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PROCÉDÉ DE DÉCOLORATION DE L'EFFLUENT
DES USINES DE PÂTES À PAPIER Obi et de l'invention
La présente invention concerne un procédé de décoloration de l'effluent des usines de pâtes à papier, en particulier l'effluent résultant du procédé kraft de préparation de la pâte à papier.
Arrière-plan technologique à la base de l'invention
Dans la préparation du papier selon le procédé kraft, les matières premières sont traitées sous haute pression et à température élevée en présence d'un mélange de sulfure de sodium et de soude caustique.
La pâte à papier obtenue est ensuite décolorée (blanchie) par différents composés tels que le chlore, le dioxyde de chlore, l'hypochlorite de sodium ou d'autres agents de décoloration.
La lignine, les tanins et autres constituants responsables de la coloration de la pâte à papier réagissent avec ces agents chlorés et sont éliminés de cette pâte par lavage avec un agent alcalin tel que la soude caustique.
D'autres étapes supplémentaires peuvent être également comprises dans ce procédé mais l'effluent obtenu après ce lavage alcalin est déjà responsable de près de 80% de la coloration obtenue dans l'effluent final rejeté par les usines de pâtes à papier.
Etat de la technique
Il est connu par le document"Study cf the Color of Waste Liquor of Pulp Industry, The relaticnship Between the Celer of Waste Liquor in the Kraft Fui ? Multistage
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Bleaching and the Isolated C12-oxylignin" (Sameshima et Kondo, Mokuzai Gakkaishi 16,347 (1970) et par le brevet US 4.000. 033 que la précipitation des composants colorés de l'effluent peut être obtenue en diminuant le pH de celui-ci à des valeurs de l'ordre de 1,5.
Cependant, ce procédé de traitement présente l'inconvénient de devoir nécessiter l'addition de grandes quantités d'acides à l'effluent et de devoir disposer ensuite d'un procédé de traitement de cet effluent fortement acide, ce qui est aussi complexe et coûteux que de traiter l'effluent coloré original.
Il est également connu par le brevet US-4.420. 369 de pouvoir obtenir une précipitation des composés responsables de la coloration de l'effluent des usines de pâtes à papier, en additionnant à cet effluent des boues résiduelles du procédé de préparation de la pâte à papier.
L'acidification préalable de ces boues permet la dissolution des cations d'aluminium, de calcium et de fer et favorise la formation d'un complexe insoluble entre les composés responsables de la coloration et les cations.
Cependant, comme certaines de ces boues sont déficientes en certains de ces cations, il es. : : indispensable d'ajouter à ces boues les quantités nécessaires de cations d'aluminium, de calcium et/ou de fer afin d'obtenir une précipitation des composés responsables de la coloration des effluents.
Ce traitement préalable des boues augmente la difficulté de mise en oeuvre et le coût de ce procédé.
Buts de l'invention
La présente invention vise à fournir un procédé de décoloration des effluents des usines de pâtes à papier qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique susmentionné.
Le but principal de la présente invention vise à fournir un procédé de décoloration peu coûteux, peu polluant et qui présente une grande simplicité de mise en oeuvre et d'exécution.
Un but complémentaire de la présente vise à fournir
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un procédé qui puisse être combiné avec les procédés traditionnels de dépollution, sans modification de ceux-ci.
Brève description des figures - La figure 1 représente le pourcentage de coloration rési- duelle de deux lots différents d'effluent traité en fonction de la quantité de lactosérum ajouté.
- La figure 2 représente le pourcentage de coloration rési- duelle de l'effluent traité en fonction de la quantité de caséine ajoutée.
- La figure 3 représente le pourcentage de coloration rési- duelle de l'effluent en fonction du pH d'acidification.
- La figure 4 représente la quantité totale de précipité formée (A) et la quantité de précipité formée à partir des constituants de l'effluent (B) en fonction de la quantité de caséine ajoutée.
Eléments caractéristiques de l'invention
L'invention concerne un procédé de décoloration de l'effluent résultant du procédé kraft de préparation de la pâte à papier, dans lequel l'effluent est mélangé avec un composé protéique, le mélange obtenu est ensuite précipité en le portant à un pH acide, de préférence inférieure à 3 et le précipité coloré est récupéré par décantation et/ou filtration.
De préférence, le mélange comprend entre 0,001 et 1 gramme de composé protéique par litre d'effluent.
Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, le composé protéique est un composé protéique extrait du lait, tel que le lactosérum ou une protéine raffinée telle que la caséine.
Selon une autre ferme d'exécution préférée de l'invention, le composé protéique est une protéine extraite du soja.
Avantageusement, le mélange est précipité en le portant à un pH acide par addition d'un effluent acide, tel que l'effluent Cl résultant du procédé de préparation de la pâte à papier.
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Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention
Selon le procédé de la présente invention, l'effluent El (qui est l'effluent final obtenu après le traitement de la pâte à papier par de la soude caustique) est mélangé avec un composé protéique d'origine animale, végétale ou microbiologique, soit sous forme brute, comme le lactosérum (contenant environ 15% de substance active), soit sous forme raffinée, comme la caséine ou une protéine extraite du soja.
Ce mélange est ensuite précipité en portant celuici à une valeur de pH inférieure à 3.
Ce précipité coloré obtenu rapidement est constitué principalement par des chloro-lignines de haut poids moléculaire fixés aux composés protéiques. Ce précipité peut être facilement séparé de l'effluent par décantation ou plus rapidement par une filtration grossière. La quantité de précipité formée est de l'ordre de 0,25 kg par m3 d'effluent, soit 2,5 kg par tonne de pâte à papier produite.
Selon le procédé de l'invention, les dérivés organochlorés ne sont pas dégradés, ils sont transférés simplement d'une phase liquide vers une phase solide qui est traitée ultérieurement par pyrolyse, ou ajoutée aux boues de station d'épuration, ou encore traitée par dégradation biologique dans les systèmes de traitement traditionnels de dépollution.
Une décoloration de plus de 90% de l'effluent El peut par exemple être obtenue en combinant le procédé de précipitation selon l'invention avec le biotraitement de l'effluent par le microorganisme Phanerochaete chrysosporium.
Le procédé selon l'invention permet d'éliminer jusque 75% de la coloration et 50% des substances organochlorées adsorbables sur charbon actif (AOX), de l'effluent El, pour des concentrations en réactifs relativement faibles.
Le Tableau I ci-dessous reprend pour trois concentrations en lactosérum en poudre et en caséine, le pourcentage de diminution de la densité optique (D0465 à pH 7, 6) et le pourcentage de diminution de la concentration en organochlorés adsorbables (AOX).
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Tableau 1
EMI5.1
<tb>
<tb> Identification <SEP> DO <SEP> 465 <SEP> % <SEP> décol. <SEP> conc. <SEP> en <SEP> % <SEP> élim.
<tb> témoin <SEP> 508 <SEP> 0 <SEP> 35, <SEP> 5 <SEP> 0
<tb> Lactosérum <SEP> 0,02% <SEP> 412 <SEP> 19 <SEP> 30,6 <SEP> 13,8
<tb> Lactosérum <SEP> 0,10% <SEP> 313 <SEP> 39 <SEP> 24,3 <SEP> 31,5
<tb> Lactosérum <SEP> 0, <SEP> 50% <SEP> 171 <SEP> 66 <SEP> 18,3 <SEP> 51,5
<tb> Caséine <SEP> 0,002% <SEP> 411 <SEP> 19 <SEP> 31 <SEP> 12,7
<tb> Caséine <SEP> 0,010% <SEP> 320 <SEP> 37 <SEP> 22,8 <SEP> 35,8
<tb> Caséine <SEP> 0,050% <SEP> 174 <SEP> 65 <SEP> 18, <SEP> 8 <SEP> 47
<tb>
On constate qu'il est possible avec 0,5% de"substance brute" (lactosérum en poudre) et 0, 05% de"produit raffiné" (caséine) de diminuer de moitié la concentration en organochlorés adsorbables (AOX) et de deux tiers la couleur de l'effluent El.
Afin d'évaluer l'impact sur l'environnement du traitement de l'effluent El par le composé protéique, les valeurs de demande biochimique en oxygène (DBO) et de demande chimique en oxygène (DCO) d'effluents El traités par différentes quantités de lactosérum et de caséine ont été mesurées.
Les résultats de ces mesures sont présentées au tableau II. Remarquons que la DBO et la DCO sont mesurées sur le filtrat. L'effluent El est porté à pH 2, filtré et le filtrat est remis à pH neutre.
Tableau II
EMI5.2
<tb>
<tb> Identification <SEP> DCO <SEP> avant <SEP> DCO <SEP> après <SEP> DBO <SEP> avant <SEP> DBO <SEP> après
<tb> Lactosérum <SEP> 0, <SEP> 02% <SEP> 1730 <SEP> 1545 <SEP> 840 <SEP> 650
<tb> Lactosérum <SEP> 0,10% <SEP> 1730 <SEP> 2145 <SEP> 840 <SEP> 1250
<tb> Lactosérum <SEP> 0,50% <SEP> 1730 <SEP> 5380 <SEP> 840 <SEP> 3000
<tb> Caséine <SEP> 0, <SEP> 002% <SEP> 1730 <SEP> 1710 <SEP> 8, <SEP> 10 <SEP> 700
<tb> Caséine <SEP> 0,010% <SEP> 1730 <SEP> 1680 <SEP> 840 <SEP> 640
<tb> Caséine <SEP> 0, <SEP> 050% <SEP> 1730 <SEP> 940 <SEP> 840 <SEP> 500
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On constate que l'utilisation du lactosérum entraîne une augmentation de la charge polluante de l'effluent El traité alors que la caséine la réduit sensiblement.
Cependant, la charge polluante liée à la forme brute du composé protéique est d'un faible impact sur l'environnement, car rapidement biodégradable.
Exemple I
On ajoute à l'effluent El et sous agitation, différentes doses de lactosérum. Le mélange est ensuite porté à pH 2 au moyen d'acide nitrique concentré. Après filtration, la densité optique du filtrat est comparée à de l'effluent El non traité.
La figure 1 reprend les résultats de deux expériences réalisées sur deux effluents El provenant de deux lots différents.
On observe qu'en utilisant le procédé de décoloration selon la présente invention, on obtient avec une"substance brute une élimination de 55 à 63% de la couleur (DO465 à pH 7,6) à partir d'une concentration de 0, 2% (le rendement de la précipitation diminue fortement au-dessus de cette concentration).
En outre, on observe qu'une très faible quantité de réactif suffit pour éliminer 20% de la couleur.
Exemple II
Une même quantité du produit (2 g/1) est ajoutée sous agitation à différentes fioles contenant un même volume d'effluent. Le mélange est ensuite amené à différents pH au moyen d'acide nitrique concentré. Les diverses solutions sont filtrées et le filtrat (DO... à pH 7) est comparé à de l'effluent non traité.
Comme l'indique la figure 2, l'efficacité de la décoloration dépend fortement du pH. Elle est d'autant meilleure que le pH est bas.
Il est nécessaire d'obtenir un pH inférieur à 4 pour un bon rendement de précipitation et le rendement maximum est obtenu à un pH égal à 2. Il est également possible pour atteindre le pH de précipitation d'utiliser l'effluent acide Cl résultant également du procédé de préparation de la
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pâte à papier avant le traitement de cette pâte à papier par la soude caustique. L'acidification de l'effluent El obtenue par ajout d'une quantité égale d'effluent Cl. dont le pH varie entre 1,75 et 2 porte le pH du mélange aux environs de 3 et permet une décoloration de 55% pour une concentration de 0,2% du"produit brut".
Exemple III
Différentes quantités de caséine ont été ajoutées sous agitation à de l'effluent. Après ajustement du pH à la valeur 2, on filtre et on compare la densité optique (D0465 à pH 7,6) du filtrat à l'effluent non traita. Les résultats de cette expérience sont repris sur la figure 3.
On peut atteindre une décoloration de l'effluent de l'ordre de 80% pour des concentrations de 0,2% en caséine. Des concentrations très faibles (0,15 g/l) permettent déjà de réduire la coloration de moitié.
Comme précédemment, la décoloration est d'autant meilleure que le pH est bas et l'acidification nécessaire à une bonne précipitation peut être obtenue par ajout de l'effluent acide Cl.
Les expériences menées dans ce cadre donnent des résultats équivalents (mélange équivalent E1/C1 à pH 2,7, on obtient 82% de décoloration pour 2 g/l de produit raffiné).
Exemple IV
La figure 4 représente le poids total de précipité en fonction de la quantité de substance précipitant ajoutée.
Cette expérience confirme que la majeure partie des composés colorés peuvent être éliminés par des concentrations inférieures à 0,05 g/l en"substance raffinée".
Pour des concentrations supérieures à 0,1 g/1, le rendement de la réaction de précipitation n'est plus modifiée.
Exemple V
Le tableau III ci-dessous reprend le pourcentage de décoloration de l'effluent mesurée par densité optique à différentes concentrations en protéine de soja obtenue à partir de fèves et de tourteaux de soja.
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Tableau III
EMI8.1
<tb>
<tb> % <SEP> protéine <SEP> soja <SEP> Décoloration <SEP> (%) <SEP> D0465
<tb> (poids/volume) <SEP> mesurée <SEP> à <SEP> pH <SEP> 7, <SEP> 6
<tb> 0,002 <SEP> 35
<tb> 0,0045 <SEP> 46
<tb> 0, <SEP> 009 <SEP> 57, <SEP> 5
<tb> 0, <SEP> 01 <SEP> 61
<tb> 0,02 <SEP> 65, <SEP> 5
<tb> 0, <SEP> 04 <SEP> 73
<tb>
Exemple VI
Le tableau IV ci-dessous reprend le pourcentage de décoloration de l'effluent mesurée par densité optique à différentes concentrations en ovalbumine (protéine extraite de l'oeuf).
Tableau IV
EMI8.2
<tb>
<tb> % <SEP> protéine <SEP> ovalbumine <SEP> Décoloration <SEP> (%) <SEP> DO465
<tb> (poids/volume) <SEP> mesurée <SEP> à <SEP> pH <SEP> 7,6
<tb> 0,0085 <SEP> 60
<tb> 0,0250 <SEP> 65
<tb>