Vieillissement accéléré des boues de papier en réacteur

Dans un premier temps, le vieillissement est réalisé sur un mélange de boues de papier K+N (reçues en laboratoire en proportions 50/50), préparées en suspension à 60 g/L et stockées dans un réacteur fermé et maintenu en conditions mésophiles par bain-marie (38°C) (Partie II, paragraphe 2.1.2). Cette méthode présente l’avantage de partir d’un échantillon unique, mais avec des intrusions répétées dans le milieu pour l’échantillonnage et avec des prélèvements quasi-quotidiens.

Le suivi de l’évolution des boues de papier K+N en réacteur (identifié par R1-KN) est réalisé sur une période de 30 jours, avec le prélèvement et l’analyse de 20 échantillons. Différents paramètres sont analysés au cours de ce vieillissement. Les Figures III.11a et III.11b présentent respectivement l’évolution du pH et de la conductivité ionique de la suspension prélevée ainsi que les mesures des taux d’acides organiques totaux (TOA) des surnageants obtenus après centrifugation des prélèvements. Les surnageants sont également analysés par dosage de la Demande Chimique en Oxygène (DCO) afin de mettre en évidence la présence de matière organique oxydable, et donc dégradable, dans les surnageants des échantillons de suivi. Ces valeurs sont exprimées en milligrammes équivalent d’acide acétique par gramme de boues de papier. Les valeurs de DCO seront comparées aux valeurs TOA afin d’évaluer si des composés supplémentaires non détectés par TOA sont présents dans le milieu.

Au début du vieillissement, la suspension de boues K+N présente un pH neutre (7,02) et une valeur de conductivité ionique de 0,6 mS/cm (Fig.III.11a). La valeur initiale du taux de TOA (5,8 mg TOA/g BP, Fig.III.11b) montre la présence de composés organiques acides qui se solubilisent en phase aqueuse lors de la mise en suspension des boues de papier. La mesure initiale de la DCO (15 mg éq.A.Ac/g BP) confirme la présence de composés organiques oxydables en solution.

Les boues de papier présentent ensuite une évolution en trois phases. Dans un premier temps, le pH s’acidifie (valeur minimale de 6,6) tandis que la conductivité et les taux de TOA et DCO évoluent de manière inverse avec une augmentation jusqu’à J+7 (respectivement jusqu’à 1 mS/cm, 14 mg TOA/g

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BP et 19,5 mg éq.A.Ac/g BP). Puis le pH augmente tandis que la conductivité et les taux de TOA et DCO diminuent. Une troisième phase est observable par la stabilisation des trois paramètres à partir de J+15.

Figure III.11 : Suivi au cours du temps du pH et de la conductivité ionique des prélèvements de suspension (a) et des taux de TOA et DCO des surnageants (b) lors du vieillissement des boues de papier K+N en réacteur R1-KN

Si l’on exprime les résultats des dosages par DCO en équivalent acide acétique par gramme de boues de papier, on arrive à des valeurs légèrement supérieures à celles des dosages TOA (Fig.III.11b). Ces différences indiquent la présence d’autres composés que les acides organiques en solution comme des sucres, des résidus fins de fibres ou de la cellulose soluble.

➢ Essais complémentaires de vieillissement accéléré en réacteur

Afin de confirmer ces observations, des essais supplémentaires sont réalisés dans les mêmes conditions mais à partir d’échantillons purs afin de distinguer le comportement de chaque boue de papier. Ainsi, deux essais complémentaires sont effectués sur les boues de papier semblant les plus facilement dégradables, à savoir les boues K. Ces deux essais, réalisés à partir de deux échantillons différents de boues K, sont identifiés par R2-K et R3-K.

Lors de ces deux vieillissements supplémentaires et comme lors du premier essai, des suivis de pH et de conductivité sont réalisés sur les suspensions de boues de papier tandis que les surnageants sont analysés par détermination colorimétrique du taux d’acides organiques TOA. Les surnageants de l’essai R3-K sont également analysés par dosage de la Demande Chimique en Oxygène (DCO).

Les Figures III.12 et III.13 présentent respectivement l’évolution de ces paramètres pour les essais de vieillissement accéléré en réacteur des boues R2-K et R3-K.

Ces deux essais complémentaires confirment les observations effectuées lors de l’étude du vieillissement accéléré R1-KN. En effet, les boues de papier étudiées ici présentent au cours du temps une évolution similaire à celle observée précédemment. Cette évolution peut être décomposée en trois phases [98] avec dans un premier temps une diminution du pH accompagnée d’une augmentation de la conductivité ionique (Fig.III.12a et III.13a), du taux de TOA et de la DCO (Fig.III.12b et III.13b) entre J0 et J+5 ou J+7.

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Ensuite, une seconde phase est caractérisée par l’augmentation des valeurs de pH et par la diminution des trois autres paramètres étudiés. La stabilisation du système est ensuite observée à partir de J+15 pour les deux essais R2-K et R3-K.

Comme précédemment, les dosages DCO effectués sur les surnageants des prélèvements R3-K et exprimés en équivalent acide acétique, sont légèrement supérieurs aux valeurs des dosages TOA, ces différences peuvent s’expliquer par la présence d’autres composés comme des sucres, des résidus fins de fibres ou de la cellulose soluble.

Figure III.12 : Suivi au cours du temps du pH et de la conductivité ionique des prélèvements de suspension (a) et des taux d’acides organiques totaux (TOA) des surnageants (b) lors du vieillissement des boues de papier K en réacteur R2-K

Figure III.13 : Suivi au cours du temps du pH et de la conductivité ionique des prélèvements de suspension (a) et des taux de TOA et DCO des surnageants (b) lors du vieillissement des boues de papier K en réacteur R3-K

L’étude du vieillissement des boues de papier sous forme de suspension aqueuse diluée est une méthode acceptable pour réaliser une dégradation accélérée des boues de papeterie. Cette méthode permet bien de dégrader les boues de papier comme le suggère la formation de composés caractéristiques de la dégradation anaérobie des fibres de cellulose (composés détectés par les dosages TOA et DCO). Cependant, l’homogénéisation et surtout les conditions d’anaérobie stricte doivent être améliorées.

En effet, les essais effectués sur des volumes importants de suspension conservée dans un réacteur fermé et homogénéisé par agitation par ancre magnétique ont mis en évidence plusieurs difficultés expérimentales. Le volume de suspension est trop important pour garantir une bonne homogénéisation, qui est irrégulière, influant directement sur la reproductibilité des résultats. Par

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ailleurs, travailler sur la suspension globale induit des modifications de l’équilibre du système à chaque prélèvement réalisé sur la suspension de boues de papier, et impacte directement les conditions d’oxygénation du mélange.

Pour ces raisons et après plusieurs essais de vieillissement en réacteur, une nouvelle méthode de vieillissement accéléré de boues de papier en flacons individuels a été préférée.