d'aquesta etapa, posant especial atenció a la capacitat del tensioactiu per eliminar tota la tinta despresa en l'etapa de desintegració. A més, donada la poca informació bibliogràfica referida als mecanismes de flotació amb tensioactius catiònics i la influència que té l'adsorció d'aquests agents per part de la suspensió paperera en l'etapa de flotació, s'ha dut a terme un estudi de l'adsorció dels tensioactius catiònics per part dels components d'una suspensió paperera. Per tant, la tesi realitzada té com a objectius:  Estudi fonamental de les mesures de ERIC (concentració efectiva de tinta residual) amb suports específics.  Estudi de la desintegració en medi neutre i comparació amb la desintegració clàssica.  Modelització del desfibratge de paperot a l'etapa de desintegració.  Estudi de l'eliminació de tinta per flotació en medi neutre i comparació amb la flotació clàssica.  Estudi del mecanisme d'adsorció de tensioactius en suspensions de cel·lulosa sintètica i de paperot.

Procés de destintatge del paper per flotació. Avaluació de l'eficàcia de l'eliminació de tinta

La tesi doctoral presentada té com a objectius principals l'estudi de les etapes fonamentals de desintegració i flotació en un procés de destintatge de papers vell de qualitats elevades per a poder millorar l'eficàcia d'aquestes etapes clau. Conté una revisió teòrica completa i molt actualitzada del procés de desintegració i flotació tant a nivell macroscòpic com microscòpic. La metodologia de treball en el laboratori, la posada a punt dels aparells, així com les anàlisis efectuades per a valorar la resposta del procés (anàlisi de blancor, anàlisi d'imatge i anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual) estan descrites en el capítol de material i mètodes. La posada en marxa permet obtenir unes primeres conclusions respecte la necessitat de treballar amb una matèria primera homogènia i respecte la no significació de la temperatura de desintegració dins l'interval de treball permès al laboratori (20-50°C). L'anàlisi de les variables mecàniques de desintegració: consistència de desintegració (c), velocitat d'agitació en la desintegració (N) i temps de desintegració (t), permet de discernir que la consistència de desintegració és una variable fonamental. El valor de consistència igual al 10% marca el límit d'existència de les forces d'impacte mecànic en la suspensió fibrosa. A consistències superiors, les forces viscoses i d'acceleració dominen l'etapa de desintegració. Existeix una interacció entre la consistència i el temps de desintegració, optimitzant-se aquesta darrera variable en funció del valor de la consistència. La velocitat d'agitació és significativa només per a valors de consistència de desintegració inferiors al 10%. En aquests casos, incrementar el valor de N de 800 a 1400 rpm representa una disminució de 14 punts en el factor de destintabilitat. L'anàlisi de les variables químiques de desintegració: concentració de silicat sòdic (% Na2SiO3), peròxid d'hidrogen (% H2O2) i hidròxid sòdic (% Na2OH), proporciona resultats força significatius. El silicat sòdic presenta un efecte altament dispersant corroborat per les corbes de distribució dels diàmetres de partícula de tinta obtingudes mitjançant anàlisi d'imatges. L'hidròxid sòdic també presenta un efecte dispersant tot i que no és tant important com el del silicat sòdic. Aquests efectes dispersants són deguts principalment a l'increment de les repulsions electrostàtiques que aporten a la suspensió fibrosa aquests reactius químics fent disminuir l'eficàcia d'eliminació de l'etapa de flotació. El peròxid d'hidrogen utilitzat generalment com agent blanquejant, actua en aquests casos com a neutralitzador dels grups hidroxil provinents tant del silicat sòdic com de l'hidròxid sòdic, disminuint la repulsió electrostàtica dins la suspensió. Amb l'anàlisi de les variables hidrodinàmiques de flotació: consistència de flotació (c), velocitat d'agitació durant la flotació (N) i cabal d'aire aplicat (q), s'aconsegueix la seva optimització dins el rang de treball permès al laboratori. Valors elevats tant de la velocitat d'agitació com del cabal d'aire aplicat durant la flotació permeten eliminar majors quantitats de tinta. La consistència de flotació assoleix valors òptims depenent de les condicions de flux dins la cel·la de flotació. Les metodologies d'anàlisi emprades permeten obtenir diferents factors de destintabilitat. Entre aquests factors existeix una correlació important (determinada pels coeficients de correlació de Pearson) que permet assegurar la utilització de la blancor com a paràmetre fonamental en l'anàlisi del destintatge de papers vells, sempre i quan es complementi amb anàlisis d'imatge o bé amb anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual. S'aconsegueixen expressions empíriques tipus exponencial que relacionen aquests factors de destintabilitat amb les variables experimentals. L' estudi de les cinètiques de flotació permet calcular les constants cinètiques (kBlancor, kERIC, kSupimp) en funció de les variables experimentals, obtenint un model empíric de flotació que relacionant-lo amb els paràmetres microscòpics que afecten realment l'eliminació de partícules de tinta, deriva en un model fonamental molt més difícil d'interpretar. Mitjançant l'estudi d'aquestes cinètiques separades per classes, també s'aconsegueix determinar que l'eficàcia d'eliminació de partícules de tinta és màxima si el seu diàmetre equivalent és superior a 50 μm. Les partícules amb diàmetres equivalents inferiors a 15 μm no són eliminades en les condicions de flotació analitzades. Es pot dir que és físicament impossible eliminar partícules de tinta de diàmetres molt diferents amb la mateixa eficiència i sota les mateixes condicions de treball. El rendiment del procés analitzat en funció de l'eliminació de sòlids per l'etapa de flotació no ha presentat relacions significatives amb cap de les variables experimentals analitzades. Únicament es pot concloure que addicionar quantitats elevades de silicat sòdic provoca una disminució tant de sòlids com de matèria inorgànica presents en les escumes de flotació.

Measurement of apolipoprotein B-48 in the Svedberg flotation rate (Sf) > 400, Sf 60 – 400 and Sf 20 – 60 lipoprotein fractions reveals novel findings with respect to the effects of dietary fatty acids on triacylglycerol-rich lipoproteins in postmenopausal women

The present study was designed to examine whether the type of fat ingested in an initial test meal influences the response and density distribution of dietary-derived lipoproteins in the Svedberg flotation rate (Sf)>400, Sf 60 - 400 and Sf 20 - 60 lipoprotein fractions. A single-blind randomized within-subject crossover design was used to study the effects of palm oil, safflower oil, a mixture of fish and safflower oil, and olive oil on postprandial apolipoprotein (apo) B-48, retinyl ester and triacylglycerol responses in each lipoprotein fraction following an initial test meal containing one of the oils and a second standardized test meal. For all dietary oils, late postprandial (300min) concentrations of triacylglycerol and apo B-48 were significantly higher in the Sf 60 - 400 fraction than in the Sf>400 fraction (P<0.02). Significantly greater apo B-48 incremental areas under the curve (IAUCs) were also observed in the Sf 60 - 400 fraction than in the Sf>400 fraction following palm oil, safflower oil and olive oil (P<0.04), with a similar non-significant trend for fish/safflower oil. Olive oil resulted in a significantly greater apo B-48 IAUC in the Sf>400 fraction (P<0.02) than did any of the other dietary oils, as well as a tendency for a higher IAUC in the Sf 60 - 400 fraction compared with the palm, safflower and fish/safflower oils. In conclusion, we have found that the majority of intestinally derived lipoproteins present in the circulation following meals enriched with saturated, polyunsaturated or monounsaturated fatty acids are of the density and size of small chylomicrons and chylomicron remnants. Olive oil resulted in a greater apo B-48 response compared with the other dietary oils following sequential test meals, suggesting the formation of a greater number of small (Sf 60 - 400) and large (Sf>400) apo B-48-containing lipoproteins in response to this dietary oil.

Separation of astaxanthin from cells of Phaffia rhodozyma using colloidal gas aphrons (CGA) in a flotation column

The aim of this study is to investigate the separation of astaxanthin from the cells of Phaffia rhodozyma using colloidal gas aphrons (CGA), which are surfactant stabilized microbubbles, in a flotation column. It was reported in previous studies that optimum recoveries are achieved at conditions that favor electrostatic interactions. Therefore, in this study, CGA generated from the cationic surfactant hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) were applied to suspensions of cells pretreated with NaOH. The different operation modes (batch or continuous) and the effect of volumetric ratio of CGA to feed, initial concentration of feed, operating height, and flow rate of CGA on the separation of astaxanthin were investigated. The volumetric ratio was found to have a significant effect on the separation of astaxanthin for both batch and continuous experiments. Additionally, the effect of homogenization of the cells on the purity of the recovered fractions was investigated, showing that the homogenization resulted in increased purity. Moreover, different concentrations of surfactant were used for the generation of CGA for the recovery of astaxanthin on batch mode; it was found that recoveries up to 98% could be achieved using CGA generated from a CTAB solution 0.8 mM, which is below the CTAB critical micellar concentration (CMC). These results offer important information for the scale-up of the separation of astaxanthin from the cells of P. rhodozyma using CGA.

On site flotation for recovering polluted aquatic systems: is it a feasible solution for a Brazilian urban river?

Pinheiros River (Brazil) plays a pivotal role in supplying water to Billings Reservoir, which presents multiple uses (human drinking, energy generation, irrigation, navigation, fishing and leisure) An intense monitoring program was performed during the years 2007 and 2008 to find out whether on site flotation is a feasible solution or not for improving the water quality of this urban river, attenuating the pollutants load caused by the water pumping to the reservoir (approximately 10 m(3)s(-1)) The monitoring of 18 variables (13,429 laboratorial analysis during the period of 490 days), suggested that despite the convenience of the on site approach for water treatment, especially for rivers located in fully urbanized areas, the flotation system is not enough itself to recover Pinheiros River water quality, given the several constraints that apply Total phosphorus removal was high in percentage terms (about 90%), although the remaining concentrations were not so low (mean of 0 05 mg L(-1)) The removal efficiency of some variables was insufficient, leading to high final mean concentrations of metals [e g aluminium (0 29 mg L(-1)), chromium (0 02 mg L(-1)) and iron (1 1 mg L(-1))] as well as nitrogen-ammonia (25 8 mg L(-1)) and total suspended solids (18 mg L(-1)) in the treated water

Flow injection analysis of ethyl xanthate by gas diffusion and UV detection as CS(2) for process monitoring of sulfide ore flotation

A sensitive and robust analytical method for spectrophotometric determination of ethyl xanthate, CH(3)CH(2)OCS(2)(-) at trace concentrations in pulp solutions from froth flotation process is proposed. The analytical method is based on the decomposition of ethyl xanthate. EtX(-), with 2.0 mol L(-1) HCl generating ethanol and carbon disulfide. CS(2). A gas diffusion cell assures that only the volatile compounds diffuse through a PTFE membrane towards an acceptor stream of deionized water, thus avoiding the interferences of non-volatile compounds and suspended particles. The CS(2) is selectively detected by UV absorbance at 206 nm (epsilon = 65,000 L mol(-1) cm(-1)). The measured absorbance is directly proportional to EtX(-) concentration present in the sample solutions. The Beer`s law is obeyed in a 1 x 10(-6) to 2 x 10(-4) mol L(-1) concentration range of ethyl xanthate in the pulp with an excellent correlation coefficient (r = 0.999) and a detection limit of 3.1 x 10(-7) mol L(-1), corresponding to 38 mu g L. At flow rates of 200 mu L min(-1) of the donor stream and 100 mu L min(-1) of the acceptor channel a sampling rate of 15 injections per hour could be achieved with RSD < 2.3% (n = 10, 300 mu L injections of 1 x 10(-5) mol L(-1) EtX(-)). Two practical applications demonstrate the versatility of the FIA method: (i) evaluation the free EtX(-) concentration during a laboratory study of the EtX(-) adsorption capacity on pulverized sulfide ore (pyrite) and (ii) monitoring of EtX(-) at different stages (from starting load to washing effluents) of a flotation pilot plant processing a Cu-Zn sulfide ore. (C) 2010 Elsevier By. All rights reserved.

Effects of organic and inorganic additives on flotation recovery of washed cells of Saccharomyces cerevisiae resuspended in water

Separation of microbial cells by flotation recovery is usually carried out in industrial reactors or wastewater treatment systems, which contain a complex mixture of microbial nutrients and excretion products. In the present study, the separation of yeast cells by flotation recovery was carried out using a simple flotation recovery systems containing washed yeast cells resuspended in water in order to elucidate the effects of additives (defined amounts of organic and inorganic acids, ethanol, surfactants and sodium chloride) on the cellular interactions at interfaces (cell/aqueous phase and cell/air bubble). When sodium chloride, organic acids (notably propionic, succinic and acetic acids) and organic surfactants (sodium dodecyl sulphate (SDS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) and Nonidet P40) were added to the flotation recovery system, significant increases in the cell recovery of yeast hydrophobic cells (Saccharomyces cerevisiae, strain FLT-01) were observed. The association of ethanol to acetic acid solution (a minor by-product of alcoholic fermentation) in the flotation recovery system, containing washed cells of strain FLT-01 resuspended in water, leading to an increased flotation recovery at pH 5.5. Thus, the association among products of the cellular metabolism (e.g., ethanol and acetic acid) can improve yeast cell recovery by flotation recovery. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Flotation of blocolloids suspended in liquid phases of different compositions and pH values

The flotation capacity was determined for cells of yeasts strains belonging to the genera Hansenula, Candida and Saccharomyces. A heterogeneous group of yeasts, comprising strains from the three genera, was identified as showing high flotation capacities (degrees of flotation above 50%), which were practically not affected by variations in medium pH in both the synthetic medium and 2% molasses. Thus, the flotation capacity of the cells in this yeast group seemed strongly dependent on the liquid phase properties and/or growth medium composition, more than on the simple variation in pH of the cell suspensions. A second group of strains, belonging to the Saccharomyces genus, including also brewing yeast strains, was identified as having lower flotation capacities (degrees of flotation below 50% at pH 1.5), which showed no alterations or variations significantly affected by the medium pH. Foam volumes obtained with Saccharomyces strains were greater in synthetic media than in molasses owing to the higher air flow rates required for flotation in molasses. The flotation efficiency decreased in molasses in all cases as well as the foam volume, except in the case of Hansenula cells, which showed an increased foam volume. This was probably due to variations in product excretion by the different yeasts and/or differences in cell wall composition.

Yeast flotation viewed as the result of the interplay of supernatant composition and cell-wall hydrophobicity

Flotation is a process of cell separation based on the affinity of cells to air bubbles. In the present work, flotability and hydrophobicity were determined using cells from different yeasts (Hansenulla polymorpha, Saccharomyces cerevisiae, Candida albicans), which were propagated in different media and at different temperatures. Alterations to the supernatant of the cells were also carried out before the flotation assays. The results described here indicate that supernatants of the yeast cells can play a more important role on flotation than cell-wall hydrophobicity. For example, wall-hydrophobicity of strain FLT-01 of S. cerevisiae was high but flotation did not occur when their washed cells were resuspended in water. Additions of neopeptone to cultures of S. cerevisiae and H. polymorpha repressed flotation and increased the volume of foam. An additional task of the present work was to show that the relationship between cell-wall hydrophobicity and flotation performance was dependent on the method used for the measurement of hydrophobicity. Based on the assay procedure, two types of hydrophobicity were distinguished: (a) the apparent hydrophobicity for cells suspended in the medium and expressed by the degree of cell affinity to the organic solvent in the two-phase system supernatant/hexane; (b) the standard hydrophobicity, which was determined for cells suspended in a standard solution (acetate buffer, in the present work) within the acetate buffer/hexane system. Flotation of cells of S. cerevisiae and C albicans were best related to the degree of apparent hydrophobicity (varying with the supernatant composition at the cell/medium interface) rather than to the degree of standard hydrophobicity (varying with the alterations in the wall components, since the liquid phase was constant in the assay). However, depending on the yeast unpredictable results can be obtained. For example, cells of H. polymorpha exhibited good flotation associated to a high degree of standard hydrophobicity while having a lower degree of apparent hydrophobicity. Concerning growth temperature, flotation of cells of C albicans was strongly repressed when the temperature was raised from 30 to 38 degreesC while a similar effect was not observed in cultures of S. cerevisiae and H. polymorpha. It is difficult to understand and predict flotation of yeast cells but simple modifications made to the supernatant of cultures can activate or repress flotation. (C) 2003 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Efficient flotation of yeast cells grown in batch culture

A fast flotation assay was used to select new floating yeast strains. The flotation ability did not seem to be directly correlated to total extracellular protein concentration of the culture. However, the hydrophobicity of the cell was definitely correlated to the flotation capacity. The Saccharomyces strains (FLT strains) were highly hydrophobic and showed an excellent flotation performance in batch cultures without additives (flotation agents) and with no need for a special flotation chamber or flotation column. A stable and well-organized structure was evident in the dried foam as shown by scanning electron microscopy which revealed its unique structure showing mummified cells (dehydrated) attached to each other. The attachment among the cells and the high protein concentration of the foams indicated that proteins might be involved in the foam formation. The floating strains (strains FLT) which were not flocculent and showed no tendency to aggregate, were capable of growing and producing ethanol in a synthetic medium containing high glucose concentration as a carbon source. The phenomenon responsible for flotation seems to be quite different from the flocculation phenomenon. (C) 1996 John Wiley & Sons, Inc.

Flotation for cell recovery from small volumes of yeast cultures

Flotation or cell recovery in foams (proportion of the total cells in the medium transferred to the foam) and flotation efficiency (proportion of the cells transferred from an initial volume of medium equal to the residual volume after flotation) are functions of time, aeration rate, initial volume of medium, and initial concentration of cells. Cell recovery reached constant values (around 96.4 +/- 6.3%) and flotation efficiency decreased (owing to increases in the liquid content of the foam), with increases in air how rate (above 6-7 ml air s(-1)) and volumes of medium (above 11 ml) added to the column. Increases in concentration of cells in the medium led to increases in the concentration of cells in the foam.

Electrocoagulation/flotation followed by fluidized bed anaerobic reactor applied to tannery effluent treatment

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Selective factors involved in oil flotation isolation of black yeasts from the environment

The oil flotation isolation technique has been successfully applied to recover chaetothyrialean black yeasts and relatives from the environment. The selective mechanisms playing a role in isolation are unknown. The fungi concerned are supposed to occupy specialized microniches in nature, taking advantage of (1) oligotrophism. Mineral oil as a main selective agent may be based on (2) hydrophobicity or on (3) assimilation. All three hypotheses are tested in this paper. Results show that cell wall hydrophobicity is unlikely to be a selective factor. Incubation under poor nutrient conditions provides competitive advantage for black yeasts, especially for Exophiala strains, which are subsequently enriched by mineral oil which enhances growth in this group of fungi. Incubation under mineral media and mineral oil can be used as selective factor.

The influence of floc size and hydraulic detention time on the performance of a dissolved air flotation (DAF) pilot unit in the light of a mathematical model

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Influence of soil texture in the recovery of Toxocara canis eggs by a flotation method

In epidemiological surveys, the evaluation of soil contamination by Toxocara canis eggs requires a quick and easy method for the isolation of parasite eggs from soil samples. The efficiency of flotation methods is influenced by sample size, soil texture, degree of soil contamination, pretreatment, flotation solutions and time of flotation. This investigation was designed to evaluate the influence of soil texture in the recovery of T. canis eggs with the centrifugal flotation technique of Dada (Dada, B.J.O., 1979. A new technique for the recovery of Toxocara eggs from soil. J. Helminthol., 53: 141-144). Four types of soil (clay silt, sandy, silty clay and sand) were artificially contaminated with T. canis eggs (200 eggs per gram). Zinc sulphate (specific gravity 1.20) and sodium dichromate (specific gravity 1.35) were used as flotation solutions. Twenty replicated examinations were performed for each type of soil and flotation solution. There was a statistically significant difference in the results depending on soil type. The highest recovery percentages were observed in soils rich in sand (62.5% for sand and 38.0% for sandy soil). Differences were also observed with different flotation solutions. Sodium dichromate solution was more efficient for recovering T. canis eggs, regardless of the soil texture. © 1994.