WO2007110547A2 - Procede d'obtention d'un produit coagulant, produit destine a fabriquer ledit coagulant et procede de traitement des eaux usees et/ou industrielles utilisant ledit coagulant. - Google Patents

Procede d'obtention d'un produit coagulant, produit destine a fabriquer ledit coagulant et procede de traitement des eaux usees et/ou industrielles utilisant ledit coagulant. Download PDF

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raw material
aluminum
salts
sludge
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Hervé Suty
Marc Caligaris
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Veolia Eau - Compagnie Generale Des Eaux
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    • C02F1/52—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • C02F1/5236—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents
    • C02F1/5245—Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities using inorganic agents using basic salts, e.g. of aluminium and iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/16—Regeneration of sorbents, filters

Definitions

  • the invention relates to a process for obtaining a coagulant product which can be used in particular for the treatment of wastewater whether urban and / or industrial wastewater.
  • a dephosphatation step is carried out, in particular a physico-chemical dephosphatation.
  • precipitation is carried out with lime or with salts containing trivalent ions, in particular using iron or aluminum chloride.
  • it is almost exclusively ferric chloride FeCb that is used in large quantities in this stage of physico-chemical dephosphatation.
  • FeCb ferric chloride
  • the present invention aims to provide a method for overcoming the disadvantages of the prior art and in particular offering the possibility of using the drinking water sludge as a source of iron or aluminum salts to form a coagulant whose quality, and more particularly the content of iron and / or aluminum salts, allows it to be used in the treatment of wastewater, while having a form compatible with an economically viable transport cost.
  • a process for obtaining a coagulant product which is characterized in that a raw material is prepared containing sludge resulting from the treatment of drinking water (settling soil ), said sludge being enriched by an ore containing iron and / or aluminum, this raw material being subjected to an acid etching to form iron salts, aluminum salts or their mixture, in the form of simple salts and / or compound salts.
  • a process for obtaining a coagulant product which, compared to the prior art according to which sludge resulting from the treatment of drinking water is prepared, is then subjected to an acid attack. by heating, then filtered, is distinguished by the fact that is first of all the enrichment of the drinking water sludge by Fe 3+ and / or Al 3+ ions.
  • the drinking water sludge is doped with iron and / or aluminum at the desired height depending on the desired final content.
  • iron and / or aluminum in the coagulant can not only be achieved by iron ore and / or aluminum but also by the addition of one of these two metals.
  • This solution also has the additional advantage of allowing, in addition to an economy of ore compared to the process of traditional manufacture of a coagulant, also to find an outlet for drinking water sludge that is valued.
  • the process advantageously comprises the following steps: a) an initial mixture is made between the sludge resulting from the treatment of drinking water and the powder of an ore containing iron and / or aluminum, by which one dope the mud; b) the initial mixture is dehydrated to form a raw material (for example in the form of a cake or granules); c) an acid attack is carried out, with initial heating, of the raw material with a mineral acid, whereby an intermediate product containing iron salts, aluminum salts or their mixture is formed, and d) is produced filtration of the intermediate product in order to separate the solid phase from the liquid phase containing said coagulant product.
  • the solution according to the present invention it is possible to obtain, from mud of drinking water and iron ore and / or aluminum, a dehydrated raw material having sufficient dryness , with a view to its transport.
  • the final stage of the coagulant production process namely the recovery phase - generation (steps c) and d) of acid etching and filtration, is advantageously carried out at the user site, namely mainly a treatment plant, or on a dedicated site for this purpose.
  • the user site namely mainly a treatment plant, or on a dedicated site for this purpose.
  • the process advantageously comprises the following steps: a ') is added powder of a mineral containing iron and / or aluminum during the step of clarification of the drinking water treatment, whereby an initial mixture is obtained; b) the initial mixture is dehydrated to form a raw material; c) an acid attack is carried out, with initial heating, of the raw material with a mineral acid, whereby an intermediate product containing iron salts, aluminum salts or their mixing, and d) filtering the intermediate product to separate the solid phase from the liquid phase containing said coagulant product
  • step a) then becomes step a ') which occurs during the clarification (coagulation - flocculation - decantation) of the water.
  • the ore containing iron and / or aluminum serves to support the flocs during the clarification so as to recover a sludge doped with active material and promote the settling and removal of suspended solids and organic matter.
  • the ore prior to step a), the ore is charged, preferably by means of an ionic polyelectrolyte (cationic or anionic) or nonionic, serving as a flocculating agent for the ore. Loading the ore improves its capabilities as a structuring agent for step b) dehydration.
  • This loading may also include the introduction of lime, although less than for a conventional step of preparation for the dewatering of drinking water sludge.
  • step c) acid etching is carried out using hydrochloric acid or sulfuric acid, but it should be noted that the use of any mineral acid may be suitable.
  • the dehydration step b it is preferably carried out by means of a filter press and / or a membrane filter press.
  • a filter press and / or a membrane filter press In this case, not implementing dehydration with lime, which is conventionally used in the treatment of drinking water sludge, in particular to achieve a calcium amendment, this raw material is saved.
  • the structuring role played by the lime during the dehydration stage of a conventional treatment of drinking water sludge is in the case of the invention played by the ore which is advantageously charged, in particular by a polyelectrolyte.
  • the process further comprises, after the dehydration step b), a dehydration step complementary to the raw material by drying, filter press and / or filter membrane press.
  • the present invention relates to the coagulant resulting from this manufacturing process and derived from both iron ore and / or aluminum and drinking water sludge.
  • the present invention relates to a product for obtaining a coagulant for the treatment of wastewater and / or industrial waste, comprising sludge resulting from a drinking water treatment plant enriched by an ore containing iron and / or aluminum.
  • this product also comprises a polyelectrolyte, ionic (cationic or anionic) or nonionic, serving as a flocculating agent for the ore.
  • a polyelectrolyte ionic (cationic or anionic) or nonionic, serving as a flocculating agent for the ore.
  • This electrolyte achieves a loading of the ore, which makes it possible to improve its capacities as a structuring agent for the dehydration stage.
  • Such a product may correspond to the initial mixture (mud doped) formed of the sludge resulting from the treatment of drinking water and which has been doped with the ore containing Fe 3+ and / or Al 3+ ions, or else this product may correspond to the dehydrated doped sludge forming, at the end of the dehydration step, the abovementioned raw material.
  • this product has a dryness greater than 25% by weight, the dryness of this product being preferably between 35 and 90% by weight.
  • a dryness sufficiently important to be compatible with the requirements of transport is obtained especially when this product is formed of the raw material resulting from steps a) and b) (doping of the sludge by the ore and dehydration), before the implementation of the steps c) and d) (acid etching and filtration) of the aforementioned process.
  • the present invention relates to a wastewater treatment process and / or industrial, comprising a physico-chemical step using a coagulant, characterized in that said coagulant comprises comprises a mineral electrolyte based on trivalent ion resulting at least partially from sludge of the drinking water treatment sector, said sludge being enriched by an ore containing iron and / or aluminum.
  • said coagulant comprises one or more salts, simple or compounds, from the group consisting of iron salts and aluminum salts.
  • said physico-chemical step is a physico-chemical dephosphatation, a coagulation, a dehydration step, decarbonation or emulsion breaking.
  • the coagulant manufactured according to the invention from the mixture of drinking water sludge and ore, in particular iron ore and / or aluminum, can find many opportunities in the field of water treatment.
  • This coagulant may also find uses in other fields, such as as a binder for the manufacture of concrete, or for the manufacture of paper in the chemistry of the wet part of the machine.
  • Other advantages and characteristics of the invention will become apparent on reading the following description given by way of example and with reference to the single figure which shows a block diagram of one embodiment of the method according to the invention.
  • ore containing Al 3+ aluminum ions and / or Fe 3+ iron ions is mixed with drinking water sludge from the treatment of drinking water, and then the initial mixture formed of this doped sludge is obtained.
  • a polymer serving as polyelectrolyte is added to the iron ore and / or aluminum a polymer serving as polyelectrolyte to load the ore.
  • This polyelectrolyte can be ionic (cationic or anionic) or nonionic. In this way, the charged ore is thus more suited to serve as structuring of the drinking water sludge for the subsequent dehydration phase.
  • the initial mixture or doped sludge results in two new products formed of the liquid part, in the form of a filtrate, and of the solid part in the form of a dehydrated doped sludge called raw material (cake or granules).
  • the coagulant is formed by two successive stages: acid etching and filtration.
  • an excess of mineral acid is added to the dehydrated doped sludge, the whole being heated to a temperature of about 80 ° C. for several hours.
  • water vapor escapes from the vessel containing the reactive medium and the reaction of the acid with iron ions or aluminum ions results in the formation of iron and / or aluminum salts.
  • Any mineral acid may be suitable such as hydrochloric acid, sulfuric acid or phosphoric acid.
  • the reactive material which is formed at the end of the acid attack forms an intermediate product.
  • this polymer may undergo partial hydrolysis: the residual content of the polyelectrolyte will advantageously promote by flocculation better dehydration of the intermediate product during the subsequent filtration step.
  • a filter press is preferably used, possibly combined with a membrane-type plate press filter.
  • separation of the solid phase, constituting a residue, from the liquid phase which has been recovered in order to constitute the coagulant is performed by the presence of the iron salts and / or aluminum (aluminum or iron chloride, aluminum sulphate Al 2 (SO 4 ) 3 or iron sulphate if sulfuric acid is used in the acid attack stage).
  • the acid used can itself come from an industrial residue such as a pickling bath.
  • This liquid can serve as a coagulant in all conventional applications, including in particular the realization of a physicochemical stage of wastewater treatment and / or industrial such as a physico-chemical dephosphatation.
  • a precipitation of the phosphorus by Al 3+ or Fe 3+ ions is carried out in order to form the AIPO 4 or FePO 4 salts, although they are very slightly soluble, they precipitate in the colloidal state, this precipitate being subsequently eliminated by flocculation on an excess of metal hydroxide.
  • this coagulant in a coagulation step (for example for to improve a subsequent decantation stage of a liquid), a dehydration step, a carbonation step, an emulsion breaking or coagulation stage, whether this is carried out for the treatment of wastewater and / or industrial effluents or in other applications.
  • a quantitative example of embodiment of the process according to the present invention will now be presented.
  • the ore is loaded by means of a polymer of the polyelectrolyte type.
  • a polymer of the polyelectrolyte type there is 2 grams per liter of active anionic polymer, in a volume of 1575 I which corresponds to a total of 3.115 kg of dry matter.
  • the ore thus charged is then mixed with 6348.4 l of mud from a drinking water plant in the south of the Paris region, which contains 0.061 kg of aluminum per kilogram of dry matter and 41.35 g of dry matter. per liter, which corresponds to a total of 262.5 kg of dry matter comprising 16 kg of aluminum.
  • the dewatering phase of the doped sludge is carried out by means of a filter press.
  • the stack of successive layers of doped sludge is carried out between the interval formed between each pair of two plates of the filter press, which is pressurized up to 15 bar.
  • the result is a recovery yield of 88.7% of aluminum.
  • the tests showed a recovery efficiency of more than 85% for aluminum and more than 95% for iron.
  • this method has the particular advantage of making it possible to obtain the same quantity of coagulant from a lesser amount starting material, namely in the first case of drinking water sludge and in the second case the initial mixture (ore-doped sludge), which in particular reduces the volumes of material transported and treated. Also, by the ore doping, one can obtain a coagulant whose content of iron and / or aluminum salts is increased to the desired value.
  • the method according to the invention has the particular advantage of using less ore, thus allowing the savings in the purchase and transport of ore.
  • This process also makes it possible to find an outlet as a useful material for drinking water sludge that is normally considered as waste and to produce a coagulant salt that can be used in the wastewater treatment stream, thereby limiting the volumes of sludge generally produced. by the two sectors in an extraordinary way.
  • the drinking water sludge collected throughout the Ile de France contains a quantity of trivalent salts that can cover alone about 70 to 80% of the sanitation needs for treatment plants of the same territory.
  • the raw material resulting from the dehydration state is transported to the final place of manufacture of the coagulant which may be the purification plant that will need of this coagulant during the wastewater treatment stages.
  • the manufacture of the coagulant may be the purification plant that will need of this coagulant during the wastewater treatment stages.
  • this site will be able to centralize the recovery of dehydrated doped sludge or raw materials from different drinking treatment plants in order to carry out the third and last phase of the coagulant manufacturing process.
  • inorganic coagulant in particular aluminum chloride, alumina sulphate, iron chloride or sulphate, PAC and PACS or else mixed salts of iron and / or aluminum.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'obtention d'un produit coagulant. De façon caractéristique, on prépare une matière première contenant de la boue résultant du traitement d'eau potable et un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium, cette matière première étant soumise à une attaque acide en vue de former des sels de fer, des sels d'aluminium ou de leur mélange. Application de ce coagulant lors de la réalisation d'une étape physico-chimique du traitement des eaux usées et /ou industrielles.

Description

Procédé d'obtention d'un produit coagulant, produit destiné à fabriquer ledit coagulant et procédé de traitement des eaux usées et /ou industrielles utilisant ledit coagulant
L'invention concerne un procédé d'obtention d'un produit coagulant qui peut être utilisé en particulier pour le traitement des eaux usées que ce soient des eaux résiduaires urbaines et /ou industrielles.
Habituellement, dans le traitement des eaux usées, on réalise notamment une étape de déphosphatation, en particulier une déphosphatation physico-chimique. A cet effet, on réalise une précipitation par la chaux ou par des sels contenant des ions trivalents, notamment en utilisant du chlorure de fer ou d'aluminium. Dans certaines régions, c'est quasi-exclusivement du chlorure ferrique FeCb que l'on utilise, en grande quantité, dans cette étape de déphosphatation physico-chimique. En parallèle, on sait que dans le cas du traitement des eaux potables, les résidus en résultant et en particulier les boues d'eau potable ou terres de décantation, contiennent des sels d'ions trivalents. En effet, parmi les étapes du traitement classique des eaux destinées à la consommation on utilise un coagulant à base d'ions trivalents, en particulier ferrique ou aluminium, de sorte que les résidus solides de ce traitement contiennent ces éléments, notamment sous la forme de chlorure ferrique, de sulfate ou de chlorure d'aluminium.
Des tentatives ont déjà été proposées de récupérer ces sels ou coagulants contenus dans les boues d'eau potable. Ainsi, par exemple, dans US 5 720 882 ou US 4 448 696 on effectue la récupération de la boue d'eau potable (déshydratée ou épaissie), résultant du traitement de l'eau, puis on réalise le chauffage et l'attaque acide de cette boue pour solubiliser le sel, et enfin on effectue la filtration et la récupération du nouveau coagulant. Également, notamment dans US2002/0179531, il a été proposé d'utiliser des procédés membranaires : une membrane d'échange cationique semi-perméable permet de séparer les sels de la boue, ces sels ayant été préalablement solubilisés par ajustement du pH à l'aide d'une solution d'acide. Dans d'autres cas (US2002/0112740 et WO2004/033732), on a procédé à l'utilisation d'un réacteur biologique avec une faune microbiologique thermophile qui provoque la solubilisation du sel recherché qui est ensuite séparé par séparation solide/liquide. On dispose alors d'un oxyde ou d'un hydroxyde du sel et une attaque acide suivie d'une filtration permet de reformer à nouveau un coagulant. Egalement, il est parfois mis en œuvre un procédé thermique comme dans US 3 901 804 et WO03000602. Dans ce cas on réalise une oxydation par voie humide ou une oxydation en eau supercritique de la boue d'eau potable afin de récupérer le sel, une acidification permet ensuite de reformer un coagulant. Dans tous les cas qui précèdent, on a procédé à une technique similaire qui consiste successivement à :
-séparer/concentrer le sel présent dans la boue d'eau potable, -ajouter un acide minéral pour acidifier le milieu réactionnel qui est chauffé afin de former les sels d'aluminium ou de fer, -récupérer par filtration Ie coagulant ainsi reformé, qui peut être réutilisé.
Toutefois, toutes ces techniques engendrent une quantité de sels de fer ou d'aluminium récupérée qui est variable puisqu'elle dépend de la teneur en sel de la boue d'eau potable utilisée comme matière première. Ainsi, le rendement variable de la conversion en coagulant procure une qualité très instable du coagulant. On peut noter que les méthodes thermiques ont un meilleur rendement de récupération mais il faut relever qu'elles coûtent relativement cher par rapport au prix d'un coagulant commercial. D'autre part, un autre inconvénient réside dans le fait que la mise en oeuvre de l'une ou l'autre de ces techniques nécessite le transport de la boue d'eau potable, en très grande quantité, depuis la station de traitement jusqu'à la station d'épuration ou, plus généralement jusqu'eu lieu de récupération du coagulant contenu dans les boues d'eau potable, d'où il en découle des frais de transport supplémentaires importants. Alternativement, si la mise en oeuvre du procédé de récupération est directement réalisée au niveau de la station d'eau potable, on génère un coagulant qui doit cependant encore être transporté, en vue de son utilisation, jusqu'à une station d'épuration, ce qui également présente des coûts de transport significatifs. De plus, dans ces techniques, on utilise souvent de la chaux pour l'étape de déshydratation ce qui d'une part entraîne des coûts liés à l'achat de cette matière première, et d'autre part ne permet pas d'aboutir à une déshydratation suffisamment poussée pour que les volumes de matière obtenus soient transportables de façon rentable.
La présente invention a pour objectif de fournir un procédé permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur et en particulier offrant la possibilité d'utiliser la boue d'eau potable comme source de sels de fer ou d'aluminium afin de former un coagulant dont la qualité, et plus particulièrement la teneur en sels de fer et/ou d'aluminium, lui permette d'être utilisé dans le traitement des eaux usées, tout en présentant une forme compatible avec un coût de transport économiquement viable.
A cet effet, selon la présente invention, il est proposé un procédé d'obtention d'un produit coagulant qui est caractérisé en ce que l'on prépare une matière première contenant de la boue résultant du traitement d'eau potable (terre de décantation), ladite boue étant enrichie par un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium, cette matière première étant soumise à une attaque acide en vue de former des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange, sous la forme de sels simples et/ou de sels composés.
Ainsi, on propose un procédé d'obtention d'un produit coagulant qui, par rapport à l'état antérieur de la technique selon lequel on prépare de la boue résultant du traitement d'eau potable, puis on soumet ce produit à une attaque acide en chauffant, puis on filtre, se distingue par le fait qu'on procède au préalable à l'enrichissement de la boue d'eau potable par des ions Fe3+ et/ou Al3+.
De cette manière, on comprend que par l'ajout d'un minerai de fer et/ou d'aluminium, on dope la boue d'eau potable en fer et/ou en aluminium à la hauteur souhaité en fonction de la teneur finale souhaitée en fer et/ou aluminium dans le coagulant. Il faut noter que le dopage (enrichissement) peut non seulement être réalisé par du minerai de fer et/ou d'aluminium mais encore par l'ajout de l'un de ces deux métaux.
Cette solution présente aussi l'avantage supplémentaire, de permettre, outre une économie de minerai par rapport au procédé de fabrication traditionnel d'un coagulant, également de trouver un débouché pour les boues d'eau potable qui sont ainsi valorisées.
Selon l'invention, le procédé comporte avantageusement les étapes suivantes : a) on réalise un mélange initial entre de la boue résultant du traitement d'eau potable et de la poudre d'un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium, ce par quoi on dope la boue ; b) on déshydrate le mélange initial pour former une matière première (par exemple sous la forme d'un gâteau ou de granulés) ; c) on réalise une attaque acide, avec un chauffage initial, de la matière première avec un acide minéral, ce par quoi on forme un produit intermédiaire contenant des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange, et d) on réalise une filtration du produit intermédiaire afin de séparer la phase solide de la phase liquide contenant ledit produit coagulant.
Globalement, grâce à la solution selon la présente invention, il est possible de permettre l'obtention, à partir de boue d'eau potable et de minerai de fer et/ou d'aluminium, d'une matière première déshydratée présentant une siccité suffisante, en vue de son transport. Dans ce cas, on réalise avantageusement la dernière phase du procédé de fabrication du coagulant, à savoir la phase de récupération - génération (étapes c) et d) d'attaque acide et de filtration), sur le site utilisateur, à savoir principalement une station d'épuration, ou encore sur un site dédié à cet effet. Alternativement, on peut réaliser l'ensemble des étapes du procédé aboutissant à la formation du coagulant sur le site fournisseur de boue d'eau potable avant son transport sur le site utilisateur.
Selon une possibilité de mise en œuvre du procédé selon l'invention, le procédé comporte avantageusement les étapes suivantes : a') on ajoute de la poudre d'un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium lors de l'étape de clarification du traitement d'eau potable, ce par quoi on obtient un mélange initial; b) on déshydrate le mélange initial pour former une matière première ; c) on réalise une attaque acide, avec un chauffage initial, de la matière première avec un acide minéral, ce par quoi on forme un produit intermédiaire contenant des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange, et d) on réalise une filtration du produit intermédiaire afin de séparer la phase solide de la phase liquide contenant ledit produit coagulant
Ainsi, dans ce cas l'étape a) devient alors l'étape a') qui intervient lors de la clarification (coagulation - floculation -décantation) de l'eau. Le minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium sert de support aux flocs lors de la clarification de façon à récupérer une boue dopée en matière active et favoriser la décantation et l'élimination des matières en suspension et des matières organiques. De façon particulièrement avantageuse, préalablement à l'étape a), on charge le minerai, préférentiellement au moyen d'un polyélectrolyte, ionique (cationique ou anionique) ou non ionique, servant d'agent floculant pour le minerai. Le chargement du minerai permet d'améliorer ses capacités en tant que structurant pour l'étape b) de déshydratation.
Ce chargement peut aussi comprendre l'introduction de chaux, en quantité toutefois moindre que pour une étape classique de préparation à la déshydratation des boues d'eau potable.
De préférence, l'étape c) d'attaque acide est réalisée en utilisant de l'acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique, mais il faut noter que l'emploi de tout acide minéral peut convenir.
S'agissant de l'étape b) de déshydratation, elle est de préférence réalisée au moyen d'un filtre presse et/ou d'un filtre presse à membrane. Dans ce cas, ne mettant pas en œuvre une déshydratation par de la chaux, qui est classiquement utilisée dans le traitement des boues d'eau potable notamment pour réaliser un amendement calcique, on économise cette matière première.
De plus, le rôle de structurant jouée par la chaux lors de l'étape de déshydratation d'un traitement classique des boues d'eau potable, est dans le cas de l'invention joué par le minerai qui est avantageusement chargé, en particulier par un polyélectrolyte.
De préférence, afin d'augmenter encore la siccité de la matière première, le procédé comporte en outre, après l'étape b) de déshydratation, une étape de déshydratation complémentaire de la matière première par séchage, filtre presse et/ou filtre presse à membrane.
Egalement, la présente invention porte sur le coagulant résultant de ce procédé de fabrication et provenant à la fois d'un minerai de fer et/ou d'aluminium et de boue d'eau potable.
Selon un autre aspect, la présente invention porte sur un produit destiné à permettre l'obtention d'un coagulant pour le traitement des eaux usées et /ou industrielles, comprenant de la boue résultant d'une installation de traitement d'eau potable enrichie par un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium.
Avantageusement, ce produit comprend en outre un polyélectrolyte, ionique (cationique ou anionique) ou non ionique, servant d'agent floculant pour le minerai. La présence de cet électrolyte réalise un chargement du minerai, ce qui permet d'améliorer ses capacités en tant que structurant pour l'étape de déshydratation.
Un tel produit peut correspondre au mélange initial (boue dopée) formé de la boue résultant du traitement d'eau potable et qui a été dopée par le minerai contenant des ions Fe3+ et/ou Al3+, ou bien encore ce produit peut correspondre à la boue dopée déshydratée formant, à l'issue de l'étape de déshydratation, la matière première précitée.
Selon une autre disposition préférentielle, ce produit présente une siccité supérieure à 25 % en masse, la siccité de ce produit étant de préférence comprise entre 35 et 90% en masse. Une siccité suffisamment importante pour être compatible avec les impératifs de transport est obtenue notamment lorsque ce produit est formé de la matière première résultant des étapes a) et b) (dopage de la boue par le minerai et déshydratation), avant la mise en œuvre des étapes c) et d) (attaque acide et filtration) du procédé précité.
Egalement, la présente invention porte sur un procédé de traitement des eaux usées et /ou industrielles, comprenant une étape physico-chimique utilisant un coagulant, caractérisé en ce ledit coagulant comportant comporte un électrolyte minéral à base d'ion trivalent résultant au moins partiellement de boue de la filière de traitement de l'eau potable, ladite boue étant enrichie par un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium. De préférence, ledit coagulant comporte un ou plusieurs sels, simple ou composés, parmi le groupe formé des sels de fer et des sels d'aluminium.
En particulier, ladite étape physico-chimique est une déphosphatation physico-chimique, une coagulation, une étape de déshydratation, de décarbonatation ou de cassage d'émulsion.
Ainsi, on comprend que le coagulant fabriqué selon l'invention, à partir du mélange de boues d'eau potable et de minerai, en particulier de minerai de fer et/ou d'aluminium, peut trouver bon nombre de débouchés dans le domaine du traitement de l'eau.
Ce coagulant peut également trouver des utilisations dans d'autres domaines, notamment comme élément liant pour la fabrication du béton, ou pour la fabrication de papier dans la chimie de la partie humide de la machine. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence à la figure unique qui représente de façon synoptique un mode de réalisation du procédé conforme à l'invention.
En premier lieu, on procède au dopage de la boue d'eau potable (phase 10) contenant le coagulant que l'on souhaite isoler et récupérer.
À cet effet, on mélange du minerai contenant des ions aluminium Al3+ et/ou des ions fer Fe3+ à de la boue d'eau potable provenant du traitement des eaux potables, puis on obtient le mélange initial formé de cette boue dopée. De préférence, comme il apparaît sur la figure unique, préalablement à la réalisation de ce mélange, on ajoute au minerai de fer et/ou d'aluminium un polymère servant de polyélectrolyte afin de charger le minerai. Ce polyélectrolyte peut être ionique (cationique ou anionique) ou non ionique. De cette façon, le minerai chargé est ainsi davantage apte à servir de structurant de la boue d'eau potable pour la phase ultérieure de déshydratation. De plus, lors du mélange entre le minerai chargé et la boue d'eau potable, on obtient une floculation propice à faciliter la déshydratation ultérieure. Lors de cette seconde phase de déshydratation 20, qui peut consister en plusieurs étapes, on utilise un système mécanique tel qu'un filtre à membrane ou un filtre presse, dont l'action peut-être combinée à une étape de déshydratation complémentaire par séchage ou par filtre (filtre presse ou filtre à plateaux à membrane). Ainsi, par déshydratation par filtre- presse, on peut atteindre des siccités de plus de 25%, notamment de 35 à 55%. Avec le séchage, on peut atteindre des siccités de l'ordre de 90%.
On peut aussi envisager de réaliser l'étape de déshydratation 20 uniquement par séchage et dans ce cas il n'est pas utile de charger le minerai par ajout d'un polyélectrolyte. À l'issue de cette étape de déshydratation, le mélange initial ou boue dopée résulte en deux nouveaux produits formés de la partie liquide, sous la forme d'un filtrat, et de la partie solide sous la forme d'une boue dopée déshydratée dénommée matière première (gâteau ou granulés).
En effet, c'est cette matière première qui va servir à la fabrication du coagulant dans la suite du procédé de fabrication.
Ainsi, comme on l'a vu précédemment, on peut atteindre plus généralement une siccité de 25% à 90% ce qui réduit considérablement le volume de la matière première à transporter dans le cas ou la phase finale de fabrication du coagulant est réalisée ailleurs. Enfin, lors de la troisième phase du procédé de fabrication du coagulant, on réalise la formation du coagulant par deux étapes successives : attaque acide et filtration.
Lors de l'étape d'attaque acide, on ajoute à la boue dopée déshydratée un acide minéral en excès, l'ensemble étant chauffé à une température de l'ordre de 80 0C pendant plusieurs heures. Pendant cette étape, de la vapeur d'eau s'échappe du récipient contenant le milieu réactif et la réaction de l'acide avec les ions fer ou les ions aluminium aboutit à la formation de sels de fer et/ou d'aluminium. Tout acide minéral peut convenir tel que de l'acide chlorhydrique, de l'acide sulfurique ou encore de l'acide phosphorique.
Le matériau réactif qui est constitué à la fin de l'attaque acide forme un produit intermédiaire.
Ainsi, par exemple, lorsqu'on utilise de l'acide chlorhydrique, on obtient : -du chlorure d'aluminium AICI3 à partir de l'alumine :
AI(OH)3 + 3 HCI -> AICI3 + 3 H2O - du chlorure ferrique à partir de l'oxyde de fer : Fe2O3 + 6 HCI -> 2 FeCI3 + 3 H2O
Pendant cette étape, dans le milieu acide chauffé, en présence du polyélectrolyte, ce polymère peut subir une hydrolyse partielle: la teneur résiduelle du polyélectrolyte permettra avantageusement de favoriser par floculation une meilleure déshydratation du produit intermédiaire lors de l'étape ultérieure de filtration.
Lors de l'étape de filtration, on utilise de préférence un filtre presse, éventuellement combiné à un filtre presse à plateaux du type à membrane.
À l'issue de cette étape de filtration, on a réalisé la séparation de la phase solide, constituant un résidu, de la phase liquide qui est récupérée afin de constituer le coagulant, de part la présence des sels de fer et/ou d'aluminium (chlorure d'aluminium ou de fer, sulfate d'aluminium AI2(SO4)3 ou sulfate de fer si on utilise de l'acide sulfurique dans l'étape d'attaque acide).
Dans le cas où on utilise de l'acide sulfurique lors de l'attaque acide, si le minerai utilisé est un minerai de fer, on obtient du sulfate ferreux que l'on peut ensuite oxyder à l'aide d'oxygène pur ou bien de chlore en sulfate ferrique, selon une pratique bien connue de l'homme du métier.
On peut noter que l'acide utilisé peut lui-même provenir d'un résidu industriel tel qu'un bain de décapage.
À la fin du procédé, on obtient donc un liquide contenant un sel (par exemple chlorure ou sulfate) d'un ion trivalent libéré et solubilisé, en l'occurrence l'ion Al3+ ou Fe3+.
Ce liquide peut servir de coagulant dans toutes les applications classiques, parmi lesquels en particulier la réalisation d'une étape physicochimique du traitement des eaux usées et/ou industrielles telle qu'une déphosphatation physico-chimique. Dans ce cas, on réalise une précipitation du phosphore par les ions Al3+ ou Fe3+ afin de former les sels AIPO4 ou FePO4, quoique très peu solubles, précipitent à l'état colloïdal,ce précipité étant par la suite éliminé par floculation sur un excès d'hydroxyde métallique. Parmi les autres exemples d'application, on peut citer l'utilisation de ce coagulant dans une étape de coagulation (par exemple pour améliorer une étape de décantation ultérieure d'un liquide), une étape de déshydratation, une étape de carbonation, une étape de cassage ou coagulation d'émulsion que celle-ci soit réalisée pour le traitement des eaux usées et/ou industrielles ou dans d'autres applications. À titre illustratif, il va maintenant être présenté un exemple quantitatif de réalisation du procédé conforme à la présente invention.
Selon cet exemple de mise en oeuvre, on a choisi d'utiliser 1 kg de minerai d'oxyde d'aluminium contenant 98 % d'AI(OH)3 par kilogramme de boue d'eau potable traitée. Première phase ; dopage de la boue
On utilise le 262,5 kg de minerai contenant 0,32 g d'aluminium par gramme de minerai (ceci correspond à l'introduction de 84 kg d'aluminium pour un total de 262,5 kg de matière sèche).
En premier lieu, on réalise le chargement du minerai au moyen d'un polymère de type polyélectrolyte. Dans l'exemple, on a 2 grammes par litre de polymère anionique actif, dans un volume de 1575 I ce qui correspond à un total de 3,115 kg de matière sèche.
Le minerai ainsi chargé est ensuite mélangé à 6348,4 I de boue d'une usine d'eau potable, au sud de la région parisienne, qui contient 0,061 kg d'aluminium par kilogramme de matière sèche et 41,35 g de matière sèche par litre, ce qui correspond à un total de 262,5 kg de matière sèche comprenant 16 kg d'aluminium.
Pour réaliser ce mélange, on peut par exemple utiliser le procédé ou le réacteur de floculation présenté dans le document WO 2005/0 65 832.
Lors de ce mélange, on constate un phénomène de floculation de la boue d'eau potable, grâce à la présence du minerai qui sert de structurant, ce phénomène est encore accentué par le polyélectrolyte.
À l'issue du mélange, on obtient un volume de 7923,4 I de boue dopée contenant 0,19 kg d'aluminium par kilogramme de matière sèche, soit 100 kg d'aluminium récupéré contenu dans 528,15 kg de matière sèche.
Deuxième phase : déshydratation de la boue dopée
En second lieu, on réalise la phase de déshydratation de la boue dopée, au moyen d'un filtre presse. Pendant cette étape, on réalise l'empilement de couches successives de boue dopée entre l'intervalle formé entre chaque paire de deux plateaux du filtre presse, que l'on met en pression jusqu'à 15 bars.
À ce stade, on note qu'il est également possible d'utiliser
(exemple non présenté) alternativement ou en combinaison à un tel filtre presse, un filtre plateaux à membrane que l'on met en pression jusqu'à sept bars, cette solution étant particulièrement avantageuse si la boue contient des particules de très petite taille.
Dans le cas du mode de réalisation mis en oeuvre, à l'issue de l'étape de déshydratation, on obtient : -un filtrat représentant un volume de 7923,4 I et contenant
0,7 g de matière sèche par litre dont 2,5 mg d'aluminium par litre, soit un total de 0,6 kg d'aluminium pour 4,59 kg de matière sèche, et
- de la boue dopée déshydratée formant 1415, 11 kilogrammes de matière première présentant les caractéristiques suivantes : teneur en aluminium 0,17 kg par kilogramme de matière sèche et une siccité de 37 %, ce qui correspond à un total de 89 kg d'aluminium récupéré et de 523,59 kg de matière sèche.
Troisième phase : formation du coagulant par récupération- régénération Pendant la dernière phase du procédé de fabrication, la matière première indiquée ci-dessus est mélangé à 2667,83 I d'acide chlorhydrique à 37,6 % (quantité excédentaire) , le tout étant porté à 80 0C en laissant s'opérer cette réaction exothermique pendant deux heures. À l'issue de cette étape d'attaque acide, on réalise l'étape finale de filtration au moyen du même type de filtre presse que celui utilisé pendant la phase précédente de déshydratation ou au moyen d'un filtre à tambour sous vide, de sorte que l'on aboutit finalement à la formation :
-d'un résidu solide de 91,23 kilos (soit 17,4 % de la matière sèche introduite), et -de 3247,8 I d'une solution de coagulant contenant du chlorure d'aluminium AICb présentant une densité de 1,18, une teneur en aluminium de 27,3 g par litre et un pourcentage d'alumine AL2O3 de 5,16 %, soit un total de 88,7 kg d'aluminium récupéré.
Dans cet exemple de réalisation, on aboutit donc à un rendement de récupération de 88,7% de l'aluminium. Globalement, les essais menés ont démontré un rendement de récupération de plus de 85% pour l'aluminium et de plus de 95 % pour le fer.
L'utilisation de cette solution de coagulant dans une étape de traitement de déphosphatation a montré des résultats équivalents en terme de taux d'abattement du phosphore.
Egalement, dans l'exemple de réalisation présenté précédemment, on est parti d'une masse initiale égale de matière sèche du minerai et de matière sèche de la boue d'eau potable, mais on comprend que l'on peut modifier cette répartition pour obtenir au final une solution de coagulant présentant la teneur souhaitée, et notamment une teneur analogue aux coagulants du marché.
Egalement, dans cet exemple de réalisation, on est parti d'une boue et d'un minerai contenant tous les deux de l'aluminium, mais on aurait pu partir de boues et de minerai contenant tous les deux des ions ferrique, ou encore de boues et de minerai dont l'un contient de l'aluminium et l'autre contient des ions ferrique. Dans ce dernier cas, on peut notamment partir d'une boue d'eau potable contenant des ions ferrique, cette boue étant dopée par un minerai d'aluminium, de sorte qu'en sortie on obtient un coagulant avec un sel mixte d'emploi très large, à la teneur souhaitée.
En comparaison de la mise en oeuvre du procédé actuel de fabrication d'un coagulant uniquement à partir de la boue d'eau potable, ce procédé a notamment pour avantage de permettre d'obtenir la même quantité de coagulant à partir d'une quantité moindre de matière de départ, à savoir dans le premier cas de la boue d'eau potable et dans le second cas le mélange initial (boue dopée au minerai), ce qui réduit notamment les volumes de matière transportée et traitée. Egalement, par le dopage en minerai, on peut obtenir un coagulant dont la teneur en sels de fer et/ou d'aluminium est majorée jusqu'à la valeur souhaitée.
A titre d'exemple, sans le dopage en minerai conforme à l'invention, on atteint généralement, avec les seules boues d'eau potable, un coagulant présentant une teneur en sels d'aluminium de 1 ou 2% (5 à 10 % pour les sels de fer), contre jusqu'à 8 % avec dopage (au moins 32% pour les sels de fer). En comparaison de la mise en œuvre d'un procédé de l'art antérieur de fabrication d'un coagulant uniquement à partir de minerai, le procédé conforme à l'invention a notamment pour avantage d'utiliser moins de minerai, donc de permettre la réalisation d'économie au niveau de l'achat et du transport de minerai. Ce procédé permet encore de trouver un débouché en tant que matière utile aux boues d'eau potables qui sont normalement considérées comme des déchets et de produire un sel coagulant utilisable dans la filière de traitement des eaux usées, limitant ainsi les volumes de boues globalement produites par les deux filières de façon extraordinaire.
A titre d'exemple, les boues d'eau potables récupérées dans toute l'Ile de France contiennent une quantité de sels trivalents qui peut couvrir à elle seule environ 70 à 80% des besoins d'assainissement pour les stations d'épuration du même territoire. De façon préférentielle, dans le cas du mode réalisation donné à titre d'exemple précédemment, la matière première résultant de l'état de déshydratation est transportée sur le lieu de fabrication final du coagulant qui peut être la station d'épuration qui va avoir besoin de ce coagulant au cours des étapes de traitement des eaux usées. Alternativement, on peut dédier à un site extérieur l'opération de traitement des eaux usées, la fabrication du coagulant. En particulier, ce site pourra centraliser la récupération des boues dopées déshydratées ou matières premières provenant de différentes stations de traitement de potable afin de réaliser la troisième et dernière phase du procédé de fabrication du coagulant.
On comprend que le procédé qui a été présenté précédemment peut être mis en oeuvre pour fabriquer différents types de coagulant minéraux, notamment du chlorure d'aluminium, du sulfate d'alumine , du chlorure ou du sulfate de fer, des PAC et PACS ou encore des sels mixtes de fer et/ou d'aluminium.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'obtention d'un produit coagulant, caractérisé en ce que l'on prépare une matière première contenant de la boue résultant du traitement d'eau potable, la boue étant enrichie par un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium, cette matière première étant soumise à une attaque acide en vue de former des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on réalise un mélange initial entre de la boue résultant du traitement d'eau potable et de la poudre d'un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium ; b) on déshydrate le mélange initial pour former une matière première ; c) on réalise une attaque acide, avec un chauffage initial, de la matière première avec un acide minéral, ce par quoi on forme un produit intermédiaire contenant des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange, et d) on réalise une filtration du produit intermédiaire afin de séparer la phase solide de la phase liquide contenant ledit produit coagulant .
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a') on ajoute de la poudre d'un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium lors de l'étape de clarification du traitement d'eau potable, ce par quoi on obtient un mélange initial; b) on déshydrate le mélange initial pour former une matière première ; c) on réalise une attaque acide, avec un chauffage initial, de la matière première avec un acide minéral, ce par quoi on forme un produit intermédiaire contenant des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange, et d) on réalise une filtration du produit intermédiaire afin de séparer la phase solide de la phase liquide contenant ledit produit coagulant.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que préalablement à l'étape a), on charge le minerai au moyen d'un polyélectrolyte.
5. Procédé selon la revendication 2, 3 ou 4 , caractérisé en ce que l'étape c) d'attaque acide est réalisée en utilisant de l'acide chlorhydrique ou de l'acide sulfurique.
6. Procédé selon la revendication 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'étape b) de déshydratation est réalisée au moyen d'un filtre presse et/ou d'un filtre presse à membrane.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, après l'étape b) de déshydratation, une étape de déshydratation complémentaire de la matière première par séchage, filtre presse et/ou filtre presse à membrane.
8. Produit coagulant pour le traitement des eaux usées et /ou industrielles, obtenu par attaque acide d'une matière première comprenant de la boue résultant d'une installation de traitement d'eau potable enrichie par un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium.
9. Produit coagulant selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite matière première comprend en outre un polyélectrolyte.
10. Produit coagulant selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite matière première présente une siccité supérieure à 25 %.
11. Procédé de traitement des eaux usées et /ou industrielles, comprenant une étape physico-chimique utilisant un coagulant, caractérisé en ce ledit coagulant comporte un électrolyte minéral à base d'ion trivalent résultant au moins partiellement d'une matière première contenant de la boue de la filière de traitement de l'eau potable, ladite boue étant enrichie par un minerai contenant du fer et/ou de l'aluminium, cette matière première ayant été soumise à une attaque acide en vue de former des sels de fer, des sels d'aluminium ou leur mélange.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite étape physico-chimique est une déphosphatation physico-chimique, une coagulation, une étape de déshydratation, de décarbonatation ou de cassage d'émulsion.
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que ledit coagulant comporte un ou plusieurs sels parmi le groupe formé des sels de fer et des sels d'aluminium.
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