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"COMPOSITIONS A BASE DE CHAUX, LEUR PROCÉDÉ DE
FABRICATION ET LEUR UTILISATION EN TRAITEMENT DES EAUX
ET BOUES"
La présente invention se rapporte à une composition à
base de chaux comprenant au moins de la chaux éteinte en phase solide
et au moins un polymère organique.
Au sens de l'invention, par le terme chaux éteinte , on
entend une chaux constituée d'un ensemble de particules solides,
principalement de dihydroxyde de calcium Ca(OH)2 qui est le résultat de
la réaction de particules de chaux vive avec de l'eau, réaction appelée
hydratation ou extinction. La chaux éteinte s'appelle également chaux
hydratée. Par la suite, le dihydroxyde de calcium sera nommé
simplement hydroxyde de calcium ou Ca(OH)2-
De façon générale, la chaux éteinte obtenue peut
évidemment contenir les impuretés, principalement issues de la chaux
vive. La chaux éteinte peut se présenter sous forme pulvérulente ou
sous forme de suspension aqueuse, appelée lait de chaux.
La chaux éteinte est notamment utilisée dans le traitement
des eaux ou des boues. Par exemple, le document US 4711727 évoque
le traitement des eaux par de la chaux éteinte et par un agent floculant
organique contenus dans une suspension.
Les traitements de purification des eaux potables, usées ou
industrielles engendrent des résidus appelés boues. Ces boues sont
d'abord séparées de l'eau purifiée puis traitées afin de les stabiliser et
de les concentrer.
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Le traitement des boues, en particuliers urbaines et
industrielles, comprend notamment une étape de conditionnement et de
séparation solide/liquide, aussi appelée déshydratation, notamment sur
filtre à bandes-presseuses, centrifugeuse ou filtre presse chambré et /ou
à membranes.
La notion de conditionnement, en particulier de
conditionnement chimique, doit être comprise dans la présente invention
comme défini par Degrémont dans Mémento Technique de l'eau,
Edition du Cinquantenaire 1989, Sème édition au chapitre 19, en
particulier au pages 949 à 959.
Par les termes boues au sens de l'invention, on entend
un résidu présentant un taux de matière sèche d'au moins 0,5%, souvent
supérieur ou égal à 1%. Les boues peuvent être minérales ou
organiques ou huileuses.
Une incorporation d'un composé calcique, généralement de
la chaux, est souvent associée au traitement précité, afin de conditionner
mais aussi d'hygiéniser et/ou de stabiliser les boues pour leur stockage
à long terme (tenue en tas, etc.) ou encore d'améliorer durablement
leurs propriétés d'usage (pelletabilité, épandabilité, etc.) ou en vue
d'augmenter leur valeur agronomique. Le composé calcique peut être
ajouté à la boue avant (pré-chaulage) et/ou après (post-chaulage)
l'étape de déshydratation précitée.
Le conditionnement des boues est donc en réalité un
traitement dans lequel les caractéristiques des boues sont modifiées
pour faciliter la séparation de la phase solide et de la phase liquide.
Parmi les différents conditionnements connus visant à
préparer la boue, on distingue notamment le conditionnement organique
et le conditionnement minéral.
Le conditionnement dit organique : utilisation de polymère
organique comme seul floculant (dosage-type 2 à 20 kg par tonne de
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matières sèches). Seuls les polyélectrolytes de synthèse à longues
chaînes (masses moléculaires élevées, notamment à base de
polyacrylamide) sont efficaces ; ils forment des flocs volumineux.
Le conditionnement dit minéral : utilisation conjointe d'un
sel de fer ou d'aluminium, comme le chlorure ferrique (dosage-type : 3 à
% en poids par rapport à la matière sèche traitée) et de la chaux
(dosage-type : 10 à 40 % en poids par rapport à la matière sèche
traitée). Ce mode de conditionnement produit un floc fin mais très
robuste aux contraintes. Néanmoins, l'utilisation de sels de fer n'est pas
10 sans poser de problème d'exploitation tels que : corrosion des
canalisations et des filtres en acier ou fonte, risque de brûlures pour le
personnel...
Il existe également des conditionnements mixtes (minéral et
organique) afin d'optimiser les performances de déshydratation.
Une autre possibilité de conditionnement mixte est
divulguée dans le document EP 1 154 958 (WO 00/47527). Le procédé
divulgué enseigne une addition de chaux comme agent minéral à des
boues industrielles, chaux choisie pour éviter que le pH de la boue à
laquelle la chaux a été ajoutée ne s'élève trop rapidement.
Dans le document W02008/058973, un procédé de
traitement de boues par de la chaux est décrit dans lequel, puisque les
polymères cationiques se dégradent en général rapidement à partir d'un
pH valant 9 ou 10, un floculant organique anionique est ajouté à la boue.
Puisque le floculant anionique présente un optimum d'activité aux pH au-
delà de 10 à 12, il est donc préférable d'effectuer une montée de pH
rapide ce que permet parfaitement l'addition de chaux à la boue.
Comme on le voit, toutes les méthodes de conditionnement
ci-dessus présentent des inconvénients. Le conditionnement organique
n'est pas le mieux adapté à certains systèmes de déshydratation comme
les filtres-presses; les autres conditionnements évoqués font notamment
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appel aux sels de fer, dont il est préférable de réduire l'usage en raison
des problèmes précités, ou encore sont limités, notamment dans le choix
de la chaux.
Il est donc utile de pouvoir combiner les avantages des
polymères organiques, notamment pour leurs performances à faible
dose, et d'un agent minéral, qui apporte notamment structure et
résistance, en limitant les inconvénients précités des sels de fer ou
analogues. Comme agent minéral, un composé calcique confère en
outre les propriétés citées plus haut.
Il existe donc un besoin de disposer d'une composition
comprenant notamment un agent minéral à base de chaux éteinte et au
moins un polymère organique, capable de conditionner des boues à elle
seule, de façon simple, sure et efficace, de préférence en un nombre
d'étapes limité. En particulier, il est avantageux que la composition
précitée soit un solide, facile à fabriquer et à manipuler, de préférence
stable au cours du temps et aisé à incorporer aux boues à traiter. Il
convient également que le polymère, minoritaire, soit bien réparti par
rapport à l'agent minéral. Avantageusement, il est utile que l'agent
minéral précité ne soit ajouté qu'une seule fois lors du traitement des
boues, et donc qu'il ait une efficacité également après la déshydratation
(post-traitement).
L'invention a donc pour but de pallier les insuffisances de
l'état de la technique à ces égards et d'apporter une solution à ces
attentes, sans toutefois altérer les propriétés physiques de chacun des
deux agents (le minéral et le polymère).
Suivant l'invention, on prévoit une composition dans
laquelle ledit polymère organique est incorporé dans ladite phase solide
de la chaux éteinte.
Dès lors, comme on peut le constater, l'invention est
relative à une composition à base de chaux dans laquelle un contact
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intime existe entre le polymère organique et au moins une partie de
l'agent minéral, en particulier la chaux éteinte, ce qui confère une bonne
répartition du polymère dans l'agent minéral. Par le fait que ledit
polymère organique soit incorporé dans la phase solide d'agent minéral,
5 en particulier de chaux éteinte, le polymère organique qui est un
composant minoritaire est en réalité bien réparti à la surface et/ou au
sein de la phase solide de l'agent minéral contrairement à un simple
mélange des composants.
En outre, il a été observé de manière très surprenante que
le polymère organique incorporé dans la phase solide conserve ses
propriétés physiques notamment pour le conditionnement préalable à la
déshydratation des boues.
Dans une forme de réalisation alternative, la composition
selon l'invention comprend en outre une quantité d'eau suffisante pour
former une suspension aqueuse, qui sera par exemple appropriée
lorsque des laits de chaux sont souhaités. Dans les modes de réalisation
précités, la composition se présente à priori sous la forme d'un solide, en
général pulvérulent mais bien entendu, dans une forme alternative de
l'invention la composition peut se présenter sous la forme d'une
suspension.
Dans une forme de réalisation avantageuse, ledit agent
minéral comprend en outre de la chaux vive. Comme on peut le
constater, dans cette forme de réalisation particulière, l'agent minéral de
la composition selon l'invention est essentiellement constitué de chaux
vive et de chaux éteinte.
On entend par chaux vive, un composé solide minéral, dont
la composition chimique est principalement de l'oxyde de calcium CaO.
La chaux vive est communément obtenue par cuisson de calcaire,
principalement constitué de CaCO3, dont il peut subsister quelques pour
cents dans la chaux. La chaux vive contient des impuretés, à savoir, des
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composés tels de l'oxyde de magnésium MgO, de la silice Si02 ou
encore de l'alumine A1203, etc., à hauteur de quelques pourcents. Il est
entendu que ces impuretés sont exprimées sous les formes précitées
mais peuvent en réalité apparaître sous des phases différentes.
La composition selon l'invention se présente
essentiellement comme des particules de chaux vive résiduaires,
enrobées, éventuellement partiellement, d'une couche de phase solide
présentant une composition mixte Ca(OH)2/polymère organique, dans
laquelle le polymère organique est réparti intimement et de façon
homogène.
Bien entendu, la présente invention couvre également des
compositions comprenant des particules de chaux vive résiduaires
enrobées, du moins partiellement, d'une couche de composition mixte
susdite ainsi que des particules de chaux vive non enrobées.
Dans une forme de réalisation avantageuse de la
composition selon l'invention, la chaux éteinte est présente en une
quantité allant de 0,5 à 99,8 % en poids par rapport au poids de la
composition, de préférence de 1 à 99 % et de manière plus préférentielle
de 10 à 70 % en poids par rapport au poids total de la composition.
En outre, et de manière avantageuse, ledit polymère
organique est présent en une quantité allant de 0,2 à 10 % en poids, de
préférence de 0,5 à 8 % en poids et de manière plus préférentielle, de 1
à 6,5 % en poids par rapport au poids total de la composition.
De plus, dans une variante selon l'invention, ladite chaux
vive est présente en une quantité allant de 0,1 % à 99,3 %, de
préférence de 20 à 80 % en poids par rapport au poids total de la
composition.
En particulier, l'agent minéral de la composition selon
l'invention est essentiellement constitué de chaux vive et de chaux
éteinte. La chaux éteinte est comprise entre 5 g et 1000 g par 1000 g de
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chaux, le reste de la chaux étant sous la forme de chaux vive. Dans une
forme de réalisation de l'invention, la chaux éteinte est comprise entre
g et 990 g par 1000 g de chaux, notamment entre 20 g et 900 g,
avantageusement entre 50 g et 800 g, en particulier entre 100 g et 700 g
5 par 1000 g de chaux.
Les compositions selon l'invention comprennent
avantageusement entre 2 g et 100 g de polymère organique (exprimé en
matière active MA) pour 1 kg de chaux (exprimés en équivalent de chaux
éteinte Ca(OH)2), de préférence entre 5 g et 80 g de polymère organique
10 précité pour 1 kg de chaux, de façon particulièrement préférentielle entre
10 g et 65 g de polymère organique précité pour 1 kg de chaux.
Dans une forme particulière de l'invention, ledit polymère
organique est un polymère hydrophile de nature non-ionique, anionique,
cationique ou amphotère, linéaire, ramifié et/ou réticulé. De par sa
nature hydrophile, ledit polymère organique présente une affinité avec
l'eau et peut donc être mis en suspension ou en solution dans une phase
aqueuse, laquelle pourra être utilisée ultérieurement pour l'extinction, au
moins partielle, de la chaux vive en vue de former la composition selon
l'invention contenant une quantité prédéterminée de chaux éteinte.
L'invention concerne le secteur technique des polymères
hydrophiles organiques. Selon l'invention, les polymères utilisés sont
solubles dans l'eau et peuvent être de nature non ionique, anionique,
cationique ou amphotère.
En pratique, dans une forme de réalisation, le polymère
utilisé peut être obtenu à partir d'un ou plusieurs des monomères choisis
parmi:
a) les monomères anioniques possédant une fonction
carboxylique (ex : acide acrylique, acide méthacrylique, et
leurs sels...) ou possédant une fonction acide sulfonique (ex :
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acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (ATBS) et
leurs sels...).
b) les monomères non ioniques : acrylamide, méthacrylamide, N-
vinyl pyrrolidone, vinylacétate, alcool vinylique, esters acrylate,
alcool allylique, le N-vinyl acétamide, la N-vinylformamide,
c) et/ou les monomères cationiques : on citera, en particulier et
de façon non limitative, l'acrylate de diméthylaminoéthyle
(ADAME) et/ou le méthacrylate de diméthylaminoéthyle
(MADAME) quaternisés ou salifiés, le chlorure de
diméthyldiallylammonium (DADMAC), le chlorure d'acrylamido
propyltriméthyl ammonium (APTAC) et/ou le chlorure de
méthacrylamido propyltriméthyl ammonium (MAPTAC),
éventuellement en association avec un ou plusieurs monomère(s)
hydrophobe(s) choisi préférentiellement dans le groupe comprenant les
esters d'acide (méth)acrylique à chaîne alkyle, arylalkyle et/ou
éthoxylée, les dérivés de (méth)acrylamide à chaîne alkyle, arylalkyle ou
dialkyle, les dérivés allyliques cationiques, les dérivés de
(méth)acryloyle hydrophobes anioniques ou cationiques, ou les
monomères anioniques et/ou cationiques dérivés de (méth)acrylamide
portant une chaîne hydrophobe.
Ce type de polymère ne nécessite pas le développement
de procédé de polymérisation particulier. Il peut être obtenu par toutes
les techniques de polymérisation bien connues par l'homme de métier :
polymérisation en gel, polymérisation par précipitation, polymérisation en
émulsion (aqueuse ou inverse) suivie ou non d'une étape distillation,
polymérisation en suspension, polymérisation en solution.
Ledit polymère organique est, dans une forme de
réalisation avantageuse, un polymère organique modifié chimiquement,
c'est-à-dire un polymère ayant subi une réaction de post-modification.
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Par post modification on désigne ici des polymères
ayant subi une modification de leur structure chimique par réaction d'un
ou plusieurs réactifs après polymérisation. On citera par exemple les
réactions d'hydrolyse et de neutralisation, de greffage de fonctions ou de
chaînes, ou encore les réactions de modification de fonctions chimiques
(réaction de Mannich, glyoxalation, greffage d'une fonction hydroxamate,
de chaînes latérales hydrophobes ou hydrophiles, dégradation
d'Hofmann...), d'ajustements de pH (acidification, basification,
tamponnage)...
De plus, de manière connue, le polymère peut également
être ramifié ou réticulé. Comme on le sait, un polymère ramifié est un
polymère qui présente sur la chaîne principale des branches, des
groupements ou des ramifications. Un polymère réticulé est, quant à lui,
un polymère dont certaines de ses chaînes sont reliées entre elles par
des ponts chimiques covalents formant ainsi un réseau. On pourra
effectuer la ramification ou la réticulation de préférence durant (ou
éventuellement après) la polymérisation, en présence d'un agent
ramifiant/réticulant et éventuellement d'un agent de transfert. On
trouvera ci dessous une liste non limitative des ramifiants : méthylène
bisacrylamide (MBA), l'éthylène glycol di-acrylate, le polyéthylène glycol
diméthacrylate, le diacrylamide, le cyanométhylacrylate, le
vinyloxyéthylacrylate ou méthacrylate, la triallylamine, le formaldéhyde,
le glyoxal, les composés de type glycidyléther comme l'éthylèneglycol
diglycidyléther, ou des époxy ou tout autre moyen bien connu de
l'homme de métier permettant la ramification.
Dans une variante, la composition comprend un polymère
constitué d'une résine de type polyamine à base d'épichlorhydrine, de
type dicyandiamide, de type mélamine formaldéhyde, de type
polyalkylèneimine et analogue.
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En effet, ledit polymère utilisé peut être obtenu par une
réaction de polycondensation. Par polycondensat on désigne ici des
polymères hydrosolubles obtenus par polycondensation, c'est à dire par
un processus de polymérisation par condensations répétées avec
5 élimination de molécules simples ou non (dans ce cas on parlera plutôt
de polyadditions). La croissance des chaînes de polymère est
engendrée par la consommation de groupements réactifs alors que dans
les réactions radicalaires les groupements réactifs sont générés
continuellement lors de la croissance des chaînes. Comme
10 polycondensats, on citera, par exemple, les polyamines à base
d'épichlorhydrine, les résines dicyandiamide, les résines mélamine
formaldéhyde, les polyalkylèneimines,...
Dans une forme particulière de l'invention, ledit polymère
organique est un floculant non ionique, anionique, cationique ou
amphotère présentant un poids moléculaire moyen pondéral compris
entre 5.106 g/mol et 40.106 g/mol.
Dans une variante avantageuse selon l'invention, ledit
polymère organique est un coagulant cationique ou amphotère et
présentant un poids moléculaire moyen pondéral compris entre 20 000
et 5.106 g/mol. Avantageusement, le poids moléculaire moyen pondéral
est supérieur ou égal à 50.000 g/mol, en particulier supérieure ou égal à
200.000 g/mol et de préférence supérieur ou égal à 500.000 g/mol. En
outre, le poids moléculaire moyen pondéral est avantageusement
inférieur ou égal à 3.106 g/mol.
Dans une forme de réalisation avantageuse, ledit coagulant
cationique ou amphotère est à base de sel de diallyldialkyl ammonium.
Les compositions selon l'invention sont avantageusement
stables, de façon à être préparées plusieurs jours, voire plusieurs
semaines avant leur utilisation.
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Les compositions pulvérulentes selon l'invention présentent
l'avantage de la facilité d'usage d'une poudre, sans nécessité de recourir
à l'intermédiaire de polymères sous la forme solide, parfois difficiles et
plus coûteux à obtenir par rapport aux solutions ou émulsions.
D'autres formes de réalisation des compositions suivant
l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
- La présente invention a également pour objet un procédé de
préparation d'une composition à base de chaux selon
l'inventioncomprenant une mise en présence d'un agent minéral et
d'une solution, dispersion ou émulsion inverse aqueuse comprenant
au moins un polymère organique et de l'eau. Un tel procédé est par
exemple connu du document US 4711727 qui divulgue la
préparation d'une suspension de chaux éteinte (Hydralime) et de
carbonate de calcium (Snowcal) à laquelle sera ensuite mélangé un
polymère organique pour traiter les eaux usées. Malheureusement
un tel procédé ne permet pas d'obtenir une composition prête à
l'emploi, stable, dans laquelle un contact intime existe entre le
polymère organique et au moins une partie de l'agent minéral.
L'invention procure donc, pour résoudre ce problème un
procédé caractérisé en ce que ledit agent minéral est à base de chaux
vive en ce que le procédé comprend les étapes comprenant une :
- réaction au moins partielle de la chaux vive avec tout ou partie de
ladite eau contenant ledit polymère organique, et
- formation de chaux éteinte en phase solide à laquelle ledit polymère
organique est incorporé.
La taille des particules de l'agent minéral à base de chaux
vive précité n'est pas critique ; certaines peuvent notamment atteindre
plusieurs millimètres. Dans certains modes de réalisation de l'invention,
la taille des particules sera majoritairement inférieure à 2 mm, de
préférence à 1 mm, avantageusement à 500 pm, tout particulièrement à
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200 pm. De plus, 90 % des particules présentes ont une taille de
particules supérieure à 0,5 pm, voire à 1 pm.
Dans le procédé selon l'invention, l'eau de la solution,
dispersion ou émulsion inverse contenant le polymère va réagir avec la
chaux vive et/ou s'évaporer sous l'action exothermique de la réaction,
permettant l'obtention d'un solide pulvérulent sec (ne contenant pas ou
très peu d'eau libre), facile à manipuler, dans tous les cas où la quantité
d'eau introduite n'est pas en excès par rapport à la quantité d'oxyde de
calcium présent. Cette composition pulvérulente peut donc être obtenue
sans devoir recourir à une quelconque séparation de l'eau et des solides
par filtration et/ou séchage ou tout autre moyen de séparation
solide/liquide. La composition se présente alors essentiellement sous la
forme de chaux vive résiduelle, enrobée, du moins partiellement, de
chaux éteinte, dans laquelle le polymère organique est régulièrement et
intimement réparti.
Si la quantité d'eau introduite est largement en excès de la
quantité de CaO présent, la composition se présente comme une
suspension aqueuse de chaux éteinte, dans laquelle le polymère
organique est régulièrement et intimement réparti. Dans un cas
intermédiaire, la composition se présente comme une chaux éteinte
solide pulvérulente, dans laquelle le polymère organique est
régulièrement et intimement réparti.
Selon l'invention, l'eau mise en oeuvre peut provenir
directement de la forme commerciale du polymère (solution, émulsion ou
dispersion aqueuse), elle peut également, en tout ou partie, résulter
d'une dissolution, mise en suspension ou mise en dispersion préalable
du polymère dans une phase aqueuse.
Comme polymère organique, on utilise ceux cités plus haut,
en particulier un coagulant cationique ou amphotère, à base de sels de
diallyldialkyl ammonium.
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Dans une variante du procédé selon l'invention, le procédé
comprend une addition séparée de polymère organique, avant ou après
ladite mise en présence d'un agent minéral à base de chaux vive et
d'une solution, dispersion ou émulsion inversée aqueuse. En outre, le
procédé selon l'invention peut comprendre une addition séparée d'eau
avant ou après ladite mise en présence d'un agent minéral à base de
chaux vive et d'une solution, dispersion ou émulsion inverse aqueuse.
Comme on peut le constater, le procédé suivant l'invention
ne demande pas plus d'infrastructure que le matériel dans lequel une
extinction par voie courante est effectuée (hydrateur). Le procédé peut
être réalisé en discontinu (par batchs) ou de façon continue. Dans
certains modes de réalisation du procédé, la mise en présence de la
chaux vive et de la solution ou de l'émulsion aqueuse ne nécessite pas
d'infrastructure d'extinction. La mise en présence peut notamment
s'effectuer par aspersion de la chaux vive au moyen de la solution ou de
l'émulsion aqueuse, par exemple, lors d'une chute de chaux vive ou lors
de son transfert sur une bande ou une vis transporteuse ou encore dans
un broyeur ou bien un mélangeur.
On constate que le procédé selon l'invention permet un
contact intime entre l'agent minéral à base de chaux et le polymère
organique, par réaction de la chaux vive et de la solution, dispersion ou
émulsion aqueuse contenant le polymère organique pour donner de la
chaux éteinte contenant le polymère. De ce fait, ce dernier composant
minoritaire, est bien réparti à la surface et/ou au sein de la phase solide
de l'agent minéral contrairement à un simple mélange des composants.
De plus, malgré des conditions réactionnelles qui lui sont très agressives
(réaction fortement exothermique et milieu très caustique), le polymère
ainsi mise en oeuvre conserve de façon surprenante ses propriétés
physiques.
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D'autres formes de réalisation du procédé suivant
l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
L'invention concerne également une utilisation d'une
composition telle que décrite ci-dessus pour sa mise en oeuvre dans le
traitement des eaux et boues, en particulier pour le conditionnement de
boues avant leur déshydratation.
L'utilisation d'une composition selon l'invention pour le
traitement des boues permet de limiter le nombre d'agents, notamment
de conditionnement et permet un traitement en un nombre d'étape
d'étapes limité, voire un conditionnement en une seule étape.
Les compositions selon l'invention pour le traitement des
boues présentent l'avantage de présenter en surface et donc de façon
immédiatement disponible le polymère organique et la chaux sous la
forme de Ca(OH)2, qui interviennent pour le conditionnement des eaux et
boues. Dans les formes de réalisation des compositions selon
l'invention, dans lesquelles subsiste de la chaux vive, celle-ci reste
partiellement disponible pour un effet après la séparation solide/liquide
(en post-traitement).
De façon préférentielle, la composition selon l'invention est
utilisée comme unique agent de conditionnement des boues, ce
conditionnement s'effectuant en particulier en une seule étape. Les
modes d'utilisation précités sont simplifiés par rapport aux pratiques
courantes qui nécessitent souvent plusieurs agents de conditionnement,
introduits de façon séquentielle.
L'utilisation des compositions selon l'invention ne rend plus
nécessaire le recours aux sels de fer pour le conditionnement de boues,
tout en étant efficace, notamment par l'obtention de flocs résistants, en
particulier compatibles avec l'usage de filtres-presses. Le
conditionnement de boues est dès lors également rendu plus fiable,
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performant et aisé à mettre en oeuvre, sans les inconvénients du recours
à des sels de fer ou aluminium.
L'utilisation d'une composition selon l'invention pour le
traitement des boues permet des économies énergétiques et/ou sur les
5 agents de conditionnement (coagulant, chaux).
D'autres utilisations selon l'invention sont mentionnées
dans les revendications annexées.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de
l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non
10 limitatif et en faisant référence aux exemples et aux figures.
L'invention va maintenant être décrite plus en détail au
moyen d'exemples non limitatifs.
Exemple 1
15 Formulation de composition selon l'invention
On utilise une chaux vive industrielle de granulométrie
majoritairement inférieure à 90 micromètres et comme polymère
organique, un coagulant comprenant des sels de diallyldialkyl
ammonium (polyDADMAC-FL4820 sous la forme d'un liquide
comprenant 20 % de matière active).
On réalise trois compositions selon l'invention au départ
des réactifs précités dans les proportions pondérales présentées au
Tableau 1.
Tableau 1
Formulation Rapport FL4820/chaux
1 25/100
2 12,5/100
3 6,25/100
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Dans un malaxeur asynchrone, on introduit 1000g de
chaux vive. Le coagulant est ensuite ajouté dans les proportions
illustrées au Tableau 1, sous agitation, de façon à assurer une bonne
répartition et l'agitation est maintenue pendant 30 minutes. La
température est mesurée régulièrement et la température maximale est
enregistrée.
Les résultats de l'Exemple 1 sont illustrés au Tableau 2.
Tableau 2
Formulations 1 2 3
Masse de chaux (g) 1000 1000 1000
Masse de coagulant (g) 250 125 62,5
Quantité de matière active (g) (1) 50 25 12,5
Quantité d'eau ajoutée (g) (1) 200 100 50
Température maximale atteinte
160 C 100-120 C 60 C
pendant le mélange
(1) Puisque le poly-DADMAC est ajouté sous la forme d'une solution
liquide concentrée à 20 %, 250 g comprennent donc 50 g de matière
active et 200 g d'eau (formulation 1).
Comme on peut le constater, on observe une élévation de
température importante pendant la formulation due à la réaction
d'hydratation. Plus la quantité de poly-DADMAC ajoutée est importante,
plus la température maximale enregistrée est élevée. En ce qui concerne
les formulations 1 et 2, une évaporation importante de l'eau est
observée. Toute l'eau ne réagit pas avec la chaux, une partie s'évapore
en raison de l'augmentation de température observée.
Les trois formulations présentées au Tableau 2 sont des
compositions de chaux mixtes comprenant de la chaux vive et de la
chaux éteinte ainsi que du coagulant poly-DADMAC incorporé dans la
chaux éteinte en phase solide. Les formulations 2 et 3 comprennent
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majoritairement de la chaux vive tandis que la formulation 1 comprend
majoritairement de la chaux éteinte.
Le Tableau 3 montre la composition des différentes
formulations.
Tableau 3
Formulations Composition 1 Composition 2 Composition 3
Pourcentage
5% 2,5% 1,25%
coagulant (MA)
Pourcentage CaO 45 % 66 % 82 %
Pourcentage
Ca(OH)2 50 % 31 % 17 %
(estimation)
Exemple 2
Comparaison des performances des compositions
selon l'invention par rapport à une composition contenant
un floculant cationique
Pour le premier essai, la boue est conditionnée et puis
filtrée, suivant un conditionnement analogue à celui utilisé sur le site
industriel dont elle provient, afin d'avoir une référence. Le floculant
cationique utilisé est le Zetag 8160, disponible auprès de la société
CIBA. Pour les trois autres essais, on utilise les compositions selon
l'invention, préparées de la même manière que dans l'Exemple 1. Les
dosage d'agents de conditionnement s'expriment par rapport à la matière
sèche (MS) de la boue.
On soumet donc une boue digérée aux quatre types de
conditionnements qui sont présentés au Tableau 4 ci-dessous. Cette
boue conditionnée (200 g) est ensuite filtrée via une cellule de
filtration/compression Faure, qui simule une filtration industrielle sur
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filtre-presse. La filtration se déroule pendant 30 minutes, en observant
une montée progressive de la pression jusqu'à 5 bars en 2 minutes puis
un maintien de cette pression pendant le reste du temps. On mesure
ensuite la matière sèche sur les gâteaux formés après 24 heures à
l'étuve à 105 C.
Tableau 4
N d'essai 1 2 3 4
Conditionnemen Floculant Compositio Compositio Compositio
t organiqu n 1 n 2 n 3
e
Dosage floculant
1% - - -
(% en poids)
Siccité obtenue 19 % 33 % 34 % 21 %
(% en poids)
Débâtissage Collant OK OK Collant
Quantité de
boue produite 5,4 3,7 3,6 6,1
(Q)
Comme on peut le constater, les essais 2 et 3
(compositions 1 et 2) montrent une amélioration de la filtration lors de
l'utilisation des formulations de l'Exemple 1. On observe ainsi une
amélioration de la siccité du gâteau formé ainsi que son meilleur
débâtissage et une diminution des quantités de boues produites. En
effet, pour comparer les performances de différents conditionnements,
outre la siccité, on cherchera à estimer la quantité de boues produites.
On définit donc le rapport suivant:
Q= Quantité de boue déshydratée/quantité de matière sèche initialement
présente dans la boue à traiter
Le dernier essai montre un moins bon comportement lié à
une dose de coagulant trop faible dans la composition chaux/polymère
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selon l'invention. Par contre, la combinaison de cette composition 3
avec un floculant organique en faible quantité offre un avantage illustré à
l'exemple 5.
Exemple 3
Comparaison des performances des compositions selon l'invention
par rapport à une composition contenant de la chaux
sous forme de lait de chaux et du chlorure de fer
On soumet une boue biologique aux trois compositions
suivant l'invention utilisées à l'Exemple 2.
Pour le premier essai, la boue est conditionnée et ensuite
filtrée, suivant un conditionnement analogue à celui utilisé sur le site
industriel dont elle provient, afin d'avoir une référence. On utilise un
conditionnement minéral mettant en jeu 40 % de chaux sous forme de
lait de chaux et 10 % de chlorure ferrique, par rapport à la MS de la
boue.
Les résultats des conditionnements de boues biologiques
obtenus sont présentés au Tableau 5.
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Tableau 5
Essai 1 2 3 4 5
Dosage CaO 40 %
Dosage coagulant 10 % 8%
FeCl3
Composition 1 2 3 3
Dosage formulation 40 % 40 % 40 % 30%
Siccité 33 % 31 % 22 % non filtrable 33%
Débâtissage OK OK collant OK
Quantité de boues
4,9 4,0 5,7 4.2
produites (Q)
Comme on peut le constater, la composition 1 ayant fait
l'objet de l'essai 2 permet d'obtenir une bonne déshydratation de la boue
5 biologique. Elle permet d'obtenir un bon débâtissage et une diminution
des boues produites, par rapport au conditionnement de référence sur le
site industriel. Par ailleurs à l'essai 5, la composition 3, en combinaison
avec du chlorure ferrique, en plus faible quantité, permet également une
déshydratation satisfaisante et un débatissage aisé.
10 Les autres formulations ne permettent pas d'obtenir des
résultats satisfaisants probablement par manque de coagulant dans la
composition.
Exemple 4
Stabilité de la composition
15 Afin de déterminer la stabilité des diverses compositions
suivant l'invention, on effectue des tests comparatifs de conditionnement
de boues en utilisant des compositions suivant l'invention fraîchement
formulées et des formulations stockées préalablement pendant 2
semaines. Après 2 semaines, on n'observe pas de différence visible. Les
20 essais sont effectués sur trois boues différentes, une boue digérée et
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deux boues biologiques non digérées. Pour chaque boue on utilise la
composition selon l'invention qui permet d'obtenir les meilleures
performances de conditionnement comme on a pu le constater à la
lecture des Exemples 1 à 3.
Les résultats du test de stabilité selon l'invention sont
présentés au Tableau 6.
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N r
O ~ O
~ O Ç ô ô
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a) O E O m
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E
O N
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O
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O 4) N M
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O ) G) G)
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LL G7 ~
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Comme on peut le constater, dans tous les cas, on a pu
obtenir de bonnes performances de filtration, y compris après
2 semaines de stockage des compositions suivant l'invention.
On observe également une légère amélioration de la siccité
des gâteaux pour les compositions ayant été stockées pendant
2 semaines.
Exemple 5
Intérêt sur centrifugeuse
On soumet une boue biologique à deux types de
conditionnement avant déshydratation sur centrifugeuse. Le premier
conditionnement comprend une addition d'un floculant cationique et
d'une chaux vive fine (<90 pm), partiellement éteinte telle que divulguée
dans le brevet EP 1 154 958, que l'on ajoute sous forme pulvérulente
tandis que le second conditionnement comprend une addition du même
floculant cationique et de la composition 3 selon l'invention.
Les tests sont réalisés sur un centrifugeuse déshydratant
des boues issues d'un traitement biologique et épaissies.
Le floculant utilisé est un floculant fortement cationique
ramifié en émulsion. La composition ou la chaux est injectée dans la
boue avant injection du floculant. Pour chaque conditionnement la dose
optimale de floculant est utilisée.
Tableau 7
floculant + floculant +
chaux vive composition 3
dosage floculant kg M.A. / ton 1.2 0.77
M.S. boue
dosage chaux ou % M.S. boue 29% 29%
composition 3
siccité boue % MS 26-27% 26-27%
déshydratée
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Comme on peut le constater, en association avec un
floculant, la composition selon l'invention permet de diminuer la dose de
floculant à mettre en oeuvre tout en conservant la siccité finale des
boues déshydratées et ce pour un même dosage de chaux.
Il est bien entendu que la présente invention n'est en
aucune façon limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et que
bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des
revendications annexées.
