Brevet FR2169835A1 — publié le 19730914

Le problème posé par le déversement des eaux rési douelles des usines de la pâte à papier, notamment de celles qui obtiennent la pâte de cellulose par la méthode appelée "au sul- fate", est bien connu. À la suite d'une étude détaillée, on est arrivé à la conclusion que la contamination des eaux publiques par ce type de déversement peut être substantiellement allégée, ou même supprimée, si, contrairement à la façon dont opèrent les usines auJourd'hui, les eaux résiduelles sont reprises en trois courants différents et si chacune d'elles reçoit un traitement adéquat. D'après l'expbrienca des Demandeurs, 20 % du dé versement total (qui correspond à environ 100 100 dr d'eau résiduelle par tonne de pâte produite), c'est-à-dire environ 20 m3/t de pat., provient du parc de bois, des condensateurs, des réfrigé- ranis, des séchoirs de pâte, etc.; ce type d'eaux résiduelles sera désigné par la suite par "eaux I". Par ailleurs, on appellera une autre partie "eaux III, qui correspondra à 70 % environ (70 m:#/t pâte) et qui comportera les eaux résiduelles de caustification, celles des con densateurs du département de la pâte, celles du lavage épuratif, celles de l'excédent de récupération des fibres, et celles du lavage et du refroidissement de la centrale thermique. Quant aux 10 k restante (touJours en valeur appro tflmative), ctest-à-dire 10 2 lut Aphte environ, il est formé par l'excédent des lessives ainsi que par les eaux de lavage de la pâte lessivé, il y en a abondamment dans les mêmes composants de la "lessive noires qui est réutilisée par l'usine avec régénération, mais ces composants sont tellement dilués qu'il est antiéconomique de les régénérer, et jusque à présent aucune méthode permettant l'élimination de ces composants sans danger ou sans difficulté n'a été mise en pratique. On appellera ces eaux les "eaux III". Cependant, il est bien certain que les eaux de lessive noire diluée (eaux III) sont les principales causes de "nuisance" du déversement d'ensemble, telle que la formation d'écumes persistantes et la forte couleur tachetée. En effet, elles comportent des composants organiques tels qu'un dérivé de la lignine, dégradé par la cuisson, d'un très fort caractère colorant, dont les Demandeurs ont étudié, vérifié et mesuré sa capacité de formation d'écume. Elles comportent aussi des pro duits organiques du type uronique et saofiarique formés par hydrolyse plus ou moins intense des matières cellulosiques du bois qui contribuent aussi à la couleur par "caramélisation", ainsi que des tanins et résines d'une même origine, mais en quantités moins importantes.Elles contiennent aussi des substances minéraies, sulfure et hydroxyde de sodium, principalement. Les composants de sous-cellulose ne représenteraient pas un grand problème, puisqu'il s'agit de matières biodégradables. Mais il n'en est pas ainsi pour les dérivés de la lignine, les moins désirables à cause de leurs quatre propriétés de : facilité de formation d'écume, persistance de cette écume, couleur très appréciable (souvent plus de 1000 unités platine), indestructibilité par biodégradation. Les Demandeurs ont étudié la façon la meilleure et la plus économique pour traiter les déversements; aussi préconisent-ils de traiter les trois courants (I, Il et III) d'une manière différente, car c'est seulement ainsi que l'on obtient une économie de réactifs qui permette de supporter les frais inhérents. Le traitement des eaux I peut être parfaitement réalisé par les méthodes déjà connues qui consistent à effectuer une simple séparation physique (filtration, sédimentation naturelle ou forcée) des solides suspendus; on obtient de l'eau finale qui peut être déversée directement dans tous les cas, généralement avec une aération préalable et, dans certains cas, réutilisée par l'usine. Les eaux résiduelles Il ont besoin d'entre traitées - ce qui est d'ailleurs bien connu - par des produits floculants, tel que le sulfate d'alumine, l'aluminate de sodium, des sels ferriques, etc.; les eaux traitées par ces produits, après filtrage et aération, permettent un déversement sans problème et sont, dans certains cas, réutilisables. Selon l'invention, on propose pour les eaux III un traitement original et à un prix suffisamment bas pour titre toléré par l'usine de pâte à papier. Le traitement selon l'invention consiste à acidifier les eaux résiduelles de ce type, normalement alcalines, jusqu'à un pE acide, de préférence inférieur à 2,5,moyennant l'addition d'acide, sulfurique par exemple, ou de produits chimiques produisant de l'acidité au contact avec l'eau, par exemple C120 De cette façon, les composants ligniniques se précipitent; ils sont à caractère colloïdal et se séparent par les moyens usuels (filtration, centrifugation, sédimentation), forment des liquides très peu colorés, produisant peu d'écumes, d'une très basse stabilité d'écumes, et d'une petite valeur de D.C.O. (demande chimique en oxygène) la matière organique qu'ils possèdent encore étant biodégradable.Les eaux peuvent être mélangées avec les eaux I + Il et on les aère sans ou avec addition de catalyseurs avant leur déversement. Rien ne s'oppose à ce que l'acidité soit plus ou moins neutralisée après avoir séparé les lignines, et avant de procéder à l'aérage ou au déversement en utilisant par exemple les boues calcaires disponibles dans l'usine. Si à cause d'efigences particulières, l'on désire réduire encore la D.C.O., la couleur et la capacité de formation d'écumes des eaux III, le conditionnement peut se compléter par le traitement de l'eau par un décolorant à caractère adsorbant, tel que du charbon actif, des terres décolorantes, etc. Avec ces produits on arrive à obtenir de l'eau III finale d'une couleur O ("échelle de platine"), dépourvue d'écume et de matière organique. C'est le coft permissible, comme nous avons déjà dit, qui déterminera la quantité d'adsorbant utilisable d'après les exigences qui stimpossent au déversement. Comme exemple non limitatif de la façon d'opérer, et en se référant aux eaux III, celles de plus grande couleur et capacité de formation d'écumes (qui sont généralement celles de bois résineux), on peut citer un traitement type sous la forme suivante a) les eaux III, décantées, avec un pH = 7,5 à ~0,0, sont traitées par de l'acide sulfurique commercial (98 k), à raison d'environ 1 kg d'acide/m3 d'eau pour obtenir un pH de 2,0. b) on ajoute aussi une quantité de charbon adsorbant de 30 à 100 g/i# environ. c) on laisse sédimenter les eaux dans un sédimenteur continu d'où l'on décharge de la boue plus ou moins diluée de lignine coagulée, mélangée avec l'adsorbant, pendant que lton extrait le liquide clair qui surnage. d) la boue est épaisse par filtration, par centrifugation, ou par d'autres moyens connus; on envoie la boue concen trée aux fours de récupération de l'usine de pâte, pendant que le liquide séparé est conduit à un départ dans lequel est aussi dd- versé le liquide clair obtenu en c). e) les liquides sont traités par de la boue calcaire pour conditionner leur acidité à un pH proche de la neutralité, d'après les exigences du déversement, et f) les eaux finales sont soumises à une aération de façonnussuelle, soit séparément, soit conjointement avec les eaux I et Il qui ont été traitées indépendamment. L'aération conjointe des eaux I, Il et III a l'avantage de réduire l'investis3ement et les frais fixes, et la couleur résiduelle des eaux III est diluée avec les eaux I et II qui sont normalement très peu colorées. Le schéma suivant illustrera l'ensemble du traitement et l'objet de l'invention. EFu (115 s > ) oe,(15 (15 t) USINE DE PÂTE p;i I I Ea1ux E#uxII Eaux (;m#) (7j m3) DECÂNTÂTION M DECANTÂTION ET DECÀN!#I0N FILTRATION FILTRATION COAGULATION M TRAITEMENT DE FILTRÂTION L'INVENTION ~ . v t u , S r AéRATION SE PISCINE (COMMUN) I Déver E31PEtnt (100 me#nt Le tableau ci-après indique les propriétés de l'eau III avant et après le traitement indiqué que nous proposons :: Caractéristiques Avant après Variation Matière organique, vl 0,90 0,52 -42 Demande en oxygène, ppm 3.200 1.760 -45 Capacité de formation d'écumes (indice) 3,5 1,8 e48 Stabilité des écumes (min) 3.400 0,5 -100 Couleur (échelle platine) 1.800 110 -94 Dans le cas illustré par le tableau, l'addition de l'acide sulfurique était de 1,01 kg (acide à 98%), par mètre cube d'eau, et celle de l'adsorbant consistait en l'emploi de charbon décolorant à raison de 40 g/m3. Cet adsorbant est récu opérable et réactivable sous la forme usuelle ai on l'ajoute à l'eau III après avoir séparé le précipité de lignine; dans ce ou, une filtration ou une centrifugation de la suspension eau/ charbon actif permet de l'isoler et ss e traiter afin qu'il récupère une grande partie de son activité initiale. Les effets de l'aération peuvent ttre améliorés (accélérés) ai l'on ajoute à l'eau des substances inorganiques ou organiques favorisant l'oxydation, tels que des cations de métaux de transition (ion manganèse par exemple), des substances organiques peroxydables, des composés quinoniques, etc. La nature de l'invention et sa mise en pratique étant suffisamment déeritee, on doit noter que les spécifications indiquées ci-dessus sont susceptibles de modifications de détail sans altérer leur caractère fondamental qui constitue l'essentiel de cette invention. REVENDICÂTIONS 1. Procédé de traitement des eaux résiduelles de la fabrication de pâte de cellulose par des méthodes alcalines > qui consiste à traiter, séparément de toutes les autres, les eaux résiduelles de débordement de la lessive et celles du lavage de la pâte lessivée, par un acide fort afin d'abaisser leur pH au dessous de 6,5, de manière à précipiter ainsi presque toute la matière organique non biodégradable par coagulation; à séparer cette matière du liquide et à éliminer aussi la quantité précise de matière organique subsistante dans le liquide - en accord avec les exigences du déversement - par I'effet d'un traitement complémentaire combinant l'action d'un adsorbant-décolorant et l'oxydation par l'air, et à finir le traitement par la neutralisation de l'acidité d'après les exigences imposées par le déversement. 2. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel l'acidité optimale est celle qui correspond à un pH compris entre 1,5 et 2,5. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, suivant lequel on obtient l'acidification par l'addition d'acide sulfurique commercial. 4. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel lton obtient l'acidification en traitant l'eau par des produits chimiques, tels que le chlore, qui produisent de l'acidité par contact avec l'eau. 5. Procédé selon la revendication i, suivant lequel on emploie du charbon activé comme décolorant. 6. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel on emploie des argiles adsorbantes pour la décoloration. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 4 et 5, suivant lequel le décolorant est ajouté à liteau avec une agitation convenable et, éventuellement, avec une élévation de la température jusqu'à ébullition. 8. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel on ajoute à l'eau, préalablement à l'oxydation par l'air, de pites quantités d'un catalyseur d'osydation. 9. Procédé selon la revendication 1, suivant lequel les eaux en traitement sont neutralisées d'après les conditions exigées par le déversement, à n'importe quelle phase postérieure à l'acidification. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendica tisons précédentes, suivant lequel les eaux résiduelles traitées sont mélangées après élimination de la matière coagulée, et après les avoir décolorées et neutralisées de leur acidité, avec le reste des eaux résiduelles de l'usine de pâte à papier, épu rées par des méthodes appropriées et connues, pour faire subir à ces eaux combinées un traitement d'opydation par l'air.