FR2824551A1 - Procede de conditionnement ou de deshydratation de boues issues de l'industrie papetiere ou agro-alimentaire - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de conditionnement ou de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique, dans lequel on met en oeuvre une composition obtenue par mélange d'une émulsion inverse contenant un polyélectrolyte cationique avec une émulsion inverse ou une solution aqueuse contenant un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2.
Description
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PROCEDE DE CONDITIONNEMENT OU DE DESHYDRATATION DE BOUES
ISSUES DE l'INDUSTRIE PAPETIERE OU AGRO-ALIMENTAIRE
La présente invention concerne des procédés de conditionnement ou de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, mettant en #uvre une composition particulière.
ISSUES DE l'INDUSTRIE PAPETIERE OU AGRO-ALIMENTAIRE
La présente invention concerne des procédés de conditionnement ou de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, mettant en #uvre une composition particulière.
Le traitement des eaux résiduaires industrielles conduit à la production de boues. Ces boues subissent généralement une opération de déshydratation mécanique (en particulier filtration (par exemple filtre presse, filtre à bande), centrifugation), avant d'être transportées vers un site de décharge, d'épandage agricole ou d'incinération.
Les boues à traiter sont constituées majoritairement d'eau dans laquelle est dispersée de la biomasse. Les traitements visent donc à concentrer au maximum la matière sèche et à éliminer l'eau.
Les méthodes actuelles de traitement des boues nécessitent en général l'ajout successif de plusieurs réactifs. Il s'avère en effet difficile de formuler dans une unique composition et à des concentrations significatives, un sel organique de type polychlorure d'aluminium et un polyélectrolyte cationique. L'aluminium étant un complexant de certains polyélectrolytes, leurs mélanges mènent en effet à partir d'une certaine concentration en ces composés, à la formation de gels qui sont bien entendu préjudiciables en terme de fluidité aux mélanges correspondants.
Les boues issues de l'industrie papetière représente une très grande partie des boues industrielles produites.
Ces boues issues de l'industrie papetière, comme celles issues de l'industrie agro-alimentaire, comprennent, d'une part, des boues de nature biologique (c'est-à-dire provenant d'un traitement des eaux résiduaires par voie biologique), et, d'autre part, des boues de nature non-biologique généralement formées, notamment dans le cas de l'industrie papetière, par des boues d'origine
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physico-chimique ou fibreuse telles que charges minérales, fibres de cellulose, latex de couchage.
L'un des objets de la présente invention est de proposer l'utilisation d'une composition spécifique efficace dans le conditionnement de ces boues particulières, permettant notamment d'augmenter leur siccité, c'est-à-dire d'accroître les extraits secs obtenus lors de l'opération subséquente de déshydratation.
La présente invention a ainsi d'abord pour objet un procédé de conditionnement de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, dans lequel on met en #uvre au moins une composition obtenue par mélange d'au moins une émulsion inverse contenant au moins un polyélectrolyte cationique avec au moins une émulsion inverse ou une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2.
Elle s'étend à un procédé de conditionnement de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, dans lequel on met en #uvre au moins une composition se présentant sous la forme d'une émulsion comprenant en phase (s) et de manière séparée au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et un polyélectrolyte cationique.
De plus, il a été constaté que les produits constitués par les boues de nature biologique et par celles de nature non-biologique sont souvent incompatibles. Ainsi, les boues de nature biologique présentent habituellement un comportement dissemblable, voire divergent, de celui des autres boues de nature différente, lorsque l'ensemble de ces boues subit un traitement de conditionnement et/ou de déshydratation. Il a été constaté qu'en général ces boues de nature biologique présentent une vitesse de sédimentation lente, donnent naissance à des réactions de fermentation et leur déshydratation n'est pas aisée. Aussi, le traitement de conditionnement et/ou de déshydratation de l'ensemble de toutes les boues constituant les boues issues de l'industrie papetière se révèle souvent peu efficace (avec un rendement peu élevé au
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niveau de la déshydratation). Il en est généralement de même dans le cas des boues issues de l'industrie agro-alimentaire.
Aussi, un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière (ou de boues isues de l'industrie agro-alimentaire), dans lequel les boues de nature biologique sont, préalablement à l'opération de déshydratation, rendues compatibles / assimilables avec les autres boues de nature différente, et ce par l'utilisation d'une composition spécifique. Cela permet, notamment, d'obtenir un bon comportement de l'ensemble des boues à la déshydratation et une siccité finale élevée.
L'invention a ainsi également pour objet un procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agroalimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique et des boues de nature non-biologique, procédé dans lequel lesdites boues de nature biologique sont pré-traitées séparément par au moins une composition, puis mélangées après ledit pré-traitement aux boues de nature non-biologique, le mélange de boues ainsi formé étant ensuite soumis (éventuellement après une autre étape de conditionnement) à une opération de déshydratation, ladite composition étant obtenue par mélange d'au moins une émulsion inverse contenant au moins un polyélectrolyte cationique avec au moins une émulsion inverse ou une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2.
Elle s'étend alors également à un procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique et des boues de nature non-biologique, procédé dans lequel lesdites boues de nature biologique sont pré-traitées séparément par au moins une composition, puis mélangées après ledit pré-traitement aux boues de nature non-biologique, le mélange de boues ainsi formé étant ensuite soumis (éventuellement après une autre étape de conditionnement) à une opération de déshydratation, ladite composition se présentant sous la forme d'une émulsion comprenant en phase (s) et
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de manière séparée au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et un polyélectrolyte cationique.
Les procédés selon l'invention présentent comme avantage supplémentaire de faire appel à une composition particulière réunissant, sous forme d'un mélange, un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et un polyélectrolyte cationique tout en n'étant pas sujette au phénomène de gélification mentionné précédemment.
De plus, les compositions utilisées s'avèrent efficaces pour l'ensemble des techniques de déshydratation des boues, à savoir filtre à bande, filtre presse, centrifugation.
Les procédés selon l'invention sont particulièrement adaptés dans le cas des boues issues de l'industrie papetière et contenant des boues de nature biologique et des boues d'origine physico-chimique ou fibreuse.
Selon un mode de réalisation, la composition utilisée se présente sous la forme d'une émulsion inverse eau dans huile dans laquelle le cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et le polyélectrolyte cationique sont répartis dans des gouttelettes d'eau distinctes dans la phase huileuse.
Ce type de composition peut être obtenu en mélangeant sous agitation une émulsion inverse contenant ledit cation minéral avec une émulsion inverse contenant ledit polyélectrolyte cationique.
Selon un autre mode de réalisation, la composition utilisée se présente sous la forme d'une émulsion double eau/huile/eau dans laquelle le cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 est présent au niveau de la phase continue aqueuse et le polyélectrolyte cationique est réparti au moins en partie dans des gouttelettes d'eau constituant la seconde phase aqueuse dispersée dans la phase huileuse.
Ce deuxième type de composition peut être obtenu par mélange d'une émulsion inverse dudit polyélectrolyte cationique avec une solution aqueuse dudit cation minéral.
Par ailleurs, en permettant l'isolement du cation minéral du polyélectrolyte cationique, les compositions emloyées rendent possible la formulation de ces
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réactifs en concentrations plus importantes. Grâce à cette formulation en émulsion, le risque de gélification se trouve significativement réduit.
Convient tout particulièrement à la formulation d'une composition concentrée, la composition obtenue par mélange des deux émulsions inverses à savoir celle du cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et celle du polyélectrolyte cationique. En effet, ces deux composés se trouvent alors répartis au niveau de l'émulsion dans des gouttelettes d'eau distinctes et sont donc efficacement isolés l'un de l'autre.
Le cation minéral présente une charge supérieure ou égale à 2. Il est habituellement choisi parmi Mg2+, Al3+, Fe3+, La3+, Zr4+ et leurs formes polymérisées lorsqu'elles existent. De manière très préférée, le cation est Al3+ ou une de ses formes polymérisées.
Ce cation minéral est généralement se présente généralement sous forme d'un sel hydrosoluble. A titre de sels hydrosolubles, on peut citer les chlorures, les nitrates, les sulfates et les acétates.
En général, on utilise un sel soluble, exempt de l'élément azote, ce qui permet de s'affranchir des problèmes éventuels liés à sa présence. De manière préférée, on emploie un chlorure. Le cation minéral se présente alors de préférence sous la forme d'un chlorure d'aluminium ou d'une de ses formes polymérisées, et plus préférentiellement, d'un polychlorure d'aluminium.
La quantité de cation minéral mise en oeuvre est de préférence comprise entre 0,05 et 2 moles, en particulier entre 0,49 et 1,8 mole, par kg de composition.
Le pH de la solution ou émulsion est ajusté de manière à prévenir la précipitation du sel minéral correspondant dans la phase aqueuse continue. Cet ajustement relève des compétences de l'homme de l'art.
En ce qui concerne le polyélectrolyte cationique, il est de préférence de haut poids moléculaire, en particulier de poids moléculaire d'au moins 1.106.
Ledit polyélectrolyte cationique a de manière avantageuse un poids moléculaire de 1.106 à 20.106, notamment de 1.106 à 10.106.
Le polyélectrolyte cationique utilisé peut être sous une forme linéaire ou, de préférence, sous une forme ramifiée ; il a en effet été noté que les
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ramifications avaient généralement un effet bénéfique sur les cinétiques de coagulation et de floculation.
Conviennent tout particulièrement comme polyélectrolyte cationique les polyacrylamides, les oxydes de polyéthylène, les polyvinylpyrrolidones, ainsi que les polymères d'origine naturelle, tel l'amidon et ses dérivés ou gomme telle la gomme guar, dans la mesure où ils sont cationiques.
De manière préférée, le polyélectrolyte cationique est un polyacrylamide.
Ledit polyacrylamide peut être cationique jusqu'à 100 % en charge et, de préférence, entre 0,1et 25 %, en particulier entre 0,1et 15%, en charge.
Le polyacrylamide cationique peut être choisi parmi les copolymères de polyacrylamide avec des monomères cationiques ou les polyacrylamides modifiés selon la réaction de Mannich.
Comme exemples de copolymères polyacrylamides cationiques, on peut citer les copolymères acrylamide / halogénure de préférence chlorure de diallyldialkylammonium, les copolymères diaminoalkylméthacrylate / acrylamide et les copolymères dialkylaminoalkylméthacrylate /acrylamide, le groupement alkyle étant de préférence en Ci - C6.
La quantité de polyélectrolyte cationique mise en #uvre est de préférence d'au plus 10%, en particulier de 0,3 à 8 %, en poids de la composition employée.
De manière avantageuse, le polyélectrolyte cationique est un copolymère polyacrylamide, et de préférence, un copolymère polyacrylamide / chlorure de diallyldiméthylammonium, en particulier de poids moléculaire de l'ordre de 3.106.
Il est alors plus préférentiellement associé à un polychlorure d'aluminium dans la composition employée.
Généralement, le cation minéral de charge supérieure ou égale à 2, par exemple dans le cas du polychlorure d'aluminium, et le polyélectrolyte cationique, par exemple dans le cas d'un polyacrylamide de haut poids moléculaire, sont mis en #uvre de telle manière que le rapport molaire (cation minéral de charge supérieure ou égale à 2) / (polyélectrolyte cationique) soit compris entre 1.102 et 8.106 en particulier entre 1.103 et 8.106. Dans le cas particulier d'une composition comprenant du polychlorure d'aluminium et un
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polyacrylamide consistant en un copolymère acrylamide @ chlorure de diallyldialkylammonium, notamment de haut poids moléculaire, on utilise de préférence un rapport pondéral polychlorure d'aluminium / polyacrylamide compris entre 0,1et 15, plus particulièrement entre 0,1et 10.
Comme évoqué précédemment, les compositions contenant le cation minéral et le polyélectrolyte cationique répartis dans des gouttelettes d'eau distinctes dans la phase continue huileuse sont particulièrement intéressantes pour la formulation d'une composition concentrée en ces deux composés. C'est ainsi que l'on privilégiera ce mode de formulation pour des compositions contenant une concentration en polyacrylamide de l'ordre de 4 à 10 % en poids par rapport à la composition.
Si nécessaire, la composition utilisée peut être stabilisée, notamment sous la forme d'une émulsion, à l'aide d'agent(s) tensio-actif (s). L'agent tensioactif est généralement introduit au niveau de la ou des émulsion(s) inverse (s) constituant cette composition.
En ce qui concerne l'agent tensio-actif, en général présent dans la phase huileuse de l'émulsion, il s'agit de préférence d'un agent de surface qui demeure inerte vis-à-vis du cation minéral de charge supérieure ou égale à 2. Il est habituellement anionique ou amphotère.
Les agents de surface liposolubles, susceptibles d'être mis en oeuvre dans la composition, peuvent être choisis parmi les lécithines liposolubles, les esters de sorbitanne et d'acides gras, de polyalkylènes dipolyhydroxystéarates, les acides gras, les monoglycérides, les esters de polyglycérol, les esters d'acide lactique et tartrique.
A titre illustratif d'agents de surface hydrosolubles utilisables dans la composition, on peut notamment citer les lécithines hydrosolubles, les esters de sucrose, les esters d'acides gras (dont les Tweens), les alkylamides polyoxyéthylénés, les triglycérides sulfates, les alkyles sulfates (dont le dodécyle sulfate de sodium (SDS)), les alkyles éther sulfates, les alkyles sulfonates, les sels d'alkylamines, les amines grasses, les lipoamino-acides, les polyesters modifiés, les tensioactifs polymériques siliconés.
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Les quantités en agent (s) sont ajustées de manière à stabiliser la formulation (notamment émulsion inverse ou double) de la composition.
La composition utilisée dans la présente invention peut être préparée soit par mélange des deux émulsions inverses contenant respectivement le cation minéral et le polyélectrolyte, soit par ajout de l'émulsion inverse contenant le polyélectrolyte dans une solution aqueuse contenant le cation minéral. Les mélanges sont effectués généralement à température ambiante et sous une agitation mécanique suffisante pour conduire à une émulsion stabilisée dans le temps.
A titre illustratif des composés susceptibles d'être utilisés à titre de phase huileuse, on peut tout particulièrement citer des matériaux hydrophobes comme notamment les esters de colophane, la lanoline, la vaseline, les cires, les polybutadiènes de faibles masses moléculaires les huiles naturelles animales, végétales ou minérales et leurs mélanges.
La quantité en composition utilisée à base du cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et du polyélectrolyte cationique est telle qu'elle correspond en général de 0,05 à 3 fois, de préférence de 0,1 à 2 fois, la quantité de charge cationique théorique nécessaire pour neutraliser la quantité de charge anionique des boues à traiter (notamment dans le cas du pré-traitement séparée des boues de nature biologique) ; en d'autres termes, la quantité de cette composition mise en oeuvre est telle qu'elle présente en valeur absolue une cationicité égale en général de 0,05 à 3 fois, de préférence de 0,1 à 2 fois, l'anionicité des boues à traiter (notamment dans le cas du pré-traitement séparée des boues de nature biologique).
En général, la composition utilisée est diluée avant emploi. Cette dilution est plus particulièrement nécessaire pour la composition se présentant sous la forme d'une émulsion inverse obtenue par mélange de l'émulsion inverse du cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et celle du polyélectrolyte cationique pour la transformer en émulsion directe. Cette inversion de phase peut également être réalisée par ajout d'un tensio-actif adéquat Dans le cas où
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la composition se présente sous la forme d'une émulsion double, cette opération de dilution est tout à fait facultative.
Claims (22)
1. Procédé de conditionnement de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, dans lequel on met en #uvre au moins une composition obtenue par mélange d'au moins une émulsion inverse contenant au moins un polyélectrolyte cationique avec au moins une émulsion inverse ou une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2.
2. Procédé de conditionnement de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, dans lequel on met en #uvre au moins une composition se présentant sous la forme d'une émulsion comprenant en phase (s) et de manière séparée au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et un polyélectrolyte cationique.
3. Procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique et des boues de nature non-biologique, procédé dans lequel lesdites boues de nature biologique sont pré-traitées séparément par au moins une composition, puis mélangées après ledit pré-traitement aux boues de nature non-biologique, le mélange de boues ainsi formé étant ensuite soumis à une opération de déshydratation, ladite composition étant obtenue par mélange d'au moins une émulsion inverse contenant au moins un polyélectrolyte cationique avec au moins une émulsion inverse ou une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2.
4. Procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique et des boues de nature non-biologique, procédé dans lequel lesdites boues de nature biologique sont pré-traitées séparément par au moins une composition, puis mélangées après ledit pré-traitement aux boues de nature non-biologique, le mélange de boues ainsi formé étant ensuite soumis à une opération de déshydratation, ladite composition se présentant sous la forme d'une émulsion comprenant en phase (s) et de manière
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séparée au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et un polyélectrolyte cationique.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4 de déshydration de boues issues de l'industrie papetière et contenant des boues de nature biologique et des boues d'origine physico-chimique ou fibreuse.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite composition se présente sous la forme d'une émulsion inverse eau dans huile dans laquelle ledit cation minéral et ledit polyélectrolyte cationique sont répartis dans des gouttelettes d'eau distinctes, dans la phase huileuse.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite composition se présente sous la forme d'une émulsion double eau/huile/eau dans laquelle le cation minéral est présent au niveau de la phase continue aqueuse et le polyélectrolyte cationique est réparti au moins en partie dans des gouttelettes d'eau constituant la seconde phase aqueuse dispersée dans la phase huileuse.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit cation minéral est choisi parmi Mg2+, La3+, Fe3+, Al3+, Zr4+ et leurs formes polymérisées lorsqu'elles existent.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit cation minéral est Al3+ ou une de ses formes polymérisées.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un sel hydrosoluble, de préférence choisi parmi les chlorures, les nitrates, les sulfates et les acétates.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un chlorure d'aluminium ou d'une de ses formes polymérisées.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ledit cation minéral est mis en #uvre à raison de 0,05 à 2 moles, en particulier de 0,49 à 1,8 mole, par kg de ladite composition.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit polyélectrolyte cationique est de poids moléculaire d'au moins 1.106.
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14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit polyélectrolyte cationique est choisi parmi les polyacrylamides, les oxydes de polyéthylène, les polyvinylpyrrolidones, les polymères d'origine naturelle cationiques.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit polyélectrolyte cationique est un polyacrylamide, de préférence possédant entre 0,1et 25 % en charge cationique
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que ledit polyélectrolyte cationique est choisi parmi les copolymères de polyacrylamide avec des monomères cationiques ou les polyacrylamides modifiés selon la réaction de Mannich.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ledit polyélectrolyte cationique est un copolymère polyacrylamide cationique choisi parmi les copolymères acrylamide / halogénure de préférence chlorure de diallyldialkylammonium, les copolymères diaminoalkylméthacrylate / acrylamide et les copolymères dialkylaminoalkylméthacrylate / acrylamide.
18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ledit polyélectrolyte cationique est mis en #uvre à raison d'au plus 10 %, de préférence de 0,3 à 8 %, en poids de ladite composition.
19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un polychlorure d'aluminium et ledit polyélectrolyte cationique est un copolymère acrylamide / chlorure de diallyldiméthyllammonium, en particulier de poids moléculaire de l'ordre de 3.106.
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que ledit cation minéral et ledit polyélectrolyte cationique sont mis en #uvre de telle manière que le rapport molaire cation minéral / polyélectrolyte cationique soit compris entre 1.102 et 8.106, en particulier entre 1.103 et 8.106.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que lorsque, d'une part, ledit cation minéral se présente sous la forme d'un polychlorure d'aluminium, et, d'autre part, ledit polyélectrolyte cationique est un copolymère acrylamide / chlorure de diallyldiméthyllammonium, le rapport pondéral cation
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minéral / polyélectrolyte cationique est compris entre 0,1 et 15, plus particulièrement entre 0,1et 10.
22. Procédé selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ladite composition comprend au moins un agent tensio-actif, de préférence consistant en un agent de surface liposoluble ou hydrosoluble.
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