EP3802439A1 - <sup2/><sub2/> 2 m& xc9;thode de traitement d'un effluent industriel charg& xc9; en aluminium & xc0; l'aide de co - Google Patents

<sup2/><sub2/> 2 m& xc9;thode de traitement d'un effluent industriel charg& xc9; en aluminium & xc0; l'aide de co

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Publication number
EP3802439A1
EP3802439A1 EP19737173.5A EP19737173A EP3802439A1 EP 3802439 A1 EP3802439 A1 EP 3802439A1 EP 19737173 A EP19737173 A EP 19737173A EP 3802439 A1 EP3802439 A1 EP 3802439A1
Authority
EP
European Patent Office
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zone
effluent
aluminum
dissolved
precipitation
Prior art date
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Pending
Application number
EP19737173.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Alban
Dominique Bras
Philippe Campo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Air Liquide France Industrie SA
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Air Liquide France Industrie SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude, Air Liquide France Industrie SA filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP3802439A1 publication Critical patent/EP3802439A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F7/00—Compounds of aluminium
    • C01F7/02—Aluminium oxide; Aluminium hydroxide; Aluminates
    • C01F7/04—Preparation of alkali metal aluminates; Aluminium oxide or hydroxide therefrom
    • C01F7/14—Aluminium oxide or hydroxide from alkali metal aluminates
    • C01F7/141—Aluminium oxide or hydroxide from alkali metal aluminates from aqueous aluminate solutions by neutralisation with an acidic agent
    • C01F7/142—Aluminium oxide or hydroxide from alkali metal aluminates from aqueous aluminate solutions by neutralisation with an acidic agent with carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5209—Regulation methods for flocculation or precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/16—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from metallurgical processes, i.e. from the production, refining or treatment of metals, e.g. galvanic wastes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/40—Liquid flow rate

Definitions

  • the present invention relates to the field of treatment of highly alkalinized effluents and loaded with metals, including alkaline earths with a view to neutralize them and significantly eliminate the metals present in the effluent.
  • This problem is found particularly in the iron and steel industry, but other industries may be concerned and in particular we can cite the case of the treatment of water from the production of aluminum based on natural raw materials such as bauxite (called “sludge”). red ", very heavily loaded with aluminum, among others).
  • the removal of aluminum can be achieved by adding CO2 to convert the solubilized aluminate in basic medium aluminum hydroxide AI (OH) 3 which, poorly soluble, will tend to precipitate.
  • the pH of the effluent is reduced, or more exactly neutralized or partially neutralized and thus freed of aluminum, it will be purified.
  • the working pH range for this operation is generally:
  • the pH can not be too low ( ⁇ 5) because then the aluminum solubilizes in Al 3+ form.
  • the particles formed are fairly strong and can lead, if they accumulate, clogging in the downstream portion of the injection site. • Finally, the various stages (injection / transfer of the gas and contact of the dissolved CO2 with the effluent containing the aluminates) are often carried out in the same zone, the same apparatus or piping, while the conditions required for each step are different. .
  • the injection is alternatively directly carried out not in a basin but in line, in a pipe.
  • the gaseous (or liquid) CO2 is injected, via a means that goes from the simplest (for example a simple opening pipe) to the most refined (many are the gas-liquid contactors commercially available to improve dissolution, such as static mixers, venturis or the like ).
  • the particles are then formed directly in the flow, a flux that normally remains only to separate from the liquid (filtration, settling tank ).
  • the direct addition of the acid (CO2) in a very basic water and highly charged with aluminate causes an instantaneous precipitation that is difficult to control.
  • the acidification causes massive blockages very frequent, so frequent that:
  • the transfer rate that is to say the dissolution of CO2
  • this solution has the following disadvantage: water is consumed with an associated cost and an unfavorable environmental footprint because it increases the total liquid flow that must be treated on the decanter by diluting the effluent.
  • the present invention seeks to propose a new solution for treating such effluents rich in aluminum, allowing the optimal implementation of CO2.
  • the proposed solution according to the present invention is then based on the separation of the process into two distinct phases, into two distinct zones:
  • the first phase during which we seek to achieve the generation of crystals in the form of aluminum hydroxide mainly.
  • This zone “1" may be a basin, an area in which the highly alkaline and aluminum-rich effluent arrives (for example at a pH of the order of
  • zone 1 the formation of the solid that can be incrustant takes place in zone 1 and so if the solid is incrustant at the time of its formation the problem appears in this first zone which must contain enough dissolved CO2 to "neutralize" the raw effluent incoming.
  • a second phase in which one seeks to realize the injection and the maximized, maximized dissolution of the CO2 , by limiting very strongly, or even by canceling any phenomenon of precipitation, more exactly of generation of hydroxide crystals aluminum.
  • the second zone which can be called “CO2 dissolution zone” can:
  • zone 2 serves to dissolve the CO2 in a fluid flow that is pumped from zone 1 and that is returned to zone 1. This zone is calculated to dissolve enough CO2 to lower the pH of zone 1 of the arrival value of the alkaline effluent (for example 12.5) at the desired setpoint (for example 8).
  • zone 2 there is no reduction of a strongly alkaline pH (such as 12.5) to a neutral or acidic value, but zone 1 fluid, thus close to neutral, is pumped for the first time. acidify even more. There is therefore no formation of solid in this zone 1 (or in an anecdotal manner) and thus the risk of clogging is eliminated or reduced very significantly.
  • a strongly alkaline pH such as 12.5
  • the pH of the pond / zone 1 is calculated by calculating for a given flow rate and a given initial pH, the amount of CO2 that must be dissolved in zone 2 (recirculation loop) to reach the desired pH in the zone 1, with obviously a margin of safety.
  • the sizing is based on the combination of a gas-liquid ratio (generally between 0.1 and 5 Nm 3 of gas per m 3 of liquid, preferably 0.1 and 1 Nm 3 of gas per m 3 of liquid ), the pressure in this zone and a flow of effluent taken that will dissolve all the CO2 necessary to maintain the desired operating conditions, in particular the pH in the zone 1 in which the initial effluent arrives, in general continuously.
  • a gas-liquid ratio generally between 0.1 and 5 Nm 3 of gas per m 3 of liquid, preferably 0.1 and 1 Nm 3 of gas per m 3 of liquid
  • the solution will include, in particular, a pump, a gas-liquid contactor (a static mixer for example), a pipe of good size to remain in a turbulent regime and of sufficient length to guarantee the desired residence time (and therefore the contact time ), for example a contact time close to 10 seconds.
  • a gas-liquid contactor a static mixer for example
  • a pipe of good size to remain in a turbulent regime and of sufficient length to guarantee the desired residence time (and therefore the contact time ), for example a contact time close to 10 seconds.
  • the carbonated effluent can be returned to the first zone. It therefore contains substantially CO 2 in dissolved form, namely CO 2 and bicarbonate HCO3 and therefore hardly gas if the operating conditions have been met (transfer rate higher than 80% or even 90%). The operating conditions are thus maintained to guarantee these dissolved forms, namely in general a low pH (less than 8 to 9), preferably not falling below 5.
  • Zone 1 must allow: - First of all, the most intimate mixture possible between the fresh incoming effluent (charged with aluminate) and the by-product stream which was carbonated in zone 2 and which is returned to zone 1 (charged with enough dissolved CO 2 , in HCO3 form and especially CO 2 , to guarantee the target pH of precipitation in zone 1). This will maximize the production of solids / precipitates. The mixture will then consist of liquid freed of a large part of its aluminum and solid particles.
  • zone 1 is sized to ensure a desired target volume / pH pair.
  • zones 1 and 2 will therefore consist for example of:
  • zone 1 a tank which contains a stirred part allowing the good mixing of the liquid streams (fresh effluent to be treated and return from zone 2) and good precipitation (no strong shear by the agitator (s), sufficient residence time if it operates in "batch", semi-continuous or continuous ...), even a partial decantation (via a zone protected by a deflector for example) to be able to extract a part of the treated effluent in this tank and send it to zone 2 (recirculation pipe).
  • the liquid and solid mixture can be decanted directly into the tank (“batch" operation on a stirred tank) or can be decanted downstream.
  • zone 2 for example a recirculation loop mounted on the equipment of zone 1, namely a pump which sends the flow to a gas-liquid contactor (static mixer) which makes it possible to inject and to mix the gas-CO2 and the liquid to promote the dissolution of the CO2 and finally enough length of piping to guarantee a residence time sufficient to favor, here too, the dissolution before the return of the water thus carbonated in zone 1.
  • gas-liquid contactor static mixer
  • Its sizing is based essentially on the gas-liquid ratio, the quantity of CO2 necessary to precipitate what is wanted (almost all in general) the aluminum contained in the effluent to be treated fresh and the solubility of CO2 in the effluent.
  • the total volume of zone 2 is therefore not critical here.
  • the effluent arrives in the center of the neutralization basin where it ensures a good homogeneity, basin equipped with a stirring system, possibly supplemented by an additional agitator if what is already in place is not enough.
  • the recirculation loop must therefore provide in dissolved form at least 18 kg / h of CO2.
  • the temperature of the effluent being around 25 ° C, the solubility is of the order of 1, 4 kg CO2 / 1T1 3 to 1 bar abs.
  • the enrichment flow must be close to 6.5 m 3 / h.
  • the neutralized effluent with its solid exits the bottom (pumped) to be subsequently decanted (filtration).
  • the gas-liquid mixture is then sent into a coil whose length ensures a sufficient contact time to maximize the amount of CO2 transferred into the stream.
  • this flux acidified with pFb is returned to the basin where, as close as possible to the incoming flow at pHi, it will mix to guarantee the phh that prevails in the basin, phh optimum for the formation of crystals of aluminum hydroxide .
  • the incoming effluent, at high pH (10-12), is mainly composed of dissolved aluminum in AI (OH) 4 form .
  • CO2 It is almost impossible for CO2 to have a pH lower than 5-5.5 and to resolubilize the particles of aluminum hydroxide that have been formed.
  • CO2 is a weak diacid whose first pKa does not allow to fall below about 5.
  • the effluent, after being treated and thus rid of a large amount of dissolved aluminum, will be able to absorb CO 2 (part of the flux derived between zones 1 and 2). It is nevertheless preferred to work in the upper part of the targeted zone (rather to 8 than to 5) in order to have more dissolved CO 2 (better solubility of CO 2 at high pH than low because the hydrogen carbonate form HCO3 is favored rather than CO 2 free).
  • FIG. 1 recognizes the following elements, already mentioned several times in the description above:
  • a recirculation loop 10 constituting the zone 2 adapted to take (5) a portion of the medium present in the basin 1 through a pump 2, loop which receives a CO2 injection and which is provided with a coil whose length ensures sufficient contact time to maximize the amount of CO2 transferred to the flow;
  • the flow thus treated is returned to the pond 1, thus contributing, by mixing the initial effluent (4) and the medium treated with CO 2 in the loop 10, to achieve the target pH prevailing in the basin 1;
  • the basin is provided with means (6) for extracting the treated effluent.
  • the precipitation zone 1 (reactor, decanter, etc.) must always be maintained at a pH lower than that of the incoming flow to be treated in order to allow the precipitation of aluminum in the form of aluminum hydroxide (around pH 8 per minute). example).
  • the effluent to be treated arriving is then diluted in zone 1, which should lead to a slight increase in pH, which will in fact be offset by the injection of CO2 into zone 2, namely the recirculation loop.
  • To guarantee a maximized CO2 transfer rate which results from the choice of operating conditions and technologies in the recirculation loop (turbulence). This will result in a consumption of the system's needs (no overconsumption).
  • Zone 2 only serves to dissolve the CO2 in a water flow (effluent) pumped from zone 1 and return to zone 1. This zone is calculated to dissolve enough CO2 to lowering the pH of zone 1 of the arrival value of the alkaline effluent example 12.5 to the example set point 8. It is also possible to use this zone to supply a portion of the CO2 in the form of gas (fine bubbles) from zone 1 to 2.
  • zone 2 there is no reduction of a strongly alkaline pH (12.5) to a neutral or acidic value, but the effluent from zone 1 is pumped, thus neutral or acid, to acidify it further. more. So there is no solid formation in this zone 1 (or anecdotally) and thus reduces the risk of clogging. It is even possible if even more CO2 is injected and this zone is further acidified, the aluminum solids formed at neutral pH are dissolved and the zone 1 can be decoloured even if in theory it is not necessary.
  • the amount of dissolved CO2 available in zone 1 is 0.5 to 3 times greater, preferably between 1 and 1.5 times greater than the need necessary for the precipitation of the incoming effluent.
  • the effluent entering zone 1 is very alkaline (thus pH 1 and high dissolved aluminum concentration). This is where he will be put in contact with the effluent, the pH was lowered to 3 rd pH containing dissolved CO2 necessary from zone 2 (pH 2 low since the effluent will contain at least all the CO2 necessary for the precipitation). In contact with the two, the dissolved CO2 will neutralize the alkalis of the incoming effluent and thus reduce the pH to allow precipitation and thus rid the effluent of its dissolved aluminum. The resulting pH pH 3 will be between the two previous pHs, adjusted to promote precipitation.
  • a control-regulation system could adjust the amount of CO2 to the amount of alkali (which will have to lower the pH of the precipitation zone 1) but this is still difficult.
  • the quantities involved size of zone 1 can induce a slow evolution of the operating parameters: with a sudden and strong influx of alkali, the pH of zone 1 will only move slowly if it is of significant size. (and therefore with a significant residence time).
  • the amount of CO2 will not respond immediately or even too late, which can cause a rapid and strong undesirable precipitation in zone 2, a phenomenon that must be absolutely avoided at the risk of stopping everything by a clogging too massive.
  • the approach of the present invention is therefore to keep a larger quantity than required by the effluent entering free CO2, dissolved and available in zone 1 where precipitation takes place.
  • this supplement of dissolved CO2 compared to the quantity of CO2 necessary for the precipitation (thus stoichiometric) will allow to "neutralize” this supplement in a given time. This will avoid in any state The reason is to send dissolved aluminum or alkali to Zone 2 and allow time for the control system to adjust the amount of CO2 to be injected to compensate for this supplement.
  • the basin (or zone 1) measures 55 m 3 , it will contain only 1 kg of free CO2, therefore available to compensate for excessively sudden excess of alkalinity. This would compensate for one minute the arrival of effluent, in case of stopping the injection of CO2 for example, or to compensate for a rise in the amount of alkali (for example, 1 kg / min of need at 1, 5 for example). In the latter case, in 40 seconds, the free CO2 will be consumed and the pH will then go up, the reactor or zone 1 will no longer precipitate all the incoming alkali and all the process will destabilize. Eventually, dissolved alkali will enter Zone 2, which could lead to precipitation and clogging. It is therefore preferred to increase the volume of zone 1 so as to have more free CO2 available to "erase” or neutralize the fluctuations or disturbances of the incoming effluent, among others.
  • zone 1 the determination of zone 1 is carried out so that this zone contains at least 1.5 times to 3 times the amount of CO2 necessary to neutralize the alkali that arrive every minute in the zone and thus allow the precipitation of almost all of the aluminum (its oxides) in this zone 1.
  • the amount of free CO2 in the area can be increased beyond 3, but not exceeding 10 or 15 for economic reasons.
  • the free CO2 is 18 g / m 3 for a target pH of 8 and 57 g / m 3 for a set pH of 7.5
  • Volume of zone 1 amount of CO2 in kg that has been determined / concentration of free CO2 at the target pH.

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Abstract

L'invention propose une méthode de traitement d'un effluent industriel chargé en aluminium en vue d'en éliminer tout ou partie de l'aluminium dissous, comprenant la mise en oeuvre des mesures suivantes : - on conduit l'effluent à traiter dans une première zone, première zone par exemple constituée par un bassin, première zone où l'on maintient un pH inférieur à 9,5, et plus préférentiellement compris entre 6,5 et 8,5, et encore plus préférentiellement compris entre 7 et 8, de façon à favoriser la précipitation de l'aluminium sous forme d'hydroxyde d'aluminium et faciliter ainsi son élimination; - on dispose d'une seconde zone et l'on organise la recirculation d'une partie du milieu localisé dans la zone 1 vers la zone 2 puis de là son retour dans la zone 1, et l'injection de CO2 gazeux dans le milieu recirculé; - on procède à la séparation et l'évacuation des particules solides formées dans la zone 1, et se caractérisant en ce que compte tenu de la recirculation dudit milieu où a été injecté du CO2, la quantité de CO2 dissous disponible dans la zone 1 est 0,5 à 3 fois supérieure, préférentiellement entre 1 et 1,5 fois supérieure au besoin nécessaire à la précipitation de l'effluent entrant.

Description

Méthode de traitement d’un effluent industriel chargé en aluminium à l’aide de CO2
La présente invention concerne le domaine des traitements d’effluents fortement alcalinisés et chargés en métaux, dont les alcalino-terreux en vue de les neutraliser et d’éliminer de façon significative les métaux présents dans l’effluent. On trouve cette problématique notamment dans l’industrie sidérurgique, mais d’autres industries peuvent être concernées et notamment on peut citer le cas du traitement des eaux issues de la production d’aluminium à base de matières premières naturelles comme la bauxite (appelées « boues rouges », très fortement chargées en aluminium entre autres).
Avec une addition de gaz carbonique, Il est possible de neutraliser ce type d’effluent et de faire précipiter les métaux afin de les éliminer. Mais dans la très grande majorité des cas, une injection directe pose le problème du colmatage complet ou partiel des systèmes d’injections et des pertes de performances de l’installation. En effet, l’injection ayant pour but de neutraliser mais aussi de précipiter des composés minéraux, la formation des solides à proximité des points d’injections, lieu où le CO2 nécessaire à la précipitation est introduit, est obligatoire. On comprend aisément qu’une quantité de solide très importante, pouvant atteindre plusieurs tonnes par heure, se formant au voisinage des points d’injection du CO2, ces derniers peuvent se boucher facilement et nuire aux performances de l’installation.
Le problème que pose cette méthode est que l’ajout direct de l’acide (CO2) dans une eau très basique et chargée en métaux provoque une précipitation instantanée difficilement maîtrisée. Et nombreux sont les cas industriels rapportés où les lieux d’injection et de mélange comme des tuyauteries se trouvent bouchés très rapidement.
Considérons maintenant dans ce qui suit le cas du traitement des eaux issues de la production d’aluminium. Il s’agit alors de neutraliser un flux liquide aqueux qui contient beaucoup d’aluminium dissous, qu’il est nécessaire d’éliminer avant rejet des eaux. En général, cet effluent est très basique et l’aluminium se trouve dissous sous forme d’aluminate (AI(OH)4 ). Ceci est dû au traitement du minerai effectué avec de la soude (« lixiviation »).
L’élimination de l’aluminium peut être réalisée en ajoutant du CO2 pour transformer l’aluminate solubilisé en milieu basique en hydroxyde d’aluminium AI(OH)3 qui, peu soluble, aura tendance à précipiter. Le pH de l’effluent est réduit, ou plus exactement neutralisé ou partiellement neutralisé et ainsi débarrassé de l’aluminium, il sera donc purifié. La gamme de pH de travail pour cette opération est en général :
- basse, donc plus basse que celle de l’effluent entrant à traiter,
- mais le pH ne peut pas être trop bas (<5) car alors, l’aluminium se solubilise sous forme Al3+.
En résumé, pour le cas de l’aluminium, on recommande un pH optimal de travail compris typiquement entre 5 et 8,5
Néanmoins, la dissolution du CO2 et sa mise en contact avec l’effluent chargé en électrolytes est toujours difficile. En effet, le CO2, comme pour n’importe quel acide fort, provoque à l’endroit de l’injection une forte concentration en acide. Dans cette zone très acide, la formation d’hydroxydes d’aluminium solide est très importante et le risque de colmatage du point d’injection est alors très élevé.
En d’autres termes, en général, l’effluent contient beaucoup d’aluminate ce qui nécessite effectivement beaucoup d’acide pour provoquer la précipitation et neutralisation. Malheureusement, cette opération s’avère difficile à réaliser car :
• L’homogénéisation ou le mélange de l’effluent (liquide) et du gaz (CO2) n’est pas aisée, c'est-à-dire pas instantanée. Aussi, la zone d’injection (qu’il s’agisse d’un injecteur ou d’un tube perforé par exemple), qui forme l’interface entre effluent et gaz s’avère produire très rapidement beaucoup de précipités qui provoquent des bouchages difficiles à éliminer : arrêt et décapage à l’acide fort par exemple.
• Par ailleurs les particules formées s’avèrent assez résistantes et peuvent entraîner, si elles s’accumulent, des bouchages dans la portion aval de l’endroit d’injection. • Enfin, les différentes étapes (injection/transfert du gaz et contact du CO2 dissous avec l’effluent qui contient les aluminates) sont souvent réalisées dans une même zone, un même appareil ou tuyauterie, alors que les conditions requises pour chaque étape sont différentes.
Ainsi, en résumé, compte tenu des éléments ci-dessus évoqués, l’opération d’injection de CO2 combinée à la précipitation peut être très difficile à conduire voir presque impossible et son application dès lors abandonnée par l’homme du métier.
On décrit ci-dessous un exemple de traitement apporté dans cette industrie :
un effluent incrustant/entartrant, contenant beaucoup d’aluminium dissous à éliminer. L’effluent à pH haut (pHi voisin de 12) est envoyé dans un bassin qui est maintenu à pH plus bas (phte voisin de 7-8,5) par injection de CO2. Cette valeur est considérée comme idéale pour précipiter les hydroxydes d’aluminium.
- l’effluent neutralisé avec son solide sort par le fond du bassin (pompé) pour être ensuite décanté ultérieurement. A ce stade, on peut aussi utiliser un l’ajout de produits (tel viscosant, électrolyte, coagulant ou tensioactif par exemple) pour grossir la taille des particules solides initialement formées (par agglomération, accélération de la cristallisation...) afin d’améliorer leur « décantabilité » ou filtration.
- une variante se rencontre souvent : l’injection est en variante directement réalisée non pas dans un bassin mais en ligne, dans une tuyauterie. Dans l’effluent, après pompage, on injecte le CO2 gazeux (ou liquide), par l’intermédiaire d’un moyen qui va du plus simple (par exemple un simple tuyau débouchant) au plus raffiné (nombreux sont les contacteurs gaz- liquide commercialement disponibles pour améliorer la dissolution, tels que les mélangeurs statiques, les venturis ou assimilés...). Les particules se forment alors directement dans le flux, flux qu’il ne reste, normalement, qu’à séparer du liquide (filtration, bassin de décantation...). Mais malheureusement comme on l’a signalé, l’ajout direct de l’acide (CO2) dans une eau très basique et fortement chargée en aluminate provoque une précipitation instantanée difficilement maîtrisée. Pratiquement de façon généralisée, lorsque l’eau est très chargée en aluminium dissous, l’acidification provoque des bouchages massifs très fréquents, tellement fréquents que :
- de ce fait, souvent, pour les traitements en ligne, les canalisations sont doublées pour permettre de continuer de fonctionner sur une ligne pendant que l’autre est nettoyée avec des acides forts, éventuellement sous haute pression. Les coûts de fonctionnement et la maintenance sont alors prohibitifs.
- et pour les traitements dans des cuves agitées, on fonctionne souvent en mode « lot » (on dit aussi « batch »), c'est-à-dire que l’alimentation et le traitement sont limités en durée, là aussi, pour permettre le nettoyage.
On peut souligner que les dépôts ainsi réalisés sont difficiles voire très difficiles à éliminer et qu’il faut souvent à la fois une action chimique (acide fort concentré) et une action mécanique (raclage, jet haute pression...) pour arriver à éliminer la couche de dépôt. C’est d’autant plus difficile dans des procédés fermés comme les tuyauteries.
On peut penser, pour remédier aux inconvénients mentionnés ci- dessus, à une première solution consistant à disperser le CO2 au mieux en entrée du clarificateur-décanteur, par exemple en injectant le flux de CO2 au centre du clarificateur en un ou plusieurs points d’injection.
Néanmoins, cette solution présente plusieurs inconvénients :
- localement autour de chaque injecteur, on se retrouve dans la situation la plus difficile puisque l’on ajoute directement le CO2 pur dans l’effluent, ce qui provoque la précipitation, même au point d’injection. Eventuellement, il faut renouveler au maximum le liquide autour des injecteurs mais cela reste délicat dans une cuve agitée.
- le taux de transfert, c'est-à-dire la dissolution du CO2 peut être limitée. En effet, il est difficile d’avoir une cuve agitée qui maintient les bulles, quoi qu’il arrive, dans le liquide, assez de temps pour que la dissolution soit presque complète. Des bulles peuvent coalescer, monter vite, indépendamment de la circulation liquide voulue, ce qui les fait ressortir sans avoir eu le temps d’être consommées. Le phénomène va être plus marqué si les moyens d’agitation ne sont pas performants et il sera critique lorsque la densité apparente de la solution va croître. En effet, en solution concentrée, les aluminates peuvent polymériser (polymérisation inorganique), piégeant des particules... ce qui va provoquer une forte augmentation de la viscosité. Il sera alors très difficile de maintenir une bonne agitation, très difficile d’avoir une interface gaz-liquide, ce qui va nuire au taux de dissolution (donc une interface totale liée à la fine taille des bulles et donc à leur grand nombre) de même qu’empêcher le bouchage (les trous, se bouchant, vont déformer les flux injectés...).
- finalement, une quantité importante de CO2 ne sera pas dissous et sera relâchée en ciel du réacteur agité. Le CO2 étant toxique, il sera nécessaire de le gérer : ajout d’un capotage, ajout de détecteur, purge et donc perte d’une partie du CO2 introduit....
On a alors proposé dans la littérature une seconde solution consistant à éviter le contact direct, ceci en utilisant une eau, souvent propre (réseau industriel sur site par exemple), préalablement carbonatée. Ainsi, au préalable, le CO2 est injecté dans une eau, propre industrielle (pas un effluent). Ce moyen « détourné » pour ajouter du CO2 est similaire à la fabrication d’eau de seltz.
On dissout une forte quantité de CO2. Ensuite seulement, cette eau « motrice » contenant une quantité voulue de CO2 dissous est mélangée à l’effluent à traiter dans une zone de pH telle que l’on forme de préférence l’hydroxyde d’aluminium qui, peu soluble, précipite dans la cuve agitée (associé à un moyen de séparation en aval) ou directement au sein d’un clarificateur ou décanteur.
Néanmoins, cette solution présente l’inconvénient suivant : on consomme de l’eau avec un coût associé et une empreinte environnementale défavorable car on augmente le débit total liquide qui devra être traité sur le décanteur en diluant l’effluent. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suite, la présente invention s’attache alors à proposer une nouvelle solution de traitement de tels effluents riches en aluminium, permettant la mise en œuvre optimale du CO2.
Pour cela, l’acidification en utilisant un diacide faible comme le CO2 (et pas un acide fort comme l’acide sulfurique par exemple) présente plusieurs avantages :
- une meilleure maîtrise du pH cible pour effectuer la précipitation.
- la consommation de CO2 qui peut être récupéré comme un sous- produit de fabrication ou de combustion (on parle alors de CO2 « fatal »).
- la formation de solide comme l’hydroxyde d’aluminium. Celui-ci est en effet très peu soluble ce qui garantit une bonne efficacité dans le processus de précipitation.
La solution proposée selon la présente invention repose alors sur la séparation du procédé en deux phases distinctes, en deux zones distinctes :
- la première phase : durant laquelle on cherche à réaliser la génération de cristaux sous forme d’hydroxyde d’aluminium majoritairement. Les conditions qui y régnent, notamment un pH bas (préférentiellement de 5 à
8.5), y sont favorables et en aucun cas une injection directe de CO2 ne sera réalisée dans cette zone car elle provoquerait les dysfonctionnements de l’art antérieur comme précédemment évoqués.
Cette zone « 1 » peut être un bassin, zone dans laquelle l'effluent très alcalin et riche en aluminium arrive (par exemple à un pH de l’ordre de
12.5).
On fait alors en sorte, comme on l’expliquera plus en détails ci- dessous, de disposer dans cette zone de suffisamment de CO2 dissous pour que l'effluent dans cette zone passe d'un pH alcalin à un pH préférentiellement inférieur à 9,5 et plus préférentiellement situé entre 6,5 et 8,5 dans tous les cas de figure. En effet, si le débit d’effluent à traiter est variable, la quantité de composés à neutraliser est variable et il faut donc éviter, lors d’un pic de quantité (concentration et/ou débit) d’être en situation de ne pas avoir assez de CO2 dissous pour le neutraliser. Par cette réduction de pH la forme dissoute de l'aluminium (aluminate) va passer sous forme d'hydroxyde d'aluminium et précipiter.
En résumé la formation du solide qui peut être incrustant à lieu dans la zone 1 et ainsi si le solide est incrustant au moment de sa formation le problème apparaît dans cette première zone qui doit contenir suffisamment de CO2 dissous pour « neutraliser » l’effluent brut qui arrive.
- Une seconde phase (seconde zone) : dans laquelle on cherche à réaliser l’injection et la dissolution optimisée, maximisée, du CO2, en limitant très fortement, voire en annulant tout phénomène de précipitation, plus exactement de génération de cristaux d’hydroxyde d’aluminium.
Pour ce faire, on propose selon la présente invention que la seconde zone, que l’on peut appeler « zone de dissolution du CO2» puisse :
- permettre de prélever une partie de l’effluent déjà traité, c'est-à- dire qui ne contient plus ou presque plus d’électrolyte à précipiter, donc d’aluminate (aluminium sous forme dissoute). Ce flux est donc dérivé d’une partie de l’effluent sortant de cette zone 2 donc du procédé complet. En l’absence d’aluminium dissous (ou en très faible quantité), on peut alors injecter du CO2 dans cette dérivation/recirculation sans provoquer de précipitation significative puisqu’il n’y en a plus ou presque plus.
- on injecte donc du CO2 dans ce prélèvement en maximisant le transfert de masse du gaz vers le liquide. Ceci est garanti par le régime hydraulique (régime turbulent si possible), une température la plus basse si possible (préférentiellement 5° à 45°C, et encore plus préférentiellement entre 15 et 30°C), une pression la plus haute possible (préférentiellement entre 1 ,5 bar et 20 bar, et encore plus préférentiellement entre 2 et 4 bar, mais qui reste raisonnable pour des raisons de coût de mise en œuvre, on privilégie donc une pression inférieure à 10 bar) et un temps de mélange pendant lequel le gaz et le liquide restent en contact suffisamment longtemps (on privilégie donc entre 3 et 30 secondes préférentiellement entre 5 et 15 secondes de contact).
- en d’autres termes, la zone 2 sert à dissoudre le CO2 dans un flux de fluide que l'on pompe de la zone 1 et que l'on retourne dans cette zone 1. On calcule cette zone pour dissoudre suffisamment de CO2 pour abaisser le pH de la zone 1 de la valeur d'arrivée de l'effluent alcalin (par exemple 12,5) à la valeur de consigne souhaitée (par exemple 8).
Dans cette zone 2, il n'y a pas de réduction d'un pH fortement alcalin (tel 12,5) à une valeur neutre ou acide, mais on pompe du fluide de la zone 1 , donc proche de la neutralité, pour l'acidifier encore plus. Il n'y a donc pas de formation de solide dans cette zone 1 (ou de façon anecdotique) et donc on supprime ou on réduit ainsi de façon très significative le risque de colmatage.
- on assure donc le pH du bassin/zone 1 en calculant pour un débit donné et un pH initial donné, la quantité de CO2 que l'on doit dissoudre dans la zone 2 (boucle de recirculation) pour atteindre le pH souhaité dans la zone 1 , avec bien évidement une marge de sécurité.
- le dimensionnement est axé sur la combinaison d’un ratio gaz- liquide (compris en général entre 0,1 et 5 Nm3 de gaz par m3 de liquide, préférentiellement 0,1 et 1 Nm3 de gaz par m3 de liquide), de la pression dans cette zone et d’un débit d’effluent prélevé qui permettra de dissoudre tout le CO2 nécessaire au maintien des conditions opératoires voulues, en particulier du pH dans la zone 1 dans laquelle arrive de l’effluent initial, en général en continu.
- la solution va comporter notamment une pompe, un contacteur gaz-liquide (un mélangeur statique par exemple), une tuyauterie de bonne taille pour rester en régime turbulent et de longueur suffisante pour garantir le temps de séjour voulu (et donc le temps de contact), par exemple un temps de contact voisin de 10 secondes.
- la dissolution étant faite en grande partie dans cette zone 2, l’effluent carbonaté peut être retourné dans la première zone. Il contient donc essentiellement du CO2 sous forme dissoute, à savoir CO2 et bicarbonate HCO3 et plus guère donc de gaz si les conditions opératoires ont été respectées (taux de transfert supérieur à 80 % voire même 90%). Les conditions opératoires sont donc maintenues pour garantir ces formes dissoutes, à savoir en général un pH bas (inférieur à 8 à 9), ne descendant préférentiellement pas en dessous de 5.
En résumé, la zone 1 doit permettre : - tout d’abord un mélange le plus intime possible entre l’effluent frais entrant (chargé en aluminate) et le flux dérivé qui a été carbonaté dans la zone 2 et qui est retourné dans la zone 1 (chargé avec assez de CO2 dissous, sous forme HCO3 et surtout CO2, pour garantir le pH cible de précipitation dans la zone 1 ). Ceci permettra de maximiser la production de solide/précipités. Le mélange sera alors constitué de liquide débarrassé d’une grande partie de son aluminium et des particules solides.
- de même, pour bien maîtriser et garantir la précipitation dans tous les cas de figure, c'est-à-dire même si l’effluent entrant change de qualité (plus ou moins d’alcalii qui résulte du produit débit par concentration en alcalii changeant), il est préférable d’assurer 1 ,5 à 2 fois plus de CO2 dissous dans la zone 1 que nécessaire pour neutraliser tout l’effluent entrant moyen (besoin stœchiométrique en CO2 dissous pour atteindre la valeur cible de pH pour précipiter le maximum d’aluminium dissous). Ainsi, tout pic de demande (donc pic d’alcalinité de l’effluent entrant) sera bien neutralisé par le CO2 dissous présent dans la zone 1. En résumé, la zone 1 est dimensionnée pour garantir un couple volume / pH cible voulu.
Ces zones 1 et 2 seront donc par exemple constituées :
- pour la zone 1 , d’une cuve qui contient une partie agitée permettant le bon mélange des flux liquides (effluent frais à traiter et retour provenant de la zone 2) et une bonne précipitation (pas de cisaillement fort par le ou les agitateurs, temps de résidence suffisant s’il fonctionne en « batch », semi- continu ou continu...), une décantation même partielle (via une zone protégée par un déflecteur par exemple) pour pouvoir extraire une partie de l’effluent traité dans cette cuve et l’envoyer sur la zone 2 (canalisation de recirculation). Après traitement, la mixture liquide et solide peut être décantée directement dans la cuve (fonctionnement en « batch » sur une cuve agitée) ou alors être décantée en aval.
- pour la zone 2, par exemple d’une boucle de recirculation montée sur l’équipement de la zone 1 , à savoir une pompe qui envoie le flux sur un contacteur gaz-liquide (mélangeur statique) qui permet d’injecter et de bien mélanger le gaz-CÜ2 et le liquide pour favoriser la dissolution du CO2 puis finalement assez de longueur de tuyauterie pour garantir un temps de séjour suffisant pour favoriser, là aussi, la dissolution avant le retour de l’eau ainsi carbonatée dans la zone 1. Son dimensionnement est basé essentiellement sur le ratio gaz-liquide, la quantité de CO2 nécessaire pour précipiter ce qui est voulu (presque tout en général) l’aluminium contenu dans l’effluent à traiter frais et la solubilité du CO2 dans l’effluent. Le volume total de la zone 2 n’est donc pas critique ici.
C’est l’ensemble de cette mise en œuvre optimisée (notamment sans eau motrice), en particulier pour des effluents ou solutions aqueuses très fortement concentrées en électrolyte (majoritairement en aluminium), qui est remarquable dans la présente proposition technique.
Illustrons dans ce qui suit l’invention par un exemple de mise en œuvre et par la figure 1 annexée, pour une meilleure compréhension de l’approche de l’invention.
Considérons un effluent, à un débit de 30 m3/h avec un pH initial de 12, que l’on veut abaisser à 8,2 pour pouvoir le rejeter dans un réseau tout en ayant fait précipiter au préalable les sels d’aluminium qu’il contient.
Il faut donc mettre en œuvre en termes de CO2 de l’ordre de 600 g/l x 30 = 18 kg/h de C02.
Dans la mise en œuvre proposée, l’effluent arrive dans le centre du bassin de neutralisation où l’on assure une bonne homogénéité, bassin muni d’un système d’agitation, éventuellement complété par un agitateur supplémentaire si ce qui est déjà en place n’est pas suffisant.
La boucle de recirculation doit apporter donc sous forme dissoute au moins 18 kg/h de CO2.
La température de l’effluent étant aux alentours de 25°C, la solubilité est de l’ordre de 1 ,4 kg CO2/1T13 à 1 bar abs.
La boucle travaillant à une pression absolue de 2 bar, le débit d’enrichissement doit être voisin de 6,5 m3/h.
L’homme de l’art comprend qu’il devra prendre une marge et retiendra alors plutôt un débit de boucle de l’ordre de 10 m3/h.
Il s’agit donc de traiter un effluent incrustant/entartrant, contenant beaucoup d’aluminium dissous à éliminer. L’effluent initial à pH haut (pHi voisin de 12) est envoyé dans un bassin qui est maintenu à pH plus bas (phte voisin de 8-8,4). C’est la valeur cible choisie selon l’invention dans ce cas pour précipiter les hydroxydes d’aluminium.
L’effluent neutralisé avec son solide sort par le fond (pompé) pour être ensuite décanté ultérieurement (filtration).
Une partie du contenu du bassin à phte est pompé par la boucle externe (zone 2) dans laquelle on injecte le CO2 par l’intermédiaire d’un injecteur (par exemple un mélangeur statique), cet effluent a été débarrassé dans le bassin de la grande majorité de ses minéraux dissous, il est donc en conséquence, bien plus faiblement entartrant.
Un régime turbulent est maintenu dans toute la boucle. On atteint alors, sous pression engendrée par la pompe, un pH (phb) encore plus proche de la neutralité ou de l’acidité, (pH3<pH2<pHi) pH qui garantit la formation majoritaire d’hydrogénocarbonate et la présence de C02 dissous.
Le mélange gaz-liquide est alors envoyé dans un serpentin dont la longueur permet de garantir un temps de contact suffisant pour maximiser la quantité de CO2 transférée dans le flux.
Finalement, ce flux acidifié à pFb est renvoyé dans le bassin où, au plus proche du flux entrant à pHi, il va se mélanger pour garantir le phh qui règne dans le bassin, phh optimum pour la formation de cristaux d’hydroxyde d’aluminium.
On peut noter que dans ce cas, plus le pH s’abaisse, plus l’on favorise la précipitation, jusqu’à un pH limite de 5.
On peut noter donc en résumé que :
- L’effluent entrant, à pH élevé (10-12), est majoritairement composé d’aluminium dissous sous forme AI(OH)4 .
- Pour le débarrasser d’un maximum d’aluminium dissous, il est avantageux de travailler entre 5,5 et 8 environ, là où l’on transforme une grande partie de l’aluminium sous forme AI(OH)3 qui est peu soluble.
- Qu’il est quasiment impossible, au CO2, d’avoir un pH plus bas que 5-5,5 et de resolubiliser les particules d’hydroxyde d’aluminium qui auraient été formées. Le CO2 est un diacide faible dont le premier pKa ne permet pas de descendre en dessous d’environ 5. - L’effluent, après avoir été traité et donc débarrassé d’une grande quantité d’aluminium dissous, pourra absorber du CO2 (partie du flux dérivé entre les zones 1 et 2). On préfère néanmoins travailler dans la partie haute de la zone visée (plutôt vers 8 que vers 5 donc) afin d’avoir plus de CO2 dissous (meilleure solubilité du CO2 à pH haut que bas car on favorise la forme hydrogénocarbonate HCO3 plutôt que CO2 libre).
On reconnaît sur la figure 1 annexée les éléments suivants, déjà évoqués à plusieurs reprises dans la description ci-dessus :
- un bassin 1 constituant la zone 1 , muni d’un système d’agitation 3 et alimenté en effluent initial à traiter 4 ;
- une boucle de recirculation 10 constituant la zone 2, apte à prélever (5) une partie du milieu présent dans le bassin 1 grâce à une pompe 2, boucle qui reçoit une injection de CO2 et qui est munie d’un serpentin dont la longueur permet de garantir un temps de contact suffisant pour maximiser la quantité de CO2 transférée dans le flux ;
- en bout de boucle 10 le flux ainsi traité est renvoyé dans le bassin 1 , contribuant ainsi, par le mélange entre l’effluent initial (4) et le milieu traité au CO2 dans la boucle 10, à réaliser le pH cible régnant dans le bassin 1 ;
- le bassin est muni de moyen (6) d’extraction de l’effluent traité.
Les avantages de la présente solution sont les suivants :
- D’éviter la consommation d’eau de type industriel pour produire un eau de seltz comme dans la solution classique de l’art antérieur.
- De toujours éviter toute précipitation dans la zone où sera injecté le CO2. La zone de précipitation 1 (réacteur, décanteur...) doit être toujours maintenue à pH plus bas que celui du flux entrant à traiter pour permettre la précipitation de l’aluminium sous forme d’hydroxyde d’aluminium (autour de pH 8 par exemple). L’effluent à traiter arrivant est alors dilué dans la zone 1 , ce qui devrait conduire à une légère augmentation du pH, qui sera en fait compensée par l’injection du CO2 dans la zone 2, à savoir la boucle de recirculation. On essaye d’assurer une quantité de CO2 dissous supérieure au besoin moyen (1 ,5 à 2 par exemple) par le choix du bon couple volume de zone 1 et pH cible. - De garantir un taux de transfert du CO2 qui soit maximisé, ce qui résulte du choix des conditions opératoires et des technologies dans la boucle de recirculation (turbulence). Il en résultera une consommation au plus juste du besoin du système (pas de surconsommation).
La zone 2 ne sert qu'à dissoudre le CO2 dans un flux d'eau (effluent) que l'on pompe de la zone 1 et que l'on retourne dans cette zone 1. On calcule cette zone pour dissoudre suffisamment de CO2 pour abaisser le pH de la zone 1 de la valeur d'arrivée de l'effluent alcalin exemple 12,5 à la valeur de consigne exemple 8. On peut aussi utiliser cette zone pour apporter une partie du CO2 sous forme de gaz (fines bulles) de la zone 1 à 2.
Dans cette zone 2, il n'y a pas de réduction d'un pH fortement alcalin (12,5) à une valeur neutre ou acide mais on pompe l'effluent de la zone 1 , donc neutre ou acide pour l'acidifier encore plus. Il n'y a donc pas de formation de solide dans cette zone 1 (ou de façon anecdotique) et donc on réduit ainsi le risque de colmatage. Il est même possible si on injecte encore plus de CO2 et on acidifie encore plus cette zone, de dissoudre les solides d'aluminium formés à pH neutre et éventuellement décolmater cette zone 1 même si en théorie ce n’est pas nécessaire.
Comme signalé plus haut, on s’attache selon la présente invention à ce que, compte tenu de la recirculation du milieu où a été injecté du CO2, la quantité de CO2 dissous disponible dans la zone 1 soit 0,5 à 3 fois supérieure, préférentiellement entre 1 et 1 ,5 fois supérieure au besoin nécessaire à la précipitation de l’effluent entrant.
Expliquons ceci plus en détails dans ce qui suit.
Expliquons notamment comment déterminer le besoin en CO2 d’un bassin (zone 1 ) et un exemple de calcul pour une quantité de CO2 dissoute disponible qui soit de 0,5 à 3 fois supérieure au besoin de CO2 nécessaire à la précipitation dans la zone 1.
L’effluent entrant dans la zone 1 est très alcalin (donc pH 1 et concentration en aluminium dissous élevés). C’est là qu’il va être mis en contact avec l’effluent dont le pH a été abaissé à un 3ème pH contenant le CO2 dissous nécessaire venant de la zone 2 (pH 2 bas puisque l’effluent contiendra au moins tout le CO2 nécessaire à la précipitation). Au contact des deux, le CO2 dissous va permettre de neutraliser les alcalis de l’effluent entrant et ainsi réduire le pH pour permettre la précipitation et ainsi débarrasser cet effluent de son aluminium dissous. Le pH résultant pH 3 sera entre les deux pH précédents, ajusté de façon à favoriser la précipitation.
En marche continue la quantité nécessaire de CO2 apporté (donc de diacide faible) compense au plus juste l’alcalinité de l’effluent entrant (donc rapport stoechiométrique entre acide et alcali ou base). Néanmoins, s’il y a une modification soudaine de conditions opératoires et que la quantité d’alcali augmente, il se crée un déséquilibre dans le rapport acide-base qui doit être compensé. On peut alors atteindre le fait que l’effluent qui circule en continu dans la zone 2 puisse avoir un supplément d’alcali qui provoquera la précipitation dans cette zone. Ceci peut même bloquer le système complet par bouchage, souvent très rapide dans de nombreuses applications étant donné la forte alcalinité de l’effluent à traiter. Bien entendu, un système de contrôle- régulation pourrait ajuster la quantité de CO2 à la quantité d’alcali (qui devra faire baisser le pH de la zone de précipitation 1 ) mais cela demeure délicat. En effet, les quantités en jeu (taille de la zone 1 ) peuvent induire une évolution lente des paramètres opératoires : avec une quantité entrante forte et soudaine d’alcali, le pH de la zone 1 ne bougera que lentement si elle est de taille importante (et donc avec un temps de séjour important). Ainsi la quantité de CO2 ne répondra pas immédiatement voire trop tardivement, ce qui peut provoquer une précipitation indésirable rapide et forte dans la zone 2, phénomène qui doit être absolument évité au risque de tout stopper par un bouchage trop massif.
La démarche de la présente invention est donc de garder une quantité plus importante que rendue nécessaire par l’effluent entrant en CO2 libre, dissous et disponible dans la zone 1 où a lieu la précipitation.
Ainsi, s’il y a une variation des conditions opératoires (quantité d’alcali entrant par exemple), ce supplément de CO2 dissous par rapport à la quantité de CO2 nécessaire à la précipitation (donc stoechiométrique) va permettre de « neutraliser » ce supplément dans une durée donnée. Cela évitera en tout état de cause d’envoyer de l’aluminium ou alcali dissous dans la zone 2 et laissera le temps au système de contrôle-régulation d’ajuster le débit de CO2 à injecter pour compenser ce supplément.
On estime selon la présente invention qu’il faut un excès de CO2 dissous, donc disponible, de l’ordre de 0,5 à 3 fois la quantité nécessaire à la neutralisation et donc à la précipitation optimisée de l’effluent entrant.
L’exemple ci-dessous permet d’illustrer plus clairement la proposition de l’invention.
Les données ci-dessous ont été obtenues en utilisant un logiciel commercialement disponible, permettant d’étudier les équilibres dans une eau. La simulation a été réalisée en plusieurs étapes : à partir d’une composition d’eau (standard), l’ajout de soude a permis de monter à pH 12. Cela permet de disposer d’un effluent « synthétique ». Pour cela, il a fallu ajouter 0,56 kg/m3 de soude.
Ensuite, l’ajout de CO2 a permis de la neutraliser à pH 8 d’abord puis 7,5 C’est l’effluent neutralisé à 8 qui a été conservé ensuite pour exemple. Pour neutraliser l’effluent de 12,0 à 8,0 il a fallu ajouter 0,60 g/m3 de CO2, ce qui laisse 18 g/m3 de CO2 libre dans l’effluent.
Aussi, pour un débit d’effluent de 100 m3/h, il faudra 1 kg/min de CO2 pour le neutraliser.
Par ailleurs, si le bassin (ou zone 1 ) mesure 55 m3, il ne contiendra que 1 kg de CO2 libre, donc disponible pour compenser un excès d’alcalinité arrivant subitement. Cela permettrait de compenser pendant une minute l’arrivée d’effluent, en cas d’arrêt de l’injection de CO2 par exemple, ou alors pour compenser une montée de la quantité d’alcali (par exemple, de 1 kg/min de besoin à 1 ,5 par exemple). Dans ce dernier cas, en 40 secondes, le CO2 libre sera consommé et le pH va ensuite remonter, le réacteur ou zone 1 ne précipitera plus tout l’alcali entrant et tout le procédé va se déstabiliser. A terme, de l’alcali dissous entrera dans la zone 2, ce qui pourrait conduire à la précipitation et au bouchage. On préfère donc augmenter le volume de la zone 1 de façon à disposer de plus de CO2 libre disponible pour « gommer » ou neutraliser les fluctuations ou perturbations de l’effluent entrant entre autres.
Toujours dans le cas ci-dessus, avec une zone 1 de 166 m3, on disposera de 3 kg de CO2 libre pour neutraliser un supplément d’alcalinité entrante. Si cet excès provoque un besoin de CO2 de 1 ,5 kg/min, le système ne dérivera qu’après 2 minutes. Ainsi, toujours dans cet exemple, on aura multiplié par 5 le temps de réaction nécessaire pour compenser l’excès soudain d’alcalinité. On a donc beaucoup plus de souplesse et de robustesse pour le procédé puisqu’on laisse le temps au système complet de se contrôler et de se réguler.
En résumé, la détermination de la zone 1 est réalisée pour que cette zone contienne au minimum 1 ,5 fois à 3 fois la quantité de CO2 nécessaire à neutraliser les alcali qui arrivent chaque minute dans la zone et ainsi permettre la précipitation de la quasi-totalité de l’aluminium (ses oxydes) dans cette zone 1 . La quantité de CO2 libre dans la zone peut être portée au-delà de 3, mais sans excéder 10 ou 15 pour des raisons économiques.
Dans notre exemple, le CO2 libre est de 18 g/m3 pour un pH de consigne de 8 et de 57 g/m3 pour un pH de consigne de 7,5
Pour déterminer le volume de la zone 1 et calculer la quantité de CO2 libre disponible, on divise la quantité en kg de CO2 libre dont on a besoin par la concentration en CO2 libre dans l’effluent au pH de consigne.
Ainsi : Volume de la zone 1 = quantité de CO2 en kg que l’on a déterminé / concentration en CO2 libre au pH de consigne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d’un effluent industriel chargé en aluminium en vue d’en éliminer tout ou partie de l’aluminium, comprenant la mise en oeuvre des mesures suivantes :
- on conduit l’effluent à traiter dans une première zone, première zone par exemple constituée par un bassin, première zone où l’on maintient un pH inférieur à 9,5, et plus préférentiellement compris entre 6,5 et 8,5, et encore plus préférentiellement compris entre 7 et 8, de façon à favoriser la précipitation de l’aluminium sous forme d'hydroxyde d'aluminium et faciliter ainsi son élimination ;
- on dispose d’une seconde zone et l’on organise la recirculation d’une partie du milieu localisé dans la zone 1 vers la zone 2 puis de là son retour dans la zone 1 , et l’injection de CO2 gazeux dans le milieu recirculé ;
- on procède à la séparation et l’évacuation des particules solides formées dans la zone 1 ,
se caractérisant en ce que compte tenu de la recirculation dudit milieu où a été injecté du CO2, la quantité de CO2 dissous disponible dans la zone 1 est 0,5 à 3 fois supérieure, préférentiellement entre 1 et 1 ,5 fois supérieure au besoin nécessaire à la précipitation de l’effluent entrant.
2. Procédé selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que le régime régnant dans la zone 2 est un régime turbulent.
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