FR3081859A1 - Methode et installation de traitement d'un effluent industriel charge en aluminium a l'aide de co2 - Google Patents

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Abstract

L'invention propose une installation de traitement d'un effluent industriel chargé en aluminium en vue d'en éliminer tout ou partie de l'aluminium dissous, qui comprend : -une première zone (1) où arrive l'effluent à traiter, 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 formation de cristaux d'aluminium sous forme d'hydroxyde d'aluminium et faciliter ainsi son élimination; - une seconde zone (10) où est effectuée une injection de CO2 gazeux, -des moyens (2) permettant d'organiser 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, ladite partie recirculée recevant l'injection de CO2 ; et -des moyens (6) permettant l'évacuation des particules solides formées dans la zone 1 et leur séparation ultérieure.

Description

« Méthode et installation 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)s 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 entrainer, 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 (phk 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 clarificateurdécanteur, 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 gazliquide, 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 sousproduit 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 déhvation/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 HCOy 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 HCOs' 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 stoechiométrique 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-CO2 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 CO2.
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 CCte/m3 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 (pH2 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 pH2 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 (phh) 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 CO2 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 pHs est renvoyé dans le bassin où, au plus proche du flux entrant à pHi, il va se mélanger pour garantir le pH2 qui règne dans le bassin, PH2 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.
L’invention concerne alors une installation de traitement d’un effluent industriel chargé en aluminium en vue d’en éliminer tout ou partie de l’aluminium dissous, qui comprend :
- une première zone où arrive l’effluent à traiter, 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 formation de cristaux d’aluminium sous forme d'hydroxyde d'aluminium et faciliter ainsi son élimination ;
- une seconde zone où est effectuée une injection de CO2 gazeux,
- des moyens permettant d’organiser 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, ladite partie recirculée recevant l’injection de CO2 ;
- des moyens permettant l’évacuation des particules solides formées dans la zone 1 et leur séparation ultérieure.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, la zone 2 est constituée de l’enchaînement suivant : une tuyauterie, une pompe et un contacteur gaz-liquide, par exemple un mélangeur statique.
L’invention concerne également un 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.
Selon un des modes de mise en œuvre de l’invention, le régime régnant dans la zone 2 est un régime turbulent
Selon un autre des modes de mise en œuvre de l’invention, 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.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Installation de traitement d’un effluent industriel chargé en aluminium en vue d’en éliminer tout ou partie de l’aluminium dissous, qui comprend :
    une première zone (1) où arrive l’effluent à traiter, 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 formation de cristaux d’aluminium sous forme d'hydroxyde d'aluminium et faciliter ainsi son élimination;
    une seconde zone (10) où est effectuée une injection de CO2 gazeux, des moyens (2) permettant d’organiser 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, ladite partie recirculée recevant l’injection de CO2 ;
    des moyens (6) permettant l’évacuation des particules solides formées dans la zone 1 et leur séparation ultérieure.
  2. 2. Installation selon la revendication 1, se caractérisant en ce que la zone 2 est constituée de l’enchaînement suivant : une tuyauterie, une pompe et un contacteur gaz-liquide, par exemple un mélangeur statique.
  3. 3. 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.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, se caractérisant en ce que le régime 5 régnant dans la zone 2 est un régime turbulent.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, 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
  6. 10 fois supérieure au besoin nécessaire à la précipitation de l’effluent entrant.
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