Étant donné que l'industrie des pâtes et papiers est une grande consommatrice de ressources naturelles (c'est-à-dire de bois, d'eau et d'énergie), elle peut être un contributeur majeur aux problèmes de pollution de l'eau, de l'air et du sol et a fait l'objet d'un examen minutieux ces dernières années. Cette préoccupation semble être justifiée, compte tenu de la quantité de polluants de l'eau générés par tonne de pâte (par exemple, 55 kg de demande biologique en oxygène, 70 kg de solides en suspension et jusqu'à 8 kg de composés organochlorés) et la quantité de pâte produite dans le monde sur une base annuelle (environ 180 millions de tonnes en 1994). De plus, environ 35 % seulement du papier utilisé est recyclé, et les vieux papiers sont un contributeur majeur au total mondial des déchets solides (environ 150 millions sur 500 millions de tonnes par an).

Historiquement, le contrôle de la pollution n'a pas été pris en compte dans la conception des usines de pâtes et papiers. De nombreux procédés utilisés dans l'industrie ont été développés sans se soucier de minimiser le volume des effluents et la concentration des polluants. Depuis les années 1970, les technologies de réduction de la pollution font partie intégrante de la conception des usines en Europe, en Amérique du Nord et dans d'autres parties du monde. La figure 1 illustre les tendances au cours de la période de 1980 à 1994 dans les usines de pâtes et papiers canadiennes en réponse à certaines de ces préoccupations environnementales : utilisation accrue de déchets de bois et de papier recyclable comme sources de fibres; et diminution de la demande en oxygène et des composés organiques chlorés dans les eaux usées.

Figure 1. Indicateurs environnementaux dans les usines canadiennes de pâtes et papiers, de 1980 à 1994, montrant l'utilisation de déchets de bois et de papier recyclable dans la production, ainsi que la demande biologique en oxygène (DBO) et les composés organochlorés (AOX) dans les effluents d'eaux usées.

Cet article traite des principaux problèmes environnementaux associés au procédé des pâtes et papiers, identifie les sources de pollution au sein du procédé et décrit brièvement les technologies de contrôle, y compris le traitement externe et les modifications en usine. Les problèmes liés aux déchets de bois et aux fongicides anti-taches de l'aubier sont traités plus en détail dans le chapitre Bois d'oeuvre.

Problèmes de pollution atmosphérique

Les émissions atmosphériques de composés soufrés oxydés provenant des usines de pâtes et papiers ont causé des dommages à la végétation, et les émissions de composés soufrés réduits ont suscité des plaintes au sujet des odeurs d'œufs pourris. Des études menées auprès des résidents des communautés d'usines de pâte à papier, en particulier des enfants, ont montré des effets respiratoires liés aux émissions de particules, ainsi qu'une irritation des muqueuses et des maux de tête qui seraient liés aux composés soufrés réduits. Parmi les procédés de réduction en pâte, ceux qui risquent le plus de causer des problèmes de pollution de l'air sont les méthodes chimiques, en particulier la réduction en pâte kraft.

Les oxydes de soufre sont émis aux taux les plus élevés par les opérations de sulfite, en particulier celles utilisant des bases de calcium ou de magnésium. Les principales sources comprennent les soufflages des digesteurs discontinus, les évaporateurs et la préparation de la liqueur, les opérations de lavage, de criblage et de récupération contribuant à des quantités moindres. Les fours de récupération de pâte kraft sont également une source de dioxyde de soufre, tout comme les chaudières électriques qui utilisent du charbon ou du pétrole à haute teneur en soufre comme combustible.

Les composés soufrés réduits, y compris le sulfure d'hydrogène, le méthylmercaptan, le sulfure de diméthyle et le disulfure de diméthyle, sont presque exclusivement associés à la pâte kraft et donnent à ces usines leur odeur caractéristique. Les principales sources comprennent le four de récupération, le soufflage du digesteur, les soupapes de décharge du digesteur et les évents de la laveuse, bien que les évaporateurs, les réservoirs d'éperlan, les extincteurs, le four à chaux et les eaux usées puissent également y contribuer. Certaines opérations de sulfite utilisent des environnements réducteurs dans leurs fours de récupération et peuvent avoir des problèmes d'odeur de soufre réduit associés.

Les gaz de soufre émis par la chaudière de récupération sont mieux contrôlés en réduisant les émissions à la source. Les contrôles comprennent l'oxydation de la liqueur noire, la réduction de la sulfurité de la liqueur, des chaudières de récupération à faible odeur et le bon fonctionnement du four de récupération. Les gaz soufrés provenant du soufflage du digesteur, des soupapes de décharge du digesteur et de l'évaporation de la liqueur peuvent être collectés et incinérés - par exemple, dans le four à chaux. Les fumées de combustion peuvent être récupérées à l'aide d'épurateurs.

Les oxydes d'azote sont produits en tant que produits de la combustion à haute température et peuvent survenir dans n'importe quelle usine dotée d'une chaudière de récupération, d'une chaudière électrique ou d'un four à chaux, selon les conditions de fonctionnement. La formation d'oxydes d'azote peut être contrôlée en régulant les températures, les rapports air-carburant et le temps de séjour dans la zone de combustion. D'autres composés gazeux sont des contributeurs mineurs à la pollution atmosphérique de l'usine (par exemple, le monoxyde de carbone provenant d'une combustion incomplète, le chloroforme provenant des opérations de blanchiment et les composés organiques volatils provenant de la décharge du digesteur et de l'évaporation de la liqueur).

Les particules proviennent principalement des opérations de combustion, bien que les réservoirs de dissolution de l'éperlan puissent également être une source mineure. Plus de 50 % des particules de l'usine de pâte à papier sont très fines (moins de 1 μm de diamètre). Ce matériau fin comprend du sulfate de sodium (Na₂SO₄) et carbonate de sodium (Na₂CO₃) provenant des fours de récupération, des fours à chaux et des réservoirs de dissolution de la fonte, et du NaCl provenant des sous-produits de la combustion des bûches qui ont été stockées dans de l'eau salée. Les émissions des fours à chaux comprennent une quantité importante de particules grossières dues à l'entraînement des sels de calcium et à la sublimation des composés de sodium. Les particules grossières peuvent également inclure des cendres volantes et des produits de combustion organiques, en particulier des chaudières électriques. La réduction des concentrations de particules peut être obtenue en faisant passer les gaz de combustion à travers des précipitateurs ou des épurateurs électrostatiques. Les innovations récentes dans la technologie des chaudières électriques comprennent des incinérateurs à lit fluidisé qui brûlent à des températures très élevées, entraînent une conversion d'énergie plus efficace et permettent de brûler des déchets de bois moins uniformes.

Problèmes de pollution de l'eau

Les eaux usées contaminées des usines de pâtes et papiers peuvent causer la mort d'organismes aquatiques, permettre la bioaccumulation de composés toxiques dans les poissons et altérer le goût de l'eau potable en aval. Les effluents d'eaux usées des pâtes et papiers sont caractérisés sur la base de caractéristiques physiques, chimiques ou biologiques, les plus importantes étant la teneur en solides, la demande en oxygène et la toxicité.

La teneur en matières solides des eaux usées est généralement classée sur la base de la fraction en suspension (par opposition à la fraction dissoute), de la fraction de solides en suspension qui se dépose et des fractions de l'une ou l'autre qui sont volatiles. La fraction décantable est la plus gênante car elle peut former une couverture de boue dense à proximité du point de rejet, ce qui épuise rapidement l'oxygène dissous dans les eaux réceptrices et permet la prolifération de bactéries anaérobies qui génèrent du méthane et des gaz soufrés réduits. Bien que les solides non décantables soient généralement dilués par les eaux réceptrices et soient donc moins préoccupants, ils peuvent transporter des composés organiques toxiques vers les organismes aquatiques. Les solides en suspension rejetés par les usines de pâtes et papiers comprennent les particules d'écorce, les fibres de bois, le sable, les gravillons des broyeurs de pâte mécanique, les additifs de fabrication du papier, les résidus de liqueur, les sous-produits des procédés de traitement de l'eau et les cellules microbiennes des opérations de traitement secondaire.

Les dérivés du bois dissous dans les liqueurs de dépulpage, y compris les oligosaccharides, les sucres simples, les dérivés de lignine de faible poids moléculaire, l'acide acétique et les fibres de cellulose solubilisées, sont les principaux contributeurs à la fois à la demande biologique en oxygène (DBO) et à la demande chimique en oxygène (DCO). Les composés qui sont toxiques pour les organismes aquatiques comprennent les composés organiques chlorés (AOX ; provenant du blanchiment, en particulier la pâte kraft) ; acides résiniques; les acides gras insaturés ; les alcools diterpéniques (issus notamment de l'écorçage et de la réduction en pâte mécanique) ; les juvabiones (surtout issus de la pâte au bisulfite et de la pâte mécanique) ; les produits de dégradation de la lignine (surtout issus de la réduction en pâte au bisulfite) ; les produits organiques synthétiques, tels que les slimicides, les huiles et les graisses ; et les produits chimiques de traitement, les additifs pour la fabrication du papier et les métaux oxydés. Les composés organiques chlorés ont été particulièrement préoccupants, car ils sont extrêmement toxiques pour les organismes marins et peuvent se bioaccumuler. Ce groupe de composés, y compris le dibenzo-polychlorép-dioxines, ont été le principal moteur de la réduction de l'utilisation du chlore dans le blanchiment de la pâte.

La quantité et les sources de solides en suspension, la demande en oxygène et les rejets toxiques dépendent du procédé (tableau 1). En raison de la solubilisation des extraits de bois avec peu ou pas de récupération chimique et d'acide résinique, la pâte au sulfite et la pâte CTMP génèrent des effluents extrêmement toxiques avec une DBO élevée. Les usines de pâte kraft utilisaient historiquement plus de chlore pour le blanchiment et leurs effluents étaient plus toxiques; cependant, les effluents des usines de pâte kraft qui ont éliminé le Cl₂ dans le blanchiment et l'utilisation d'un traitement secondaire présentent généralement peu de toxicité aiguë, voire aucune, et la toxicité subaiguë a été considérablement réduite.

Tableau 1. Total des solides en suspension et de la DBO associés à l'effluent non traité (brut) de divers procédés de réduction en pâte

Les solides en suspension sont devenus moins problématiques car la plupart des broyeurs utilisent la clarification primaire (par exemple, la sédimentation par gravité ou la flottation à l'air dissous), qui élimine 80 à 95 % des solides décantables. Les technologies secondaires de traitement des eaux usées telles que les lagunes aérées, les systèmes de boues activées et la filtration biologique sont utilisées pour réduire la DBO, la DCO et les composés organiques chlorés dans les effluents.

Les modifications de processus en usine pour réduire les solides décantables, la DBO et la toxicité comprennent l'écorçage à sec et le transport des grumes, un criblage amélioré des copeaux pour permettre une cuisson uniforme, une délignification prolongée pendant la réduction en pâte, des modifications des opérations de récupération chimique par digestion, des technologies de blanchiment alternatives, un lavage de la pâte à haute efficacité, récupération des fibres des eaux vives et amélioration du confinement des déversements. Cependant, les perturbations du processus (en particulier si elles entraînent un égouttage intentionnel des liqueurs) et les changements opérationnels (en particulier l'utilisation de bois non séché avec un pourcentage plus élevé de matières extractibles) peuvent encore provoquer des percées périodiques de toxicité.

Une stratégie de lutte contre la pollution relativement récente visant à éliminer complètement la pollution de l'eau est le concept d'« usine fermée ». De telles usines sont une alternative attrayante dans les endroits qui manquent de grandes sources d'eau pour agir comme flux d'approvisionnement de processus ou de réception d'effluents. Des systèmes fermés ont été mis en œuvre avec succès dans les CTMP et les broyeurs au bisulfite à base de sodium. Ce qui distingue les broyeurs fermés, c'est que l'effluent liquide est évaporé et que le condensat est traité, filtré, puis réutilisé. Les autres caractéristiques des moulins fermés sont les salles grillagées fermées, le lavage à contre-courant dans l'usine de blanchiment et les systèmes de contrôle du sel. Bien que cette approche soit efficace pour minimiser la pollution de l'eau, il n'est pas encore clair comment les expositions des travailleurs seront affectées par la concentration de tous les flux de contaminants dans l'usine. La corrosion est un problème majeur auquel sont confrontées les usines utilisant des systèmes fermés, et les concentrations de bactéries et d'endotoxines sont augmentées dans l'eau de traitement recyclée.

Traitement des solides

La composition des solides (boues) retirés des systèmes de traitement des effluents liquides varie en fonction de leur source. Les solides issus du traitement primaire sont principalement constitués de fibres de cellulose. Les cellules microbiennes constituent le principal composant des solides issus du traitement secondaire. Si l'usine utilise des agents de blanchiment chlorés, les solides primaires et secondaires peuvent également contenir des composés organiques chlorés, une considération importante pour déterminer l'étendue du traitement requis.

Avant leur élimination, les boues sont épaissies dans des unités de sédimentation gravitaire et déshydratées mécaniquement dans des centrifugeuses, des filtres sous vide ou des presses à bande ou à vis. Les boues issues du traitement primaire sont relativement faciles à déshydrater. Les boues secondaires contiennent une grande quantité d'eau intracellulaire et existent dans une matrice de vase ; ils nécessitent donc l'ajout de floculants chimiques. Une fois suffisamment déshydratées, les boues sont éliminées dans des applications terrestres (par exemple, épandues sur des terres arables ou forestières, utilisées comme compost ou comme conditionneur de sol) ou incinérées. Bien que l'incinération soit plus coûteuse et puisse contribuer aux problèmes de pollution de l'air, elle peut être avantageuse car elle peut détruire ou réduire les matières toxiques (par exemple, les composés organiques chlorés) qui pourraient créer de graves problèmes environnementaux si elles s'infiltraient dans les eaux souterraines à partir d'applications terrestres. .

Des déchets solides peuvent être générés dans d'autres opérations de l'usine. Les cendres des chaudières électriques peuvent être utilisées dans les plates-formes routières, comme matériau de construction et comme abat-poussière. Les déchets des fours à chaux peuvent être utilisés pour modifier l'acidité du sol et améliorer la chimie du sol.

Retour