Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
3~
I,a présente invention a pour objet un procédé de
traitement d'effluents de papeteries.
Dans le présent exposé on désigne par papeteries
surtout les usines de fabrication de pâte a papier (en
anglais: pulp manuEactures).
On sait que les usines de fabrication de pâte a
papier rejettent des effluents fort polluants dénommés dans
le présent exposé "effluents de papeteries". Ces effluents
proviennent principalement des opérations de blanchiment de
la pâte à papier. On sait en effet que ce blanchiment
comprend généralement au moins deux étapes l'une de traite-
ment par le chlore, l'autre de traitement par la soude et
qu'à la suite de chacune de ces etapes on procède à un
lavage à l'eau de la pâte à papier dans le but d'eliminer
les composes qui ont ete rendus solubles. De cette manière
` on obtient des jus de chloration (issus du lava~e de la
pâte après blanchiment au chlore) et des jus de sodation
(issus du lavage de la pâte après blanchiment à la soude).
Ces jus de chloration et surtout les jus de sodation
20 ~ constituent la majeure partie des ef~luents polluants de
papeterie. Ils sont en outre produits en quantites
considerables puisque la fabrication d'une tonne de pâte
, à papier produit environ 30 m3 de jus de chloration et 103
y de jus de sodation,ces valeurs pouvant evidemment varier
passablement~en fonction de la nature precise de la pâte
produite et des procedes de fabrication et de blanchiment.
La nature des effluents de papeteries varie également en ,~
~ fonction de la qualite du bois servant à faire la pâte
j (bois d'arbres feuillus ou bois d'arbres resineux) et du ~ ~ -
procéde de délignification (extraction de la lignine sous
''! forme de lignosuIfonates) precedant le blanchiment de la ~-
~ pâte. -
~373~;26
Les considérations qui precedent ont pour but de
souligner les problemes majeurs que l'invention se propose
de résoudre mais il doit bien être entendu que l'invention
ne saurait être limitée aux seuls effluents spécifiquement
mentionnés ci-avant.
Le caractere polluant des effluents de pape-terie
est lui-même assez complexe et de nature peu definie. Il
est commode sur un plan pratique de distinguer dans ces
effluents la DBO (ou demande biologique en oxygene), la
DCG (ou demande chimique en oxygene) et la couleur. Ces
trois elements constituent les principaux caracteres
polluants. Une autre maniere de reperer le degre de
pollution consiste a mesurer la teneur de l'effluent en
carbone organique (c'est a dire en carbone appartenant a
des molécules organiques).
De nombreuses methodes de traitement des effluents
de papeteries ont ete deja proposees, notamment les
traitements à la chaux et au charbon actif. Dans un passe
assez recent le développement des appareils a membranes a
conduit certains auteurs a essayer de les appliquer pour ~
traiter les effluents de papeteries. C'est ainsi que Beder -
et al (Tappi 53 (5) 883-7, mai 1970) ont decrit le traite- -
ment d'effluents de papeteries par osmose inverse. En fait ---~
cet article decrit essentiellement l'ultrafiltration des
effluents de papeterie, l'osmose inverse proprement dite de
ces effluents ayant deja ete decrite auparavant. On ~ -
distingue en effet aujourd'hui l'ultrafiltration d'avec
l'osmose inverse, l'ultrafiltration se caracterisant en ce
que les memb~anes ne retiennent que des molecules de solute
beaucoup plus grosses que celles du solvant tandis qu'en
osmose inverse les membranes retiennent egalement les ~-
molecules de solutes dont la taille est du même ordre de
grandeur que celle du solvant.
-- 2 --
'731~
Toutefois cle nombreuses difficultés viennent
réduire considérablement l'intérêt que l'on pouvait porter
initialement a ces procédés a membranes: Parmi ces diffi-
cultés on peut citer en particulier:
l) Les procédés purement d'osmose inverse ont
l'inconvénient d'exiger la mise en oeuvre de pression tres
élevée car la pression hydraulique doit etre supérieure a
la pression osmotique de l'effluent.
2~ L'usage de membrane en acetate de cellulose
impose un prétraitement acide pour empêcher l'hydrolyse
de l'acétate, mais ceci exige des quantites importantes
d'acide vu la forte alcalinite des jus de sodation; en
outre il se forme des quantit8s elevees de sels ce qui
n'est pas non plus souhaitable lorsqu'on veut rejeter les
effluents en riviere.
3) Certaines membranes se colmatent ce qui
entraine une forte diminution du flw~.
4) Lorsqu'on ultrafiltre en continu des effluents
industriels, la pollution colorée disparait de fa,con
insuffisante. -
Un but de l'invention est de remédier en tout ou en
,,".~: :
partie aux inconvenients des procedPs connus.
Un autre but de l'invention est de fournir un -
procédé simple de traitement des effluents de papeteries, ~-
et spécialement des jus de sodation.
Le procedé de l'invention consiste à prétraiter
un ef1uent de papeterie par addition d'un floculant
utilise en quantité inférieure a la quantité entrainant
une floculation correcte puis a ultrafiltrer cet effluent -
prétraité (mélange d'effluent et de floculant~
'~ .
i' ' .: "
_ 3 _
.. ...
, i
~7331 26
La quantita de floculant mise en oeuvre est
generalement comprise entre 2 et 50~ en poids, de preference
7 à 15%, de la quantite necessaire pour obtenir une flocula-
tion correcte, c'est-a-dire pour obtenir un surnageant
clair (decoloration d'au moins 60%) et depourvu de louche
après décantation du precipite (c'est-a-dire du floculat;
duree de decantation inferieure à 1 h).
Le floculant peut être un produit unique, ou un
melange de produits. Dans ce dernier cas, les constituants
du melange peuvent être ajoutes à l'effluent simultanement
ou successivement.
Comme systemes floculants utilisables dans l'inven-
tion, on prafare les systèmes donnant naissance en milieu
aqueux à un précipite, surtout si ce precipite est abondant.
On utilise donc avantageusement comme systèmes floculants
des composes ou couples de composes, generalement mineraux,
qui, lorsqu'ils se trouvent en milieu aqueux donnent naissance ~;
à un precipite de sel ou hydroxyde irlsoluble, comme par
exemple le carbonate de calcium ou l'hydroxyde d'aluminium.
Par chaque systeme floculant il axite généralement un pH
optimum ou le precipite est le plus a~ondant. Le choix des
constituants, des systemes de floculation, et du pH, et des
quantites de constituants se fait aisement, l'homme de l'art
connaissant fort bien les caracteristiques des floculants.
Comme systeme floculant specialement interessant,
on peut citer:
a) le système chaux, sulfate d'alumine;
b) le systeme chaux, CO2 (barbotage de CO2 gazeux);
c) le système chlorure de calcium, carbonate de
sodium;
d) les chlorosulfates d'aluminium.
- 4 -
~973~L26
Les membranes d'ultrafiltratlon utilisées dans
l'invention on-t un seuil de coupure vis-à-vis des protéines
compris entre ~000 et 100.000, de préférence entre 5000
et 25.000 (on appelle seuil de coupure le poids moléculaire
limite de protéines à partir duquel la membrane présente un
taux de rejet supérieur à 95%).
On préfère utiliser les membranes constituées `
d'un polymère stable à pH supérieur à 8, et plus particulière-
ment celles stables à un pH supérieur à 10.
Parmi les membranes disponibles on choisit de
préférence celles ayant un débit à l'eau pure sous 2 bars -
supérieur à 700 1/j.m2, de préférence supérieur à 2000
l/j.m2.
L'ultrafiltration est operée sous pression
différentielle ~différence de part et d'autre de la membrane)
comprise generalement entre 0,5 et 20 bars, de preference
entre 1 et 6 bars.
Selon une modalité avantageuse l'effluent traité
circule à la surfaçe de la membrane à une vitesse linéaire
: : .
superieure à 0,1 m/s, de preférence comprise entre 1 et 3 m/s. ~ -
Les exemples suivants, donnés à titre non
limitatif, illustrent l'invention et montrent comment elle
.
peut etre mise en pratique. -
. .
Dans ces exemples la DCO se mesure conformément à
la~norme AFNOR n T 90-101.
La couleur des effluents est determinée, sans
modifier le pH, à l'aide d'un spectrophotomètre étalonné
par rapport a des échantillons de référence Platine-Cobalt
~ (échantillons définis dans la norme A~TM D 1209-52).
La teneur en carbone organique est exprimée en m~
de carbone par litre dleffluents. Cette teneur est
calculée a partir des mesures de quantité de carbone obtenues
- 5 -
.
73~
par combustion d"ln echantillon à 900C (indication du
carbone total) et a 150C (indication du carbone mineral).
EXEMPLE l
On soumet au traitement selon l'invention un
effluent de papeteries constitué d'un jus de sodation issu
de l'atelier de blanchiment de pâ-te a papier "Kraft"
provenant de bois d'arbres resineux. Cet effluent a une
DCO de 4500, une couleur de 10.000, un pH de 10 et sa
viscosité est sensiblement égale a celle de l'eau.
A 300 cm3 de cet effluent on ajoute successive-
ment -~
- 0,075 g/l de chaux Ca (OH)2
- 0,3 g/l de sulfate d'alumine : Al2(SO4)3, 18H2O
- 0,4 mg/l de copolymere acrylate de sodium/acryl-
amide~
L'ensemble de ces trois produits constitue le
melange floculant qui, à dose 10 fois plus élevée, realise
sur l'efluent une floculation avec une vitesse de decanta-
tion convenable (l/2 heure) en laissant un surnageant
limpide a l'oeil nu.
Le melange jus de sodation + floculant est
introduit dans une cellule d'ultra-filtration munie d'une
membrane de surface egale à 39,2 cm2. Cette membrane qui
présente un débit à l'eau sous 2 bars de 9.800 l/j.m2 avec
un seuil de coupure de 15.000, est constituee de poly- ~ -
electrolyte complexe (association de deux copolymeres
d'acrylonitrile l'un à groupes cationiques, l'autre a
groupes anloni~ues).
Une a~ltation à la surface de la membrane permet
d'eliminer dans l'effluent le phenomene de couche limite.
La pression differentielle est de 2 bars.
-- 6
~ ' ' . ' ' . , ' ", !
1~73~LZ~;
On obtient 270 cm3 d'ultrafiltrat ayant une couleur
de 1200, ce qui correspond a une réduction de la couleur de
88%. Par ailleurs la DCO est de 950 ce qui correspond à une
réduction de 78~.
EXEMPLE 2:
On soumet au traitement suivant l'invention un
effluent de papeterie constitué par le jus de sodation
provenant de l'atelier de blanchiment de pâte a papier;
cet effluent a une couleur de 8000 et un pH de 12,4.
A 300 cm3 de cet effluent on ajoute successivement
- 0,08 g/l de chaux (Ca(OH)
- 0,4 g/l de A12(SO4)3, 18H2O
- 0,5 ppm (partie par million) de copolymere
acrylate de sodium/acrylamide.
Une dose 10 fois plus élevée de ces trois produits
constitue la quantité nécessaire pour avoir une floculation
et une décantation correctes.
Le mélange de lleffluent de sodation et de flocu-
lant est traité par ultrafiltration dans les mêmes conditions
20 ~ que celles décrites dans l'exemple 1, la seule variante ;
étant que la membrane est en polysulfone sulfonée, avec un
debit à l'eau pure sous 2 bars de 4000 1/j.m2 et un seuil
de coupure de 10.000.
On obtient un ultrafiltrat ayant une couleur de
2800.
On obtlent des resulbats semblables en supprimant
le copolymare acrylique dans le systeme floculant.-
XAMPL~ 3:
On soumet au traitement suivant l'invention un
effluent de sodation provenant de l'atelier de blanchiment
de pâte ~ usage textile (pâ-te pour ~iscose) obtenue par le
procédé au bisulfite a partir de bois d'arbres feuillus.
. '. ' '
-- 7 --
` ~73~L26
Cet effluent a une couleur de 40.000, un pH de 9,2.
A 300 cm3 de cet effluent on ajoute successivement
- 0,65 g/l de chaux Ca(OH)2
- 2 g/l de A12(SO4)3, 18H2O
- 2 ppm de copolymere acrylate de sodium/acrylamide.
Une dose 10 fois plus elevee de ces trois produits
constitue la quantite necessaire pour avoir une floculation
et une decantation correctes.
Le melange de l'effluent de sodation et de flocu-
lant est traite par ultrafiltration dans les conditionsdecrites à l'exemple 2.
La couleur de l'ultrafiltrat est de 16.000 ce qui -
correspona à une réduction de couleur de 60%.
EXEMPLE 4:
On soumet au traitement selon l'invention un
effluent de sodation provenant de l'atelier de blanchiment
de pâte a papier kraft de bois resineux.
Cet effluent a une couleur cle 25.000, un pH de ~-
12,3. Sa teneur en carbone organique est de 1420.
A 20 1 de cet effluent on a~oute successivement
1,5 g/l de Na2CO3, 1,5 g/l de CaC12, 1 ppm de copolymere
acrylate de sodium/acrylamide.
Une dose 10 fois plus élevée de ces trois produits
constitue la quantité nécessaire pour avoir une floculation
et une décantation correctes.
Le mélange jus de sodation ~ floculant est
traité dans un appareil d'ultrafiltration comprenant un
empilement de ~uatre membranes ayant chacune une surface
de 1,1 dm2. Ces membranes en polysulfone sulfonée ont un
,
débit a l'eau pure sous 2 bars de 4000 1/j.m2 un seuil de
coupure de 10.000. La pression différentielle est de 1
bar. La vitesse de circulation à la~surface de la membrane -
est de 1,5 m/s. ;
- 8 ~
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~3~.Z6
On obtient 18 1 d'ultrafiltrat avec un debit ~
constant de 1600 1/j.m2,~sa couleur étant de 6000 (reduction ~:
de 76%) et sa teneur en carbone organique egale a 600. .
On obtient des resultats semblables en supprimant
le copolymere acrylique du systeme floculant.
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