Soutenance mémoire
Introduction générale
La notion de recyclage est indissociable de la fabrication du papier. En effet, pendant longtemps, la matière première utilisée pour la fabrication du papier était des vieux chiffons,fibres recyclées de lin, de chanvre ou encore de coton.Avec la révolution industrielle du XIXème siècle, les quantités de chiffons disponibles sont devenues insuffisantes pour suivre le développement de l’imprimerie. C’est pourquoi les papetiers se sont tournés vers les fibres cellulosiques de bois. La demande croissante de vieux papiers oblige les désencreurs à employer des qualités de vieux papiers de plus en plus mauvaises. Cela pose en particulier des problèmes lorsque les vieux papiers désencrés doivent aussi être utilisés pour les papiers d’impression pour lesquels des blancheurs élevées sont nécessaires.Le secteur des pâtes et papiers utilise un certain nombre de procédés de fabrication pour la production de papiers et de dérivés. On utilise de l’eau pour la préparation des produits chimiques de cuisson et de blanchiment, le lavage, le transport de la pâte à l’étape suivante et la transformation de la pâte en produit sec. Le principal problème associé à la qualité de l’eau est une perte de blancheur du papier qui peut être due à la dureté, à la turbidité, à la coloration et à la présence de fer (Technical Association of the Pulp and Paper Industry 1957) et d’autres éléments qui peuvent contraindre le bon fonctionnement de la production.Ce présent document est le résultat des études effectuées, pendant trois mois, au sein de la société MAURITRADE, une industrie papetière, située à Ambohimanambola, enceinte PAPMAD. Le problème que nous avons à traiter concerne dans une première partie le traitement des eaux pour la fabrication du papier. La société nous a proposé d’examiner le fonctionnement de la station de manière à traiter l’eau dont l’usine a besoin. En seconde partie, nous avons parcouru le procédé de traitement des pâtes, à partir des vieux papiers, dans laquelle nous avons effectué des essais de flottation pour une améliorationNous avons effectué des études en laboratoire et réalisé des études au sein de l’usine pour en savoir davantage sur le milieu à étudier.
Applications des tensioactifs
Les tensioactifs sont parfois classes selon la fonction qu’ils remplissent :
Les détergents. Les détergents sont des tensioactifs aptes à enlever des salissures sur un support solide. Leur pouvoir détersif découle essentiellement de leur pouvoir solubilisant et dispersant.
Les agents de solubilisation. A très faible concentration, les tensioactifs forment des solutions vraies dans une phase aqueuse. Lorsque leur concentration dépasse une certaine valeur (la concentration micellaire critique, CMC), les molécules tensioactives se regroupent en micelles. Par ce biais, certains tensioactifs font passer en ≪ solution≫ des substances normalement insolubles dans le solvant utilise en les insérant dans les micelles.
Les agents moussants. La formation de mousse, dispersion d’un volume important de gaz dans un faible volume de liquide, requiert la présence de tensioactifs qui s’adsorbent à l’interface eau-air
Les agents mouillants. Le mouillage d’un solide par un liquide correspond à l’étalement du liquide sur le solide. En diminuant la tension superficielle solide-liquide, les agents mouillants permettent un plus grand étalement du liquide.
Les agents dispersants. Ils permettent de créer une dispersion en prévenant la floculation des particules.
Les agents émulsifiants. Ils facilitent la formation d’une émulsion entre deux liquides non miscibles.
Le savon
Un savon est un tensioactif anionique dont la partie hydrophile est l’ion carboxylate COO– et la partie lipophile la longue chaîne carbonée linéaire de l’acide gras. Le savon est une substance qui sert au nettoyage. Il peut se présenter sous forme de bloc (pain), de poudre, de paillettes (lessives) et peut être vendu en solution (savon dit liquide). La différence entre un savon biologique et un savon chimique est que le premier est fait entièrement à partir de matières végétales ou animales. Les fabricants de ce savon font attention à ne pas mettre n’importe quoi dans la composition pour éviter tout risque d’effets nuisibles. Tandis que dans le second, divers agents chimiques sont ajoutés.Le savon est une substance qui résulte d’une réaction chimique dite de saponification, transformation chimique au cours de laquelle un corps gras réagit avec de la soude ou de la potasse. C’est un mélange :
de stéarate (acide contenu dans les graisses animales: mouton ou bœuf),
d’oléate (huile végétale: l’huile de coton, de sésame, d’arachide, de palme, d’olive ou de coprah faite à partir de triglycéride),
de soude ou de potasse,
ou seulement d’un oléate.
Les alcalis sont utilisés dans la fabrication du savon et sont obtenus à partir des cendres de plantes .Le terme alcali décrit une substance qui est chimiquement une base qui réagit et neutralise les acides. Les alcalis les plus courants sont l’hydroxyde de sodium et l’hydroxyde de potassium.Lors de la saponification, des corps gras (graisses ou huiles) sont hydrolysés en milieu alcalin par une base, généralement de la potasse ou de la soude, à une température comprise entre 80 et 100°C. L’hydrolyse des graisses produit du glycérol et un mélange carboxylates (de sodium ou de potassium) qui constituent le savon. Quand l’alcali est de l’hydroxyde de sodium, le savon est dur et quand l’alcali est de l’hydroxyde de potassium le savon est plus mou, pâteux et parfois liquide. Le savon mou est plus énergétique que le savon dur et il irrite plus la peau. Le savon mou de potasse a toujours existé, en parallèle au savon dur. Il était plutôt utilisé pour des applications professionnelles demandant à la fois une bonne détergence et une faible agressivité, pour l’industrie textile en particulier.
Les traitements chimiques
Le couchage On effectue un dépôt sur la feuille d’un mince revêtement de particules minérales (généralement de kaolin et de carbonate de calcium). Ce traitement améliore le rendu et la finesse des impressions.
La sulfurisation Après formation, le papier (composé d’un mélange de pâte au sulfate et au bisulfite) est trempé dans l’acide sulfurique. L’acide solubilise la surface des fibres de cellulose qui se soudent entre elles. Le papier est ensuite lavé à l’eau pure. L’acide présent dans les eaux de lavage est reconcentré et régénéré pour une utilisation future. Le papier sulfurisé a des propriétés d’imperméabilité aux corps gras, d’anti-adhérence ainsi qu’une très grande résistance à l’état humide.
Le paraffinage Le papier souvent préalablement traité est soit enduit à sa surface soit imprégné de paraffine. Le papier paraffiné est utilisé pour l’emballage alimentaire pour ses caractéristiques adaptées : sans odeur ni goût et non toxique, ce papier représente une barrière pour les liquides et les vapeurs.En fin de machine, la feuille de papier peut être enroulée en une bobine « mère » qui sera découpée en rames ou en bobines « filles » plus adaptées à une utilisation ultérieure du papier. Le papier fabriqué peut ensuite être expédié sur les différents marchés ou être destiné à la fabrication du carton. Dans la figure qui suit, nous présentons un schéma simplifié de la fabrication du papier à partir des fibres vierge ou des fibres de récupération.
Le décanteur pulsator
C’est un décanteur à lit de boues simple, d’une grande fiabilité, souple d’emploi, facilement adaptable à des bassins existants pour en augmenter la capacité de traitement. Généralement utilisé en clarification des eaux, il permet d’atteindre des vitesses ascensionnelles comprises entre 2 et 4 m.h-1, voire plus dans des cas exceptionnels, suivant la valeur du coefficient de cohésion de la boue.Le décanteur est constitué par un bassin à fond plat, muni à sa base d’une série de tuyaux perforés permettant d’introduire l’eau brute uniformément sur tout le fond du décanteur. A la partie supérieure, une série de tuyaux perforés ou de goulottes permet une reprise uniforme de l’eau décantée en évitant toute irrégularité de vitesse dans les différentes parties de l’appareil. Pour alimenter le collecteur inférieur d’une manière discontinue, différents moyens peuvent être employés. Ils se ramènent tous à stocker pendant un certain temps un certain volume d’eau brute qu’on fait ensuite pénétrer rapidement dans l’appareil.
Filtration
La filtration a pour objectif de retenir les particules qui restent en suspension dans l’eau décanter. On effectue cette opération en faisant passer l’eau à travers une matière filtrante qui est en générale du sable de quartz calibré de granulométrie de 1mm. Au bout d’un certain temps, le sable peut être colmaté, on doit alors posséder à un lavage à contre-courant avec de l’eau et de l’air. On utilise de l’eau de lavage chloré pour la stérilisation du sable.
Rôles des filtres Les filtres à sables ne sont pas des simples tamis destinés à retenir ceux des solides en suspension dans l’eau dont les dimensions excèdent celles des espaces ou pores entre les grains de sable. Les particules d’argiles ainsi que les bactéries, étant plus petite que ces pores, leur élimination exige donc des processus complexes. Les filtres doit être conçu de manière à faire intervenir nombreux facteur favorables à ces processus.Les filtres à sables lents doivent être construits de telle sorte que l’eau traverse lentement une couche de sable fin et que les solides les plus gros soient arrêtés à la surface du sable et forme une couche poreuse très fine. Il faut donc que l’aire de filtration soit grande et la vitesse d’écoulement faible, afin d’obtenir un contact et une adsorption satisfaisante. Les filtres à sable rapides doivent être conçus pour recevoir après coagulation et décantation ; les matières colloïdales et les bactéries y sont adsorbées par le floc gélatineux et éliminées avec lui. Pour que la filtration dans le sable soit bonne et rapide, l’eau doit donc subir un traitement préalable. On voit qu’en matière de filtration à sable, deux choix sont seulement possibles :
utilisation de sable fin, adoption de grande perte de charge, lavage à l’eau seule et emploi de gravier-support en couche superposées ;
adoption d’une taille effective plus grande, adoption d’une perte de charge plus faible, lavage par retour d’eau et d’air, sans couche de gravier-support progressivement
décroissantes. C’est dans le deuxième choix qui est à la base de la conception du filtre AQUAZUR et qui détermine toutes ses caractéristiques.
Le filtre AQUAZUR Le filtre AQUAZUR est constitué par une cuve rectangulaire en béton munie d’un plancher sur lequel sont vissées de nombreuses buselures en matière plastique à fente fines, surmontées d’une masse de sable homogène de taille effective 0,9mm sur une hauteur de 0,80 à 1m.De chaque côté des parois latérales du filtre est disposée une goulotte d’évacuation des eaux de lavage, alimentée par déversement.L’eau brute est amenée sur le filtre par l’intermédiaire d’un clapet tranquilisateur automatique et l’eau filtrée est évacuée par une tubulure située sous le plancher. Cette tubulure est réunie à l’amené d’eau de lavage et à l’organe de régulation su lequel est branché l’indicateur de colmatage.
On voit donc que l’équipement du filtre comprend seulement trois vannes :
Une vanne de sortie d’eau filtrée
Une vanne d’entrée d’eau de lavage
Une vanne d’entrée d’air de lavage
Classification des filtres AQUAZUR Les filtres AQUAZUR peuvent être classés en deux types qui se différentient principalement par la nature des planchers et des buselures utilisées.
a) Filtre AQUAZUR à plancher béton et buselure à longue queue, type T Dans le plancher, constitué de la dalle en béton sont noyées des bagues sur lesquelles viennent se visser les buselures qui se prolongent sous le plancher par un tube. Ce tube comporte un trou à sa partie supérieure et une fine fente à sa partie inférieure.Au moment du lavage, l’air introduit sous le plancher constitue un matelas sur toute sa surface inférieur et s’échappe par les trous des buselures. Ces trous se trouvant dans une couche d’air à une pression uniforme, évacuent tous le même débit d’air sans qu’il soit nécessaire de procéder au réglage des buselures ni de réaliser une parfaite horizontalité du plancher de filtre. Ces buselures dites à longue queue sont une utilisation très ancienne.L’air se trouve uniformément réparti et crée avec l’eau, passant par la queue des buselures, un mélange intime qui remonte d’une manière parfaitement uniforme à travers la masse filtrante.
Filtre standard
L’eau de lavage est introduite sous le plancher par une simple manchette et l’air par un collecteur muni de chandelles débouchant au ras de celui-ci. Suivant la largeur du filtre, sa façade est équipée de trois vannes disposées en ligne ou en triangle. Ces filtres peuvent être simples ou doubles, étant entendu qu’un filtre double est constitué de deux cuves équipées d’un seul régulateur de débit mais que l’on peut laver selon les cas, ensemble ou séparément.
Grand filtre
Dans les grands filtres, il est possible d’introduire l’eau et l’air de lavage à partir d’une goulotte unique placée sous le caniveau d’évacuation des boues. L’eau filtrée et l’eau de lavage passent par une série de lumières ménagées au ras du fond du filtre, tandis que l’air est introduit par des tubes débouchant au ras du plancher.Cette disposition assure pour les filtres de grande surface une meilleure répartition de l’eau et de l’air de lavage sur toute la surface du filtre.
b) Filtres AQUAZUR à plancher Eternit et petites buselures, type N Sur le plancher, constitué de plaques d’Eternit, viennent directement se visser des buselures qui ne se prolonge pas en dessous par une queue. L’air doit alors être réparti sur la surface du filtre par un collecteur muni de ramifications perforées sous le plancher.
Filtres standard
Ils sont caractérisés par une entrée d’eau de lavage sous le plancher par une simple manchette et par un collecteur d’air ramifié comme le montre la figure suivante. Ils peuvent être simples ou doubles.
Grand filtre
Sur toute la longueur du filtre court un double collecteur central, formé de pièce préfabriquées, qui assure par une série de lumières la distribution de l’eau de lavage et, par une série de ramification perforées, la répartition uniforme de l’air.
|
Table des matières
Remerciements
Liste des figures
Liste des photos
Liste des tableaux
Liste des abréviations
Liste des symboles
Introduction générale
Partie 1. Synthèse bibliographique
Chapitre 1. Rappel de mécanique des fluides
Introduction
1. Définitions et approche phénoménologique de la tension superficielle d’un liquide
1.1. La tension de surface
2. Angle de mouillage macroscopique
3. Les tensioactifs
3.1. Définition et Constitution
3.2. Structure
3.3. Classification chimique des tensioactifs
4. Comportement des produits tensioactifs
5. Applications des tensioactifs
6. Exemple de tensioactif
6.1. Le savon
6.2. Utilisation des savons
Conclusion
Chapitre 2. Généralités sur les procédés de fabrication du papier
A. Fabrication de la pâte
Introduction
I. Historique
II. Procédés de mise en pâte
1. Fabrication des pâtes mécaniques
2. La fabrication des pâtes chimiques
3. Les pâtes mi-chimiques
B. Fabrication du papier
I. Procédé général
1. La machine à papier
2. La caisse de tête
3. Les presses
4. La sècherie
II. Les traitements de la feuille
1. Les traitements mécaniques
2. Les traitements chimiques
III. Type et utilisation du papier
IV. Devenir du papier après son utilisation : le recyclage
V. Traitement des papiers de récupération
1. Introduction
2. Processus et techniques appliqués
3. Stockage du papier récupéré
4. La remise en pâte
5. Blanchiment des pâtes désencrées
C. Exemples de technique de désencrage
I. Désencrage par lavage
II. Désencrage par flottation
1. Physico-chimie de la flottation
2. Système colloïdal
3. Chimie des surfaces
III. Les agents de flottation
1. Rôle du savon dans la flottation
2. Chlorure de calcium
IV. Conditions de la flottation
1. Consistance de la pâte
2. Débit d’air
3. Temps de flottation
4. Le pH
5. Cellule de flottation
Conclusion
Chapitre 3. Généralité sur le traitement des eaux
Introduction
I. Généralités sur l’eau
1. Les différents sortes d’eau
1.1. Les eaux naturelles
1.2. Les eaux après utilisation par l’homme
II. Généralité sur le traitement des eaux
1. But du traitement
2. Importance de l’eau dans une industrie papetière
3. Filière de traitement physico-chimique
3.1. Le captage et tamisage
3.2. Clarification par coagulation floculation
3.3. La coagulation
3.4. La floculation
3.5. Décantation
3.6. Filtration
Conclusion
Partie 2. Partie expérimentale
Chapitre 1. Traitement des eaux industrielles
Introduction
A. Essai de traitement des eaux en laboratoire
I. Matériels et méthodes
1. Matériels utilisés pour la préparation de la solution de sulfate d’Alumine
2. Préparation du coagulant
3. Objectif de l’essai de floculation en laboratoire
4. Les matériels utilisés
5. Mode opératoire :
II. Résultat de l’expérience
III. Discussion sur les essais de traitement au laboratoire
1. Choix du sulfate d’alumine pour les essais de traitement
2. Explication de la formule de la pompe doseuse
3. Choix des intervalles de taux de traitement
4. Analyse de quelques paramètres réalisé avec l’eau décanté
5. Le réactif utilisé avec le sulfate d’alumine dans le traitement classique de l’eau
B. Traitement des eaux sur site
I. Qualité des eaux destinées à la consommation des industries papetière
II. Utilisation des eaux claire dans l’industrie papetière pour un système de désencrage
1. Utilisation de l’eau dans l’industrie papetière à Ambohimanambola
2. Quelques problèmes provoqués par l’eau dans une industrie de pâtes et papiers
III. La filière de traitement des eaux sur terrain
1. Le captage de l’eau brute
2. Clarification de l’eau dans le décanteur
3. Comportement d’un lit de boue
4. Concentrateur de boue
5. Principe de fonctionnement du pulsator
6. Les réactifs
7. Disposition à prendre avant la mise en eau du décanteur
8. Mise en eau du pulsator
9. Entretien du pulsator
IV. Filtration des eaux décantées
1. Description du filtre AQUAZUR
2. Fonctionnement des filtres
2.1. Régulation
2.2. Organes de base de la régulation des filtres AQUAZUR
2.3. Colmatage du filtre
2.4. Filtration des eaux
3. Mise en service
4. Lavage du filtre
5. Période de lavage des filtres
6. Réglage et contrôle de la boite de partialisation
7. Des suggestions pour la conduite de la station d’eau
7.1. L’étang
7.2. Le pulsator
7.3. Le filtre
7.4. Contrôle des eaux
Conclusion
Chapitre 2. Essais d’amélioration du système de désencrage par le procédé flottation
Introduction
A. Recyclages des vieux papiers
I. Désencrage des vieux papiers par le procédé lavage
1. La collecte et stockage des vieux papiers
2. Triages de la matière première
3. Les différentes étapes du traitement des pâtes à papier
4. Traitement des boues et effluent issues du désencrage
B. Les problèmes rencontrés lors du désencrage des vieux papiers
I. Les contaminants des vieux papiers
1. Composants de couchage
2. Adhésifs
3. Les encres
4. La formule de base d’une encre d’imprimerie
4.1. Le pigment
4.2. Le véhicule
4.3. La résine dure
4.4. Diluant et solvant
4.5. Additifs
C. Essai de flottation
I. Matériels et méthode
1. La cellule de flottation
2. Réalisation de la flottation
3. La flottation
4. Perte en fibre
II. Discussion sur les essais de flottation
1. Préparation de la suspension fibreuse :
2. La cellule de flottation
3. La flottation
4. Prélèvement des échantillons
5. Paramètres à déterminer
Conclusion
Conclusion Générale
REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE
Annexe 1. Présentation de la SOCIETE MAURITRADE
1. Identification de la SOCIETE
2. Principales activités de la société
3. Implantation de la Société
Annexe 2. Schéma général du système de traitement des eaux
Annexe 3. Schéma de l’installation pour les réactifs
Annexe 4. pH-METRE TITRIMETRE type TS4
1. Face arrière
2. Face supérieure
3. Face latérale droite
4. Face avant (de gauche à droite)
5. Face latérale gauche
Annexe 5. Liaison boite de partialisation, siphon, indicateur de colmatage
Annexe 6. La cellulose
Annexe 7. Les hémicelluloses
Annexe 8. La lignine
Annexe 9. Analyse physico-chimique de l’eau
A. Analyse physique de l’eau
1. Mesure du pH (potentiel hydrogène)
2. Mesure de la conductivité
3. Température de l’eau
4. Minéralisation totale de l’eau
5. Turbidité
B. Analyse chimique
I. Analyse volumétrique de l’eau
1. Dureté totale de l’eau (TH : Titre hydrométrique)
2. Dureté calcique (THCa++)
3. Chlorures : Méthode de Mohr (volumétrique)
4. Matières organiques
5. Titre Alcalimétrique (TA) et Titre Alcalimétrique Complet (TAC)
6. Titre Alcalimétrique Complet
II. Analyse colorimétrique
1. Fer total
2. Nitrite
3. Nitrate sur colonne à cadmium
4. Détermination des matières en suspension
Annexe 10. Résultat des analyses physico-chimique de l’eau
Annexe 11. La cellule de flottation
Annexe 12. Schéma de principales étapes de la fabrication des pâtes TMP, CTMP et chimiques (Thiebaud, 1995)
Annexe 13. Cellules de flottation et colonne de flottation
Annexe 14. Caractéristiques optiques : Papier, carton et pâte
Télécharger le rapport complet
