Pourquoi l'eau d'étanchéité de machine à papier met en échec un dimensionnement DAF générique
L'eau d'étanchéité de machine à papier est un flux confiné, chaud et huileux qui met en échec le dimensionnement classique de la flottation à air dissous. Elle provient de l'eau de refroidissement des presse-étoupes, du rinçage des carters de paliers et des retours en boucle courte de la partie humide d'une table Fourdrinier ou d'un formeur à entrefer, avec un débit typique de 5–50 m³/h par machine à 40–60 °C. L'enveloppe de charge combinée est de 200–1 500 mg/L de MES (fines de fibres, cassés, amidon de surface), 10–100 mg/L d'huiles et graisses (lubrifiants minéraux et synthétiques des joints), un pH variable de 5,5–8,5, plus des pics intermittents d'antimousse et de biocide liés aux changements de grammage. La chaleur abaisse la viscosité de l'eau à environ 0,65–0,47 mPa·s dans cette plage de 40–60 °C, ce qui permet aux bulles d'air entraînées de remonter plus vite que les flocs ne peuvent les capturer ; un système de flottation à air dissous de la série ZSQ dimensionné sur les mêmes débits hydrauliques qu'une unité municipale perdra 15–25 % de son abattement MES nominal sur ce flux. La borne supérieure réaliste qu'un DAF bien réglé doit viser est un abattement particulaire de 98–99 %, établi sur des matrices d'eau de ballast d'eau douce à l'échelle du laboratoire (Voon, LSU 2002) — un plafond utile, et non une garantie sur l'eau d'étanchéité sans configuration plus serrée.
Les quatre leviers de configuration qui déterminent la performance du DAF
Quatre variables précises déterminent si un DAF atteint les spécifications sur l'eau d'étanchéité : pression du saturateur, taux de recirculation, taille des microbulles et mode de chimie. Aucune de ces variables ne suit les valeurs par défaut génériques de 4–5 bar(g) et 20–30 % de recirculation des guides municipaux.
Pression du saturateur. Faites fonctionner le saturateur à 6–7 bar(g). Cette pression plus élevée dissout 25–40 % d'air supplémentaire par litre de recirculation par rapport à un saturateur à 4 bar (selon la proportionnalité de la loi de Henry à température constante), ce qui compense la perte de bulles imposée par l'eau d'étanchéité chaude et de faible viscosité.
Taux de recirculation. Maintenez la recirculation à 10–18 % du débit d'alimentation, nettement en dessous de la plage de 20–30 % des textes génériques. Une recirculation plus faible conserve un temps de séjour élevé dans la zone de contact et prévient le court-circuit hydraulique lorsque le flux d'alimentation emporte l'eau chaude de faible viscosité tout droit vers le déversoir d'effluent.
Taille des microbulles. Visez un diamètre de 30–50 µm, généré par un collecteur d'éducteurs à garnissage ou de buses à vanne-aiguille. Les bulles inférieures à 20 µm suivent les lignes de courant sans s'attacher aux flocs ; les bulles supérieures à 80 µm remontent trop vite pour capturer le floc de fibres fines et extraient l'air dissous de la solution avant le contact avec la suspension.
Mode de chimie. Effectuez une précoagulation avec du PAC à 50–150 mg/L ou du sulfate d'aluminium à pH 6,5–7,2, puis ajoutez du polyacrylamide anionique à 0,5–2 mg/L. Passez au CPAM cationique à 1–3 mg/L lorsque la charge d'amidon ou d'antimousse augmente. La vitesse de surface de la zone de séparation doit se situer à 5–15 m/h, avec un temps de séjour hydraulique total de 5–10 minutes. Un skid de dosage de coagulant et de floculant commandé par automate asservi à un signal proportionnel au débit est le moyen le plus fiable de maintenir la fenêtre polymère pendant les changements de grammage.
| Levier | Guide DAF générique | Enveloppe eau d'étanchéité | Pourquoi ce décalage |
|---|---|---|---|
| Pression du saturateur | 4–5 bar(g) | 6–7 bar(g) | Compense l'air perdu par la remontée accélérée des bulles en faible viscosité |
| Taux de recirculation | 20–30 % | 10–18 % | Temps de contact plus élevé sur le flux d'alimentation ; moins de court-circuit |
| Taille des microbulles | 40–70 µm | 30–50 µm | Meilleure capture du floc sur les fines de fibres et les gouttelettes d'huile |
| TSH (contact + séparation) | 15–25 min | 5–10 min | Le flux chaud laisse peu de place à de longues zones de contact |
| Précoagulant | 20–60 mg/L | 50–150 mg/L PAC ou sulfate d'aluminium | Une charge plus élevée en amidon et en huile exige davantage de coagulant |
| Floculant | 0,2–0,5 mg/L anionique | 0,5–2 mg/L anionique ; 1–3 mg/L cationique sur pics d'amidon | Les fines et les cassés exigent un pontage de plus haut poids moléculaire |
Configuration réutilisation vs configuration rejet : comparaison côte à côte
Les cibles d'effluent dictent le réglage final du DAF. La réutilisation en eau de dilution ou aux douches de machine à papier exige ≤10 mg/L de MES et ≤5 mg/L d'huiles et graisses ; le rejet vers un exutoire d'usine sous un permis type pâte et papier exige ≤30 mg/L de MES et ≤10 mg/L d'huiles et graisses. Les deux voies divergent sur la recirculation, la pression et le polissage aval.
La voie réutilisation applique une chimie plus serrée (PAC vers le plafond de 150 mg/L, floculant anionique 1–2 mg/L), utilise 12–15 % de recirculation à 7 bar(g) pour générer une population de bulles plus fines, et nécessite toujours un polissage aval — filtre à sable ou étage de polissage MBR (bioréacteur à membrane) immergé — pour éliminer les fines colloïdales résiduelles qui tacheraient ou casseraient autrement la feuille. La voie rejet applique une chimie plus légère (PAC 50–80 mg/L, floculant anionique 0,5–1 mg/L), utilise 15–18 % de recirculation à 6 bar(g) pour privilégier le débit plutôt que la finesse des bulles, et s'appuie sur le DAF seul, avec une purge périodique des boues vers un filtre-presse à plateaux. Le choix du polymère change selon la cible : le floculant anionique domine les flux de réutilisation où la récupération des fibres compte ; le floculant cationique traite les flux de rejet riches en huile porteurs de résidus d'antimousse.
| Paramètre | Configuration réutilisation (retour machine) | Configuration rejet (vers l'exutoire) |
|---|---|---|
| Cible d'effluent | ≤10 mg/L MES, ≤5 mg/L H&G | ≤30 mg/L MES, ≤10 mg/L H&G |
| Pression du saturateur | 7 bar(g) | 6 bar(g) |
| Taux de recirculation | 12–15 % | 15–18 % |
| Dose de PAC | 100–150 mg/L | 50–80 mg/L |
| Floculant | Anionique 1–2 mg/L | Anionique 0,5–1 mg/L, cationique 1–3 mg/L sur pics d'antimousse |
| Polissage aval | Filtre à sable ou étage de polissage MBR (bioréacteur à membrane) immergé | Aucun requis ; boues vers filtre-presse à plateaux pour boues flottées |
| Destination des boues | Récupération des cassés ou presse | Mise en décharge via presse |
Dimensionnement de l'unité DAF pour une machine à papier unique
Une machine à papier unique produisant 30 m³/h d'eau d'étanchéité à 60 °C, avec 800 mg/L de MES et 50 mg/L d'huiles et graisses, sert de base de dimensionnement. La recirculation requise est de 10–18 % du débit d'alimentation, de sorte que la pompe d'alimentation du saturateur traite 3,0–5,4 m³/h d'effluent recirculé à 6–7 bar(g). La zone de contact doit contenir 2,5–5 m³ de suspension pour assurer 4–6 minutes de temps de contact avant que l'eau n'entre dans la zone de séparation, dimensionnée à environ 6–9 m² de surface afin de maintenir la vitesse de surface de 8–12 m/h dans la fenêtre de conception. Un système de flottation à air dissous de la série ZSQ dans la plage 25–50 m³/h est le calibre typique — la gamme ZSQ couvre 4–300 m³/h sur 13 unités standard, de sorte que la plupart des enveloppes d'eau d'étanchéité d'une machine unique se situent au milieu du catalogue, sans fabrication sur mesure. L'erreur classique de surdimensionnement consiste à copier le dimensionnement DAF municipal et à se retrouver avec une zone de séparation trop peu profonde : les boues flottées débordent alors par le déversoir d'effluent et l'opérateur chasse des MES qu'il a lui-même créées. Conservez un rapport longueur/profondeur de la zone de séparation supérieur à 4:1 pour laisser à la couverture de boues le temps de se stabiliser avant le déversoir de collecte.
Discipline d'exploitation et paramètres à surveiller
Un DAF configuré ne conserve sa performance que si l'opérateur surveille quatre indicateurs clés à chaque poste. Quotidiennement : manomètre du saturateur (une dérive supérieure à 0,2 bar(g) signale un problème de pompe d'eau saturée ou de buse), rotamètre de recirculation (une baisse de 10 % indique une usure de la pompe du saturateur ou un flotteur de rotamètre coincé), MES de l'effluent, et couple du racloir de surface (une courbe de couple croissante pointe vers une couverture de boues qui s'épaissit). Hebdomadairement : un test en jarre pour revalider la dose de polymère face à la charge actuelle de cassés et d'amidon, plus un contrôle de taille des bulles par le hublot du saturateur ou une caméra USB sur la zone de contact. Trois modes de défaillance génèrent l'essentiel des appels de service. L'entraînement huileux — effluent turbide et irisé — se corrige en augmentant le PAC de 20–30 % et en baissant la pression du saturateur de 0,3 bar(g) afin que les bulles grossissent assez pour soulever les gouttelettes d'huile plus lourdes. Un effluent laiteux après un pic d'antimousse signifie un surdosage de polymère ; réduisez de moitié l'alimentation en floculant pendant un TSH, puis refaites un test en jarre. Une couverture de boues affaissée indique une vitesse de racleur trop élevée pour le débit d'extraction actuel. Les boues flottées quittent le DAF à 2–5 % de matières sèches et partent directement vers un filtre-presse à plateaux pour boues flottées, où elles se déshydratent jusqu'à un gâteau ≥25 % MS, adapté à la réutilisation des cassés ou à l'élimination hors site. Les opérateurs qui suivent le même protocole de maintenance du séparateur huile-eau DAF utilisé sur les flux annexes de raffinerie constatent que l'enveloppe d'eau d'étanchéité se comporte de façon prévisible dès que le saturateur reste dans ±0,2 bar(g).
Questions fréquentes
Quelle pression de saturateur un DAF nécessite-t-il pour l'eau d'étanchéité de machine à papier ? Faites fonctionner le saturateur à 6–7 bar(g) ; cette pression plus élevée dissout 25–40 % d'air supplémentaire par litre de recirculation par rapport aux 4–5 bar(g) génériques et compense la perte de bulles due à l'eau chaude de faible viscosité (selon la proportionnalité de la loi de Henry).
Quel taux de recirculation convient le mieux à une eau d'étanchéité chaude et huileuse à 40–60 °C ? Maintenez la recirculation à 10–18 % du débit d'alimentation ; la plage de 20–30 % de la littérature DAF générique provoque un court-circuit hydraulique sur le flux chaud et fait chuter le temps de séjour de la zone de contact sous le minimum de 4 minutes.
Un DAF seul peut-il respecter les limites de rejet pour l'eau d'étanchéité pâte et papier ? Oui, à 6 bar(g) et 15–18 % de recirculation, avec PAC 50–80 mg/L plus floculant anionique 0,5–1 mg/L, le DAF ramène les MES à ≤30 mg/L et les huiles et graisses à ≤10 mg/L sur une alimentation de 200–1 500 mg/L de MES ; la réutilisation à ≤10 mg/L de MES exige toujours un filtre à sable ou un MBR (bioréacteur à membrane) en aval.
