Traitement des eaux usées issues de l'impression et de la finition dans l'industrie papetière

• 1. Production d'eaux usées dans l'industrie papetière
• 2. Caractéristiques des effluents générés lors des processus d'impression et de finition
• 3. Ligne de traitement des effluents
• 4. Réutilisation de l'eau dans l'industrie papetière
• 5. Les conclusions

1. Production des eaux usées dans l'industrie papetière

Les effluents générés lors des étapes d'impression et de finition dans l'industrie papetière présentent une composition hétérogène, caractérisée par la présence d'encres, de pigments, d'additifs chimiques, de composés organiques dissous et de solides en suspension.

Ces rejets présentent une grande variabilité en termes de débit et de charge polluante. Le traitement de ces effluents combine généralement des procédés physico-chimiques, biologiques et de filtration afin de garantir le respect de la réglementation environnementale et, parfois, leur réutilisation partielle au sein même de l'industrie.

Les effluents sont générés au cours des étapes suivantes du processus de production :

Préparation des encres. Cela comprend les opérations de formulation, de transvasement et de nettoyage des systèmes d'encrage qui génèrent des eaux usées à forte teneur en colorants, résines, solvants et tensioactifs. Le lavage des cuves, des canalisations et des équipements apporte des volumes importants de charge organique et de couleur à l'effluent global.

Impression. Ce terme englobe les rejets provenant du nettoyage des rouleaux et des cylindres, des purges des circuits de recirculation et des eaux de lavage issues des différentes étapes de production, telles que la flexographie, l'héliogravure ou l'offset. Ces effluents se caractérisent par leur forte coloration, leur DCO élevée et la présence de composés organiques.

Finition de surface. Les revêtements tels que le crépi ou le vernissage génèrent des eaux usées contenant des adhésifs, des polymères et des charges minérales (principalement du kaolin et du carbonate de calcium). Le nettoyage des machines entraîne la présence de fortes concentrations de solides en suspension.

Il convient également de prendre en compte les rejets issus du lavage des équipements et des opérations de maintenance, qui contiennent des résidus de produits chimiques, des particules fines, des huiles et des graisses ; d'autre part.

Enfin, il faut également tenir compte des effluents provenant du nettoyage des sols, des fuites dans les zones de production et des purges des circuits.

2. Caractéristiques des effluents générés lors des processus d'impression et de finition

Les effluents issus des processus d'impression et de finition dans l'industrie papetière se caractérisent par une composition hétérogène et une grande variabilité dans le temps, liée aux changements dans les formulations des encres, des revêtements et des opérations de nettoyage.

En général, elles contiennent un mélange de polluants organiques, inorganiques et de matières en suspension qui déterminent la conception du système d'épuration.

Voici quelques-unes des caractéristiques courantes de ces effluents :

• Coloration intense.
• Forte turbidité due à la présence de solides en suspension tels que des pigments, des charges minérales ou des fibres de papier. La concentration colloïdale est généralement élevée, ce qui rend difficile la séparation des solides si le processus de coagulation-floculation n'est pas dosé avec précision.
• L'utilisation de résines, d'adhésifs, de solvants et d'additifs présents dans les encres et les revêtements entraîne des charges organiques élevées.
• La biodégradabilité de l'effluent varie en fonction de l'équilibre entre les substances dégradables et les substances réfractaires.
• Les traces de métaux provenant de certains pigments, ainsi que les tensioactifs et les composés biocides utilisés dans les produits de nettoyage, peuvent entraîner une toxicité chronique qui entrave les processus de dégradation biologique.

En règle générale, ces effluents se prêtent généralement à un traitement biologique après un conditionnement physico-chimique approprié.

Les principaux paramètres de contrôle se situent dans les plages suivantes :              

PARAMÈTRE	UNITÉ	CONCENTRATION
pH	-	5,5 – 9,0
COD	mg/l	1 000 – 5 000
DBO5	mg/l	300 – 1 500
SST	mg/l	200 – 1 500
Conductivité	µS/cm	1 000 – 4 000
Huiles et graisses	mg/l	20 – 150
Température	ºC	20 - 40

Ces valeurs varient en fonction du type de papier produit et des technologies d'impression utilisées. C'est pourquoi il est indispensable de caractériser avec précision les eaux usées afin de dimensionner correctement la station d'épuration.

3. Ligne de traitement des effluents

Le traitement des effluents générés lors des processus d'impression et de finition dans l'industrie papetière comprend généralement les étapes suivantes :

Prétraitement

Le prétraitement, qui a pour but de protéger les étapes suivantes et d'équilibrer l'effluent, comprend :

• Grilles et tamis destinés à retenir les matières solides grossières.
• Cuve d'homogénéisation avec réglage du pH

Traitement physico-chimique

Il s'agit de l'étape clé pour éliminer une partie de la couleur et des matières en suspension. Elle comprend :

• Coagulation-floculation à l'aide de sels de fer et d'aluminium et de polymères, afin de séparer les colloïdes présents dans les effluents.
• La clarification s'effectue généralement à l'aide de systèmes de flottation à air dissous (DAF), qui séparent les boues à forte concentration (entre 3 et 5 % de matière sèche) par flottation et présentent un rendement de séparation des solides en suspension supérieur à 90 %.
• Traitement des boues par déshydratation mécanique, à l'aide d'un décanteur, d'un tambour de déshydratation ou d'un filtre-presse, afin d'obtenir un taux de séchage plus élevé (jusqu'à 30-35 %).

Traitement biologique

Après le traitement physico-chimique, l'effluent est acheminé vers un traitement biologique visant à éliminer les matières organiques dissoutes :

Les bioréacteurs à membrane (MBR) constituent le procédé le plus couramment utilisé, car ils permettent d'obtenir un taux élevé de biodégradation grâce à un processus de microfiltration ou d'ultrafiltration par membranes. Cela permet de réduire considérablement la concentration en polluants et en colorants présents dans l'effluent.

Les boues activées sont recyclées vers le bioréacteur, tandis que les boues en excès sont acheminées vers le bassin de boues, avec celles séparées lors du traitement physico-chimique, en vue de leur déshydratation (séchage mécanique), de leur stabilisation, puis de leur mise en décharge.

Traitement tertiaire (facultatif)

Lorsque la réutilisation de l'eau est nécessaire ou que des limites strictes de rejet doivent être respectées, des traitements supplémentaires sont mis en place :

• Adsorption sur charbon actif.
• Procédés d'oxydation avancés.
• Désinfection.

Schéma d'une station d'épuration des eaux usées issues de l'impression et de la finition du papier

4. Réutilisede l'eau dans l'industrie papetière

La réutilisation des effluents générés lors des processus d'impression et de finition dans l'industrie papetière permet de réduire la consommation d'eau, améliorant ainsi la durabilité du processus de production. La récupération de l'eau traitée nécessite la mise en œuvre de traitements avancés capables d'éliminer les solides, les colloïdes, la couleur résiduelle, les sels dissous et les composés organiques réfractaires.

Les procédés les plus couramment utilisés pour la récupération des effluents traités sont les suivants :

Filtration membranaire: Les procédés de nanofiltration (NF) et d’osmose inverse (OI) sont utilisés pour réduire la concentration en sels dissous, en composés organiques de faible poids moléculaire et en couleur résiduelle. Il est possible d’obtenir un perméat de haute qualité pouvant être réutilisé dans des procédés industriels ou comme eau de service.

Filtration sur lit de charbon actif: le charbon actif, qu'il soit sous forme granulaire ou en poudre, élimine les composés organiques réfractaires, les micropolluants et les traces de couleur par adsorption, améliorant ainsi la qualité physique et chimique de l'eau récupérée.

Oxydation avancée: certaines technologies, telles que l'ozonisation, le traitement par UV/peroxyde ou le procédé de Fenton, permettent de dégrader les composés organiques réfractaires et de réduire la coloration résiduelle. Ces procédés sont utilisés lorsque des normes de qualité élevées sont requises pour l'effluent traité.

Désinfection: On utilise généralement des systèmes d'oxydation chimique ou de rayonnement UV afin que l'eau recyclée ne provoque pas de contamination microbiologique dans les circuits de traitement ou les réseaux de distribution auxquels elle est destinée.

Le choix et la combinaison des traitements dépendent de l'utilisation finale de l'eau récupérée, du bilan économique et énergétique du système et des exigences de qualité fixées. Dans de nombreux cas, la réutilisation partielle de l'eau traitée dans des opérations internes, telles que le nettoyage, les tours de refroidissement ou la préparation de pâtes, permet de réduire sensiblement la consommation d'eau du réseau et le volume des rejets, ce qui a un impact sur le coût d'approvisionnement et la redevance de rejet.

5. Conclusions

La complexité et la variabilité des effluents générés par les processus d'impression et de finition dans l'industrie papetière exigent la mise en œuvre de solutions combinées de traitement des eaux usées garantissant le respect des réglementations en matière de rejet, ou la réutilisation de l'eau

Du point de vue du traitement des effluents, ces flux sont généralement traités dans un système commun comprenant :

• Prétraitements d'homogénéisation et de réglage du pH.
• Processus physico-chimiques de coagulation-floculation.
• Séparation solide-liquide par flottation DAF, pour l'élimination de la couleur et des solides.
• Traitements biologiques visant à réduire la charge organique dissoute.
• Dans certains cas, des traitements tertiaires visant à réutiliser l'eau ou à respecter des limites de rejet plus strictes.

Les systèmes de récupération des effluents utilisés dans les processus d'impression et de finition de l'industrie papetière permettent de réutiliser entre 40 et 85 % de l'eau traitée, selon le traitement appliqué.

Grâce à des combinaisons de filtration, de procédés membranaires et de traitements avancés, on obtient une eau adaptée à des usages tels que le nettoyage, le refroidissement ou la préparation des procédés. Bien qu'ils nécessitent un investissement initial plus important, ces systèmes réduisent la consommation d'eau brute, les coûts de rejet et l'impact environnemental, améliorant ainsi l'efficacité hydrique globale de l'usine.

Une caractérisation correcte des effluents, une conception adaptée de la chaîne de traitement et une gestion efficace des déchets associés permettent de réduire considérablement l'impact environnemental, d'optimiser la consommation d'eau et d'améliorer le rendement global des installations.

Dans ce contexte, le traitement des eaux usées ne répond pas seulement à une exigence réglementaire, mais s'impose également comme un outil stratégique pour une production papetière plus propre, plus efficace et conforme aux principes de l'économie circulaire.

Bibliographie et consultations

Metcalf & Eddy. Ingénierie des eaux usées : traitement et valorisation des ressources. McGraw-Hill.

Industrie du papier et du carton – Adiquimica

Traitement des effluents dans l'industrie de l'imprimerie et de la teinture