Reducing environmental impact during alkaline peroxide bleaching of mechanical pulps
Réduction de l'impact environnemental du blanchiment au peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin des pâtes mécaniques
Résumé
The use of a strong alkali source, such as sodium hydroxide (NaOH), during hydrogen peroxide (H2O2) bleaching of mechanical pulps is responsible for the solubilization of some wood components. Yet, this dissolved organic matter (DOM) induces a high value of chemical oxygen demand (COD) in the bleaching effluents. In addition, a fraction of this organic matter, called recalcitrant COD (R-COD), is not biodegradable in industrial wastewater treatment plants. This study has proven that it was possible to reach the brightness target of 75% ISO during a one stage peroxide bleaching of spruce TMP when NaOH was partially substituted by magnesium hydroxide (Mg(OH)2) or magnesium carbonate (MgCO3). Meanwhile, hydrogen peroxide consumption decreased significantly during Mg(OH)2- and MgCO3-based bleachings. COD has been reduced by 26 and 31%, respectively, during alternative bleachings in comparison with the conventional one. Furthermore, only 10 and 8 kg O2.t-1 R-COD were generated during Mg(OH)2- and MgCO3-based processes respectively against 13.3 kg O2.t-1 during the conventional process. DOM analysis by size exclusion chromatography coupled with UV absorbance, fluorescence and dissolved organic carbon (HPSEC/UVA-Fluo-DOC) has shown that the MOD in conventional and alternative bleaching effluents were characterized by the same molecular weights. This work has also pointed out that alternative bleachings with magnesium-based alkali sources affected bleached pulp strength properties. A reduction up to 10% of the tensile index was measured compared to the conventional bleached pulp. Otherwise, the brightness reversion of alternative bleached pulps decreased by 2% ISO during photo-ageing under UV irradiation. Structural analysis of lignin enabled us to understand reaction mechanisms brought into play during alternative bleaching. In the case of a chemithermomechanical pulp (CTMP maple), it is feasible to completely replace NaOH by different alternative alkali but at the expense of the strength properties of the bleached pulp (-25 and 16 % on tensile and tear indexes).
L'utilisation d'une source d'alcali forte, telle que l'hydroxyde de sodium (NaOH), au cours du blanchiment au peroxyde d'hydrogène (H2O2) des pâtes mécaniques a pour inconvénient majeur de solubiliser certains composés du bois. Or, cette matière organique dissoute (MOD) induit une forte valeur de demande chimique en oxygène (DCO) dans les effluents de blanchiment. De plus, une fraction de cette matière organique, nommée DCO récalcitrante (R-DCO), n'est pas biodégradable dans les stations de traitement des eaux usées industrielles. Cette étude a prouvé qu'il était possible d'atteindre la blancheur cible de 75 % ISO en substituant partiellement le NaOH par l'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2) ou le carbonate de magnésium (MgCO3) lors du blanchiment en un stade au peroxyde d'hydrogène d'une pâte TMP d'épicéa. Parallèlement, la consommation en peroxyde d'hydrogène diminuait fortement lors des blanchiment à base de Mg(OH)2 et MgCO3. La DCO a ainsi été réduite de 26 et 31%, respectivement, pour les blanchiments alternatifs en comparaison du blanchiment conventionnel. En outre, seulement 10 et 8 kg O2.ton-1 de R-DCO ont été générés au cours des procédés de blanchiment à base de Mg(OH)2 et MgCO3 contre 13,3 kg O2.ton-1 lors du procédé conventionnel. L'analyse par chromatographie à exclusion stérique couplée à l'absorbance UV, la fluorescence et au carbone organique dissous (HPSEC/UVA-Fluo-COD) a permis de montrer que la MOD dans les effluents de blanchiments conventionnel et alternatifs était caractérisée par les mêmes masses moléculaires. Ces travaux ont également mis en évidence que les blanchiments alternatifs avec des sources d'alcali à base de magnésium affectaient la résistance de la pâte blanchie. Il a été montré que l'indice de rupture diminuait de 10% par rapport à la pâte blanchie de manière conventionnelle. Par ailleurs, la réversion de blancheur de la pâte blanchie avec une source d'alcali alternative a diminué de 2% ISO durant le photo-vieillissement à la lumière. L'analyse structurelle de la lignine a également permis de comprendre les mécanismes réactionnels mis en jeu en fonction de la source alcaline utilisée au cours du blanchiment. Dans le cas d'une pâte chimicothermomécanique (CTMP d'érable), il est envisageable de remplacer totalement le NaOH avec différentes sources d'alcali alternatives mais au détriment des propriétés physiques de la pâte (-25 et 16% sur l'indice de rupture et déchirement).
Origine : Version validée par le jury (STAR)