Bref historique et perspective sur les usines de papier à zéro rejet liquide

Avant les années 70, l'industrie des pâtes et papiers était un grand consommateur d'eau douce et un générateur d'eaux usées. Les usines de papier étaient généralement situées à proximité d’importants cours d'eau afin d'avoir accès à de l'eau fraîche.

Les effluents étaient souvent rejetés avec un traitement minimal, causant des dommages environnementaux importants. Au fur et à mesure que la sensibilisation aux questions environnementales grandissait dans les années 70 et 80, les gouvernements ont commencé à introduire des réglementations plus strictes sur les rejets d'eaux usées et les producteurs ont cherché des moyens de réduire leur consommation d'eau, car cela réduirait le coût en capital de la construction de systèmes de traitement des effluents. Dans les années 90, le traitement biologique et la clarification des eaux usées sont devenus la norme pour réduire le rejet de matières organiques et de matières solides en suspension, respectivement, dans les cours d'eau.

Au fil des ans, de nombreux efforts ont été déployés pour réduire la quantité d'eau rejetée par le processus de fabrication de la pâte kraft. On a mis en œuvre des mesures telles qu’une réutilisation limitée de l'eau, une gestion améliorée des déversements et un traitement des circuits de l'effluent par ultrafiltration, osmose inverse et charbon actif. Le procédé Rapson-Reeve, développé à l'Université de Toronto et basé sur le recyclage du filtrat de l'atelier de blanchiment de l'usine de pâte pour éliminer le rejet de l'atelier de blanchiment, a été testé à l'usine de pâte kraft Great Lakes à Thunder Bay. Les matières organiques dans les filtrats ont été brûlées dans la chaudière de récupération, et le chlorure de sodium qui avait été introduit dans le procédé a été éliminé par un procédé de récupération du sel. Un certain nombre de problèmes de fonctionnement ont été rencontrés au démarrage, notamment la corrosion, le contrôle du pH, dépôts de poix et de calcaire et le fonctionnement instable de la chaudière de récupération et du four à chaux. En fin de compte, l'usine n'a jamais été en mesure d'atteindre le recyclage total des effluents de l'usine de blanchiment, et le processus a été abandonné en 1988.

L'usine PCTMB de Meadow Lake, en Saskatchewan, a été parmi les premières usines de pâte au monde à exploiter avec succès un système à zéro rejet liquide (ZRL), à partir de 1993, et est toujours ZRL aujourd'hui, sous la propriété de Domtar. L'effluent du processus de mise en pâte est concentré par des évaporateurs à compression de vapeur à film tombant, puis par des concentrateurs entraînés par vapeur. Après un traitement biologique, il est réutilisé comme eau de haute pureté dans le processus de mise en pâte. Les matières solides sont brûlées dans la chaudière, et les résidus de combustion sont transformés en lingots et stockés sur place pour la récupération chimique.

Usine de Domtar à Meadow Lake. Source : Domtar

Au cours des deux premières décennies du XXIe siècle, les usines de pâtes et papiers dans les zones soumises à un stress hydrique telles que l'Inde, la Chine et le Moyen-Orient ont commencé à mettre en œuvre des systèmes ZRL à grande échelle. La plupart de ces installations utilisent des fibres récupérées comme matière première, ce qui nécessite beaucoup moins d'eau douce que la production de pâte vierge. Les progrès en matière d'osmose inverse et d'évaporation à effets multiples ont permis une récupération plus efficace de l'eau. Les coûts d'investissement et d'exploitation élevés limitent l'adoption généralisée du ZRL, sauf lorsque l'accès à l'eau douce est limité.

Voici quelques exemples spécifiques d'installations ZRL :

L'usine de papier doublure de Kappa Paper à Zülpich, près de Cologne, en Allemagne, fonctionne avec un système zéro effluent depuis 1975. Au début des années 90, pour résoudre des problèmes tels que la corrosion et les odeurs, l'usine a intégré une usine interne de traitement des eaux blanches. Ce système utilise un traitement anaérobie suivi d'un traitement aérobie, réduisant la demande chimique en oxygène de l'eau blanche en circulation.
L'usine de papier et de carton Julius Schulte Söhne, près de Düsseldorf, en Allemagne, a mis en place un circuit d'eau fermé avec un système de purification intégré de type « technologie rénale ».
CAS Paper Mills fabrique du papier et des tissus à partir de fibres récupérées dans une usine qui a démarré sous le nom de Shin Ho Thailand en 1994 en tant qu'usine zéro effluent avec évaporation atmosphérique de l'effluent final plutôt que le rejet dans la rivière locale.

Les usines de papier ZRL présentent souvent les caractéristiques suivantes :

L'eau utilisée pour le lavage, le blanchiment ou la fabrication du papier est collectée, traitée et retournée au système pour être réutilisée.
Les systèmes de récupération des fibres séparent les fibres du circuit de l'effluent et les renvoient au processus de production.
Les systèmes de membrane à osmose inverse peuvent être utilisés pour filtrer les sels dissous, les produits chimiques et autres impuretés.
Les systèmes en boucle fermée sont utilisés pour refroidir l'eau, et l'eau est réutilisée plusieurs fois avant d'être refroidie et recirculée. Des échangeurs de chaleur et des tours de refroidissement sont communs.
Évaporation de l'eau et cristallisation des matières solides.

Derniers développements

Les technologies membranaires améliorées, les évaporateurs écoénergétiques et la gestion de l'eau basée sur l'intelligence artificielle ont rendu le ZRL plus viable. Un exemple est celui des systèmes de membranes vibrantes qui améliorent l'efficacité de la filtration.
Les bioréacteurs à membrane combinent des unités de membrane de microfiltration ou d'ultrafiltration avec un bioréacteur. Cette technologie est largement utilisée dans les stations d'épuration municipales, et ses avantages par rapport au traitement conventionnel des boues activées comprennent une empreinte écologique plus petite, beaucoup moins de matières solides en suspension dans l'effluent et un contrôle plus facile, permettant une automatisation plus élevée.
Les gouvernements et les agences environnementales continuent de faire pression pour une réglementation plus stricte, augmentant l'adoption des ZRL dans des régions spécifiques.

Prévisions

Bien que la réduction de la consommation d'eau fraîche puisse avoir des avantages en termes d'économies de fibres et d'énergie, il y aura des défis à relever, notamment en ce qui concerne la corrosion, les dépôts, les odeurs, les dépenses en produits chimiques et les objectifs de qualité. Les marchés émergents dans les zones à fort stress hydrique ouvrent la voie à l'adoption du ZRL comme pratique standard.

Martin Fairbank a travaillé dans le domaine de la foresterie depuis plus de 35 ans, y compris de nombreuses années pour un producteur de pâtes et papier et deux ans avec Ressources Naturelles Canada. Détenteur d'un PhD en chimie et d'une expérience en amélioration de procédés, développement de produits, gestion d'énergie et de production rentable, Martin est actuellement un conseiller indépendant basé à Montréal. Il a aussi publié Resolute Roots qui relate les 200 ans d'histoire de la compagnie Produits forestiers Résolu et de ses prédécesseurs. Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.