CA2108854A1 - Dispositif de stockage et installation de detoxication de boues - Google Patents

Dispositif de stockage et installation de detoxication de boues

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Roger Chatelin
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Jean-Francois Combes
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Roger Chatelin
Louis Gavet
Marc Valentin
Jean-Francois Combes
Centre Technique Industriel Dit: Institut Textile De France
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Abstract

DISPOSITIF DE STOCKAGE ET INSTALLATION DE DETOXICATION DE BOUES Centre Technique Industriel dit: INSTITUT TEXTILE DE FRANCE 280, avenue Aristide Briand - BP 141 92223 BAGNEUX CEDEX et J.F.C. TECHNOLOGIE (S.A.R.L) 6, rue Jean Rostand 69740 GENAS Invention de: COMBES J.F. - VALENTIN M. - CHATELIN R. - GAVET L. Le dispositif comprend en un matériau filtrant, laissant passer le liquide diffusant des boues (15) par gravité tout en retenant la phase solide et délimitant un compartiment (9) de stockage des boues et un compartiment (10) de collecte des liquides. Le matériau filtrant (12), tissu, tricot ou non-tissé, possède dans sa structure polymérique des groupements fonctionnels ioniques aptes à capter par échange d'ions ou complexation des corps toxiques à l'état ionique dissous dans le liquide diffusant depuis lesdits rejets. L'installation de détoxication des boues ou de récupération de métaux, comporte de plus des moyens de circulation de liquide aptes à réaliser la récupération du liquide recueilli dans le compartiment de collecte (10) et son recyclage, par pulvérisation, dans le compartiment de stockage (9). Figure unique

Description

~10~85~

DISPOSITIF DE STOCKAGE ET INSTALLATION DE DETOXICATION
DE BOUES
- La présente invention concerne un dispositif de stockage pour rejets toxiques notamment industriels, sous forme de boues. Elle concerne plus particulièrement 5 un dispositif type benne qui comporte une cuve ouverte à sa partie supérieure et qui est spécialement conçue pour être chargée et déchargée à partir d'un véhicule de transport. La présente invention concerne également une installation de détoxication des boues ou de récupération des métaux contenus dans lesdites boues, mettant en oeuvre un dispositif de stockage précité.
La collecte des résidus, qu'ils soient domestiques ou industriels, utilise couramment des dispositifs ou des bennes de stockage dans lesquelles les utilisateurs viennent déverser lesdits résidus. Ceux-ci sont entreposés pendant un temps déterminé avant d'être transportés et vidés de leur contenu dans une usinede traitement ou d'incinération. Les bennes comportent des systèmes permettant 15 leurs chargements et leurs déchargements sur un véhicule de transport en particulier la plate-forme d'un camion.
S'agissant plus particulièrement de rejets se présentant sous la forme de boues, c'est-à-dire de rejets solides contenant une proportion relativement importante de liquide, ces rejets sont stockés de la même manière dans des bennes.
20 On constate, après un certain temps de stockage, un durcissement progressif de la couche supérieure des boues, dû à l'évaporation naturelle du liquide de surface.Cependant, lorsque la benne est pleine, le camion transporte jusqu'à l'usine de traitement un quantité relative très importante de liquide, comparativement à iaquantité effective de résidus solides à traiter.
On a déjà proposé, notamment par le document DE.A.3 231 186 un dispositif de stockage qui présente, par rapport aux dispositifs existants une fonction complémentaire qui est d'éliminer au moins partiellement une certaine partie du liquide contenu dans les boues, de manière à en optimiser le rendement, ' :. `,; ' ;~ ' ', .

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' ~ .', ' ' 210885~

Z -c'est-à-dire d'augmenter la quantité effective de résidus solides à transférer à l'usine de traitement lorsque le dispositif est plein.
Il s'agit d'un dispositif qui consiste en une cuve ouverte à sa partie supérieure; ladite cuve comporte un élément intérieur qui est apte à laisser passer 5 le liquide diffusant des boues par gravité tout en retenant la phase solide - correspondante et qui délimite dans ladite cuve un premier compartiment de stockage des boues et un second compartiment de collecte des liquides; de plus ledit compartiment de collecte est relié à l'extérieur de la cuve par un orificed'évacuation.
Ainsi les boues étant entreposées dans le compartiment de stockage, le liquide qu'elles contiennent va progressivement migrer par gravité vers l'élément intérieur et diffuser à travers celle-ci jusqu'au compartiment de collecte d'où il pourra être extrait par l'orifice d'évacuation.
On comprend que ce dispositif de stockage permet d'assurer une concentration naturelle des boues contenues dans le compartiment de stockage en éliminant une partie du liquide excédentaire contenu dans lesdites boues et susceptible de s'écouler par gravité à travers l'élément intérieur.
L'élément intérieur est composé de plaques percées d'ouvertures, lesdites plaques étant elles-mêmes recouvertes sur la face tournée vers l'intérieur du compartiment de stockage par un matériau plan filtrant, C'est le matériau plan filtrant qui assure la séparation entre la phase liquide et la phase solide des boues, tandis que les plaques permettent le maintien en position dudit matériau plan à
l'intérieur du compartiment de stockage et également le transfert du liquide jusqu'au compartiment de collecte.
2S Cette disposition particulière permet, lors du déchargement du dispositif à l'usine de traitement, d'éliminer également le matériau plan filtrant, lui-même en grande partie pollué par les boues avec lesquelles il était en contact, et ainsi de n'avoir plus qu'un lavage sommaire de l'intérieur du dispositif à effectuer pour son réemploi.

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,. . .
. .

210~8~4 Cependant lorsque les rejets sont toxiques, les liquides qui diffusent par gravité sont eux-mêmes toxiques et doivent être traités en conséquence. Le but que ; se sont fixés les demandeurs est de proposer un dispositif de stockage qui pallie I'inconvénient constaté lorsque les rejets sont toxiques.
Ce but est parfaitement atteint par le dispositif de l'invention. Il s'agit d'undispositif de stockage pour rejets toxiques, sous forme de boues, qui comporte de manière connue un matériau plan filtrant qui délimite un premier compartiment destockage des boues et un second compartiment de collecte des liquides diffusant depuis lesdits rejets à travers la matière filtrante.
De manière caractéristique, le matériau plan filtrant est un matériau textile ou para-textile qui comporte dans sa structure polymérique des groupements fonctionnels ioniques aptes à capter les ions toxiques dissous dans le liquide diffusant depuis les rejets.
On désigne par matériau textile ou para-textile un matériau obtenu par tissage ou tricotage ou encore un non-tissé dont la cohésion résulte de I'enchevêtrement de fibres ou de filaments continus, par voie mécanique, par exemple par aiguilletage ou par jets de fluide, sans apport de liants chimiques.Les groupements fonctionnels ioniques sont notamment des groupements échangeurs d'ions, par exemple sulfoniques, carboxylique ou amines ou encore desgroupements complexants.
Lors du passage du liquide à travers ledit matériau ptan flltrant, les corps toxiques qui sont dissous dans le liquide et qui sont donc à l'état ionique sontretenus sur ledit matériau par échange d'ions ou complexation, de sorte que le liquide qui est recueilli dans le compartitnent de collecte et qui est évacué dudispositif de stockage est un liquide pa tiellement ou totalement épuré en corpstoxique.
Ceci présente un avantage considérable du fait que le liquide en question, s'il répond aux normes, peut être envoyé directement dans les canalisations classiques de collecte des eaux, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un traitement : ' ' .
- .
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21088~

, particulier dudit liquide.
Le fait que les corps toxiques soient retenus sur le matériau ~lltrant ne présente pas d'inconvénient particulier puisque ledit matériau est lui aussi destiné
à l'usine de traitement.
SDe préférence les groupements fonctionnels ioniques sont obtenus par greffage desdits ma~ériaux à l'aide de monomères comportant au moins une desdites fonctions ioniques.
Le fait que les groupements fonctionnels ioniques soient supportés par des greffons fixés sur la structure polymérique proprement dite du matériau présente10des avantages importants. Leur accessibilité est plus grande, ce qui améliore la cinétique d'échange. Il n'y a pas de perte significative de résistance mécanique du matériau, comme cela peut se produire dans le cas où l'implantation des groupements fonctionnels est obtenue par substitution sur la structure polymérique du matériau. I)'ailleurs dans ce dernier cas, il se produit un gonflement excessif . 15du matériau, même lorsque la capacité d'échange ionique est faible, ce qui limite fortement l'autonomie du matériau filtrant.
De préférence il s'agit d'un matériau qui comporte d'une part des groupements fonctionnels anioniques et d'autre part des groupements fonctionnelscationiques; ainsi ce matériau est capable de retenir les corps toxiques, qu'ils20soient dissous dans le liquide sous forme d'anions ou de cations.
Avantageusement le rnatériau filtrant a la forme d'une poche, apte à
recevoir les rejets. Cette configuration permet ud placement facilité sur lcs organes de supports du matériau filtrant.
De préférence le matériau flltrant a une capacité d'échange d'ions qui est 25différenciée, étant globalement plus importante selon la zone du fond de la poche qui correspond au passage préférentiel du liquide La poche peut en particulier être obtenue directement par tricotage. Cette poche et les organes de support dans laquelle elle est placée sont par exemple conformés à l'instar des supports de filtres à café, ayant une forme sensiblement .

, : ~

210885~

conique avec un sommet rectiligne et non ponctuel. Cette disposition permet une limitation du passage préférentiel du liquide.
C'est un autre objet de l'invention que de proposer une installation de détoxication des boues ou de récupération de métaux, mettant en oeuvre le S dispositif de stockage dont il vient d'être question.
De manière caractéristique, cette installation comporte, outre ledit dispositif, des moyens de circulation de liquide aptes à réaliser la récupération du Iiquide recueilli dans le compartiment de collecte et son recyclage, par pulvérisation, dans le compartiment de stockage.
La pulvérisation des boues par un liquide pur permet le lavage de celles-ci et l'élimination progressive des corps toxiques solubles, qui migrent par gravité et qui sont arrêtés par le matériau filtrant. On a donc une réelle détoxication desboues dans la mesure où au cours du stockage celles-ci voient leur concentrationen corps toxiques solubles diminuer dans le temps.
Cette même installation peut être utilisée non plus pour la détoxication mais pour la récupération de métaux, en particulier de métaux nobles, à partir de boues provenant de l'hydrométallurgie. Dans ce cas, c'est le matériau filtrant qui s'est progressivement concentré en métaux qui fait l'objet d'un traitement adapté
en vue de la récupération desdits métaux. Cette installation est plus 20 particulièrement destinée à la récupération de métaux nobles tels que par exemple I'argent, I'or ou les métaux stratégiques.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description/
qui va être faite d'un exemple de réalisation d'une installation de détoxication de boues mettant en oeuvre une benne de stockage à double compartimentage et un 25 dispositif de recyclage du liquide collecté, illustrée par le dessin annexé dans lequel la figure unique est une représentation schématique en coupe de l'installation.
L'installation 1 de détoxication de boues toxiques stockées est composée d'une benne de stockage 2 et d'un ensemble 3 apte à réaliser la récupération, le .. . ::

2lo~8~

recyclage et la pulvérisation du liquide collecté dans la benne 2.
La benne de stockage 2 comporte une cuve métallique 4, ayant sensiblement la forme d'un parallélépipède rectangle. Cette cuve 4 est spécialement adaptée pour être facilement chargée et déchargée sur un véhicule de transport, 5 notamment la plate-forme d'un camion. Elle comporte pour ce faire des crochetsd'amarrage, notamment référencés 5 sur la figure. Quelle que soit la forme de cette cuve 4, il importe qu'elle présente un fond 6 plat, donnant une assise suffisante lorsqu'elle est implantée sur le site de collecte des rejets.
- La partie supérieure de la cuve 4 comporte un couvercle 7, délimitant une 10 ouverture par laquelle peuvent être déversés les rejets toxiques sous forme de boues, qui sont à stocker.
A l'intérieur de la cuve 4 est implantée une cloison 8, qui sépare la cuve 4 en deux compartiments distincts: le compartiment de stockage 9 des boues et le compartiment de collecte 10 du liquide.
Cette cloison 8 est fixée à la paroi intérieure de la cuve 4 par des renforts non représentés.
Elle est constituée de plaques 11 pourvues d'ouvertures et d'un matériau plan filtrant 12 recouvrant la face intérieure du compartiment de stockage 9.
Les plaques 11 sont par exemple des tôles perforées ou encore des barres 20 individuelles délimitant entre elles des rainures, à l'instar de caillebotis.Il peut s'agir, d'une manière pratique, d'un ensemble de plaques 11, fixées respectivement à chacune des faces intérieures de la cuve 4. Ceci permet, en particulier, d'avoir un montant latéral 13 escamotable, par exemple par pivotement autour d'un axe horizontal, et constituant une ouverture latérale pour le 25 déchargement du contenu de la benne.
Le matériau plan filtrant 12, qui tapisse la face intérieure du compartiment de stockage 9 est par exemple constitué par un non-tissé en viscose. Un tel non-tissé est suffisamment résistant pour ne pas être déchiré lors de la manipulation et la mise en place à l'intérieur de la benne 2. Par ailleurs l'entremêlement des 21038~

filaments ou fibres de viscose qui le constituent est tel que ce non-tissé possède un pouvoir d'arrêt pour les particules solides, tout en étant perméable au liquide.
Bien sûr il est possible de mettre en oeuvre d'autres matériaux textiles tels que des tissus ou des tricots, en ajustant la densité des fibres et l'épaisseur en sorted'obtenir le résultat escompté.
Dans le cas qui est illustré, le non-tissé 12 a été positionné sur les plaques .~ Il en laissant déborder une certaine quantité de matière 12a et 12_ au-delà des montants supérieurs 11_ et I Ib. Cette matiere excédentaire 12a et l2b est repliée vers l'intérieur du compartiment de collecte 10.
Ce compartiment de collecte 10, qui est délimité par l'espace compris entre les parois intérieures de la cuve 4 et les faces extérieurs des plaques 11, est pourvu d'un orifice d'évacuation 14.
Le matériau filtrant 12 possède dans sa structure polymérique des groupements fonctionnels ioniques aptes à retenir par échange d'ions ou complexation les corps toxiques, dissous dans la phase liquide des boues 15.
.: Le fonctionnement de la benne 2 est le suivant. Les rejets toxiques sous forme de boues 15, sont introduits dans le compartiment de stockage 9 par le couvercle 7. Pendant tout le temps de leur séjour dans ce compartiment 9, il se produit une migration naturelle par gravité du liquide qu'elles contiennent. Du fait de la perméabilité de la cloison 8, ce liquide traverse celle ci et passe dans le compartiment de collecte 10 d'où il peut être extrait par l'orifice d'évacuation 14.
La rétention ionique des corps toxiques par le matériau filtrant 12 permet d'obtenir un liquide passant dans le compartiment de collecte 10 qui soit exemptde tels corps toxiques et puisse être rejeté sans traitement complémentaire.
Par exemple il peut s'agir d'un non-tissé en polypropylène ou en viscose qui a été soumis à une réaction de greffage, par exemple par voie radicalaire, àl'aide d'un monomère comportant des groupements fonctionnels échangeurs d'ions, notamment ammonium quaternaire, amine tertiaire, carboxylique ou sulfonique, ou encore des groupements fonctionnels ioniques complexants.

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.- .
-- . .

210~85~

Lors du déchargement de cette benne 2, le matériau flltrant 12 doit être considéré comme faisant partie des rejets puisqu'il est lui-même porteur de corps toxiques.
Dans le cas où le matériau filtrant 12 est destiné à être jeté avec les rejets, S il peut éventuellement servir d'emballage pour lesdits rejets. Bien sûr dans ce cas les parties excédentaires 12a 12b doivent avoir une longueur suffisante pour être rapprochées l'une de i'autre et maintenues ensemble pour former une poche ferméeIors du déchargement de la benne 2.
L'installation I qui est illustrée comporte egalement un ensemble 3 : 10 assurant l'évacuation, le recyclage et la pulvérisation du liquide collecté. Ce dispositif comporte une pompe de circulation 16, des rampes de pulvérisation 17 ainsi que les canalisations 18.
Le circuit d'aspiration de la pompe 16 est relié par la canalisation 18_ à
l'orifice d'évacuation 14, tandis que le circuit de refoulement de ladite pompe 16 est relié par la canalisation 18b aux rampes de pulvérisation 17 qui sont placées à la partie supérieure du compartiment de stockage 9. La canalisation 18_ comporte une dérivation 18_ permettant, en fin de cycle, de rejeter le liquide collecté vers le réseau d'évacuation des eaux. Cette meme canalisation 18b comporte une seconde dérivation 18d reliée à une alimentation en eau 19.
On procédé au recyclage du liquide collecté en l'envoyant, grâce à la pompe l6, dans les rampes de pulvérisation 17. Eventuellement, il est possible d'ajouter à ce liquide recyclé un complément d'eau provenant de l'alimentation 19.
Ainsi on réalise un lavage des boues 15 dans la mesure où le liquide qui est aspergé va entraîner dans sa migration à travers les boues 15 tout ou partie descorps toxiques solubles contenus dans la phase solide des boues 15. Ce lavage permet d'éliminer la plus grande partie des corps toxiques contenus dans les boues 15~
Dans le domaine de l'hydrométallurgie, cette installation I peut utilement être mise en oeuvre pour la récupération de certains corps tels que l'argent, I'or ou ~ , - -21 ~88~

g les cations métalliques contenus à l'état dilué dans certains lixiviats. Dans ce cas, le matériau filtrant 12 sur lequel auront été retenus lesdits corps ne sera pas jeté
mais sera traité en sorte de récupérer ces corps. Ce traitement consistera par exemple en une régénération des fonctions échangeuses d'ions. Les corps seront 5 contenus dans l'éluat concentré lors de cette régénération.
Quel que soit le mode de fonctionnement de la benne de stockage 2, il est possible d'équiper celle-ci de dispositifs complémentaires. Par exemple il s'agit de vibreurs 20 disposés sur les plaques 11 et qui permettent de donner localement àcelles-ci une vibration haute-fréquence qui met en mouvement le matériau filtrant 10 12 et dont la fréquence permet d'assurer un décolmatage continu de ce matériau.
Il peut s'agir également d'un dispositif de mise en dépression du compartiment de collecte 10, destiné à accélérer la migration du liquide entre le compartiment de stockage 9 et le compartiment de collecte 10. Il peut également s'agir d'un dispositif de mise sous pression du compartiment 9 destiné à comprimer les boueslS 15 et donc à accélérer l'expulsion de la phase liquide.
La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été
décrit à titre d'exemple non exhaustif. En particulier, s'agissant d'un dispositif de stocka~e du type poubelle, I'élément intérieur peut simplement consister dans lematériau filtrant sous forme d'une poche: dans ce cas bien sûr le dispositif sera 20 équipé de moyens de fixation de la poche par exemple à la partie supérieure de la cuve ou à d'autres moyens supports.
De préférence dans le cas où le matériau filtrant a la forme d'une poche, par exemple obtenu directement par tricotage sur un métier circulaire du type pour articles chaussants, on fait en sorte que la capacité d'échange d'ions de la zone de 25 la poche qui correspond au passage préférentiel de liquide soit renforcée, par rapport aux autres zones. Cela permet d'augmenter la durée d'utilisation du matériau. Pour ce faire on peut par exemple doubler ou tripler l'épaisseur de lapoche dans ladite zone, étant entendu que c'est la capacité globale du matériau présent dans cette zone qui importe.

21088~4 - la -.

La zone qui correspond au passage préférentiel du liquide est située vers le fond de la poche.
Les moyens supports ont avantageusement la forme généralement adaptée pour les filtres à café, à savoir une forme sensiblement conique tournée vers lebas, avec un sommet rectiligne et non ponctuel.
La capacité d'échange d'ions, obtenue grâce aux fonctions ioniques fixées sur la structure polymérique du matériau filtrant, à une valeur qui est fortement .~ tributaire du type de fonctions ioniques. Elle est généralement comprise entre Q~
: et 3 méq/g selon les fonctions. La limitation est due au gonflement du matériau en milieu humide du fait des phénomènes de solvatation. Pour une fonction ` sulfonique, la capacité sera de l'ordre de 0,5 méq/g; pour une fonction ammonium quaternaire, elle sera de 0,4 à 1 méq/g; pour une fonction amine tertiaire de I'ordre de 1,6 méq/g; pour une fonction carboxylique de 2 à 3 méq/g; pour une fonction complexante au maximum de l'ordre de 2,6 méq/g.
On comprend que plus la capacité globale du matériau est grande et plus son autonomie est importante. Il est donc préférable d'utiliser un matériau comportant des groupements fonctionnels du type carboxylique ou complexant et ayant une capacité d'échange d'ions supérieur à 2 méq/g. Bien sûr cela est aussifonction des sortes de corps toxiques présents dans les rejets.
De plus il est possible d'utiliser pour la réalisation du matériau filtrant d'autre matière que le polypropylène, par exemple la cellulose naturelle ou artificielle, de préférence la viscose.
Il faut également souligner que les boues toxiques qui ont été stockées dans le dispositif de l'invention sont beaucoup plus facilement traitables, dans la mesure où elles sont débarrassées d'une partie de leur toxicité. Ceci est encore plus vrai lorsqu'elles sont stockées dans l'installation de l'invention et qu'elles sont donc lavées. Bien sûr la toxicité occupe un volume plus réduit, qui peut être lui-même stocké; la toxicité est plus concentrée et est plus facilement traitable.

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Claims (7)

REVENDICATIONS
1. Dispositif de stockage pour rejets sous forme de boues comportant d'une part un matériau plan filtrant, qui délimite un premier compartiment de stockage des boues et un second compartiment de collecte des liquides qui diffusent depuis lesdits rejets à travers ledit matériau filtrant et d'autres part des moyens supports pour ledit matériau plan, caractérisé en ce que, s'agissant de rejets toxiques et d'un matériau plan filtrant textile ou para-textile, ce dernier comporte dans sastructure polymérique des groupements fonctionnels ioniques aptes à capter les ions toxiques dissous dans le liquide diffusant depuis lesdits rejets.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les groupements fonctionnels ioniques sont obtenus par greffage desdits matériaux à l'aide de monomères comportant au moins une desdites fonctions ioniques.
3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que s'agissant de groupements fonctionnels du type carboxylique ou complexant la capacité
d'échange d'ions du matériau est supérieure à 2 méq/g.
4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le matériau filtrant a la forme d'une poche apte à recevoir les rejets.
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que ladite poche est conformée par tricotage.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce que la capacité
d'échange d'ions du matériau filtrant est différenciée, étant plus élevée selon la zone du fond de la poche, qui correspond au passage préférentiel du liquide.
7. Installation de détoxication des boues ou de récupération de matériaux, mettant en oeuvre le dispositif selon la revendication 1 à 6 caractérisée en qu'elle comporte des moyens de circulation de liquide apte à réaliser la récupération du liquide recueilli dans la compartiment de collecte et son recyclage par pulvérisation dans le compartiment de stockage.
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