Brevet FR2125393A1 — publié le 19720929

La présente invention concerne des procédés de traitement des eaux et plus particulièrement des procédés pour faire floculer des solides tenus en suspension» D'une façon plus précise encore, elle concerne un procédé de floculation des solides en suspension dans un milieu aqueux qui comporte l'addition au milieu d'une quantité efficace d'un polymère hydrosoluble contenant des motifs de formule : fî"1 t —GHo—C— ^ i 0=0 I m i 15 . b2(SO3M)x 1 dans laquelle E. représente un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle inférieur ou un radical alcoyle inférieur substitué, p E représente un radical d'hydrocarbure divalent ou trivalent ou 20 d'hydrocarbure substitué, M représente un atome d'hydrogène ou un équivalent d'un cation, et x est égal à 1 ou 2o La mise au point de floculants perfectionnés a connu récemment un intérêt croissant en raison du fait que l'attention s'est portée sur la dépollution des eauxo II est courant 25 d'utiliser ces floculants au cours de la précipitation des eaux usées dans les usines de traitement pour assurer que pratiquement la totalité des matières en suspension est éliminée avant que l'eau traitée soit renvoyée dans les-voies d'eau naturelle. Les floculants sont également utiles dans divers 30 procédés industriels pour le dépôt et la récupération de divers types de solides en suspension dans l'eauo L'un des buts principaux de la présente invention est donc de fournir des floculants perfectionnés et des procédés de floculation» 35 Un autre but de la présente invention est de fournir des polymères aisément disponibles qui servent de floculants excellents et d'agents de traitement des eaux» 72 04669 2 2125393 D'autres buts seront en partie évidents et apparaîtront en partie à la lumière de ce qui va suivre» En bref, le procédé présentement décrit implique 1'utilisation comme floculants de polymères hydrosolubles 5 d'acrylamides substitués par des groupes N-sulfo-hydrocarbonés. Ces acrylamides sont représentés par la formule précédente 1 s \ dans laquelle E représente un atome d'hydrogène ou un radical 2 alcoyle inférieur (ainsi qu'il sera défini ci-après) et E représente un radical d'hydrocarbure divalent ou trivalent. Tel-10 le que présentement utilisée, on entend par l'expression "radical d'hydrocarbure* des radicaux aliphatiqu.es, cyclo-aliphati-ques et aromatiques (y compris des aromatiques substitués par des groupes aliphatiques et cycloaliphatiques et des radicaux aliphatiques et cycloaliphatiques substitués par des groupes 15 aromatiques). Ceci englobe aussi des radicaux cycliques dans lesquels le cycle est complété par une autre portion de la molécule, c'est-à-dire que deux quelconques des substituants indiqués peuvent ensemble former un radical d'hydrocarbure cycliqueo 20 Les exemples suivants sont destinés à illustrer les radicaux d'hydrocarbures divalents entrant dans le cadre de la présente invention. Lorsqu'un radical cité présente plusieurs formes isomères (par exemple le butylène) toutes ses formes sont englobées. 25 30 35 Méthylène -Q~" Ethylène Cyclohexylène Propylène Cyclopentylène Butylène Méthylcyclopemfcylène Héxylène ~E>- Octylène — Décylène ^~^=ch2 ch5 72 04669 a 2125393 15 —oh=ch- -ch=cech2- -C=0- -OsC-CH -2 Phénylène Tolylène Xylylène Naphtylène 10 -CgH^CgH^- -c6h4(oh2)hch2- -ch0gh ^ I 20 Les radicaux trivalents sont similaires aux précédents mais avec un hydrogène en moins. Bien des variantes de ces radicaux apparaîtront aux spécialistes de cette question, et entrent dans le cadre de la 25 présente inventiono On considère que des hydrocarbures substitués alcoyle aryle, alcoylène, arylène, etc.., sont comme pleinement équivalents aux radicaux d'hydrocarbures alcoyle, aryle, alcoylène, arylène, etc., et font partie de la présente invention» On 30 entend par "substitué" des radicaux qui portent des substituants qui ne modifient pas de façon importante le caractère ou la réactivité du radical. Des exemples en sont les suivants: Halogénures (fluorure, chlorure, bromure, iodure) j hydroxy ; éther (en particulier alcoxy inférieur), céto ; car-35 boxy ; ester (en particulier carbalcoxy inférieur) ; aminoacyle (amide) ; amino ; nitro ; cyano ; thioéther ; sulfoxy ; sulfone ester et amide d'acide sulfonique etc... 72 04669 4 2125393 En général, onifa pas en présence plus de trois de ces substituants pour 10 atomes de carbone dans le radical. De préférence, les radicaux hydrocarbure ou hydrocarbure substitué dans les composés utilisés selon- le procédé de 5 la présente invention sont dépourvus de liaison éthylénique ou acétylénique et ne présentent pas plus de 30 atomes de carbone environ, de façon désirable moins de 12 atomes de carbone environ» On exprime une préférence particulière pour des radicaux d'hydrocarbures inférieurs, le terme "inférieur" désignant 10 des radicaux contenant jusqu'à 7 atomes de carbone» De façon tout à fait préférable encore, ce sont des radicaux alcoylène ou arylène et le plus souvent alcoylène» 1 Dans la formule, H représente un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle mais de préférence, c,est l'hydrogène ou 2 15 un radical méthyle, habituellement l'hydrogène. E peut représenter un radical hydrocarboné quelconque divalent ou trivalent, de préférence un radical alcoylène ou arylène, et habituellement alcoylène inférieur. Selon une forme préférée de mise en oeuvre de la pré- 20 sente invention, ^3 > p E représente -C-CHo formule dans laquelle » £- E4 E^ représente un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle infé-25 rieur (habituellement) ou aryle, E^ représente un atome d'hydrogène ou un radical alcoyle inférieur (habituellement), et le groupe acide sulfonique est fixé à l'atome méthylénique non substitué. On peut obtenir ces polymères par polymérisation soit 30 seuls, soit en combinaison avec d'autres monomères vinyliques polymérisables des acrylamides monomères correspondants substitués par des groupes N-sulfohydrocarbonés, par exemple les suivants : Acide 2-acrylamidoéthane sulfonique 35 CH2=CHC0imCH2CH2S03H 72 04669 5 2125393 10 Acide 2-aciylamidoproparie sulfonique ch2=chcoeechch2so3h ch3 5 Acide 2-acrylamido-2-méthyl-propane sulfonique ch-, » 3 0h2»0hc0nh0-ch2s03h oh, 0 Acide 3-méthacrylamidopropane sulfonique oh2=o-coiïhch2oh2ch2so5h ch, O 15 Acide 4—métiiacxylamidocy cloh.exape sulfonique cho=c-c0nh ^ » ch3 20 Acide 2-acrylamido-2-pIiénylétliane sulfonique ch2=chcoehchch2so3h °6H5 Acide 2-acryl amid o-2-pb.énylprop an e sulfonique 25 OHj cho=chc0ehc-chos0,.h - 2 t O c6ïï5 30 Acide 4—acrylamidobenzène sulfonique cho=chc0hh—(i ^ s0,h 2 \=J 3 35 72 04669 6 2125393 Acide 5-acrylamidobeKizène-1 ,3-disulfonique Du point de vue de l'économie, de la facilité de la préparation et de la polymérisation, et de 1*efficacité, les 10 floculants les plus désirables sont des polymères de l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique ou de ses sels, habituellement les sels de métaux alcalins et d'ammonium et de préférence les sels de sodium et de potassium. On entend par l'expression "acrylamide substitué par un groupe N-sulfohydro-15 carboné" telle que présentement utilisée, cette classe de composés de façon générale, étant bien entendu que le composé cité ci-dessus est préféré spécialement» Les polymères d*acrylamide substitué par un groupe N-sulfobydrocarboné utilisés dans le procédé selon la présente 20 invention, peuvent être des homopolymères ou des interpolymères, ces derniers contenant au moins 5% en poids et de préférence au moins 50% en poids de motifs acrylamide substitué par un groupe N-sulfohydrocarbonéo L'identité du ou des autres monomères n'est pas rigoureuse si ce n'est que le polymère doit 25 hydrosoluble» Les polymères les plus utiles sont des homopolymères et des copolymères avec 5 à 95%» de préférence de 5 à 50% et mieux encore de 5 à 30% de monomère acrylique comme l'acide acrylique ou méthacrylique ou l'un de ses sels ou ami-des, particulièrement 1'acrylamide, la méthacrylamide, la N-30 méthylacrylamide, la N-(1,1-diméthyl-3-diméthyl-aminobutyl) acrylamide, etc.» On préfère des polymères à poids moléculaire très élevé. On peut préparer les polymères en masse, en solution, en suspension ou en émulsion par des procédés connus de cette 35 technique. Gomme ils doivent être hydrosolubles, il est fréquemment commode de les préparer en solution aqueuse. Un autre procédé qu'on a trouvé être particulièrement utile consiste à 72 04669 7 2125393 préparer une solution ajueuse du ou des monomères et de la mettre en suspension dans un solvant non miscible à l'eau tel qu'un hydrocarbure aliphatique ou aromatique ou un hydrocarbure halogénéo En général, le monomère d'acide sulfonique est trans— 5 formé en son sel métallique préalablement à la polymérisation à l'aide d'un réactif alcalin approprié. Lorsqu'on effectue la polymérisation en suspension, on utilise des agents ordinaires de mise en suspension bien connus des spécialistes de cette question. 10 On peut favoriser la polymérisation par des agents d'amorçage caractéristiques utilisés dans des systèmes aqueux en particulier des peroxydes, des persulfates, le mélange persulfate-bisulfite, etc.» On a trouvé que les sels de métaux alcalins, en particulier du sel de sodium de l'acide 2-acryl-15 amido-2-méthylpropane sulfonique pouvait être fréquemment poly-mérisé en l'absence d'agent amorçant la polymérisation. Il est parfois avantageux de conduire la polymérisation en présence d'une petite quantité d'un agent de transfert de chaîme, qui tend à provoquer la formation d'un polymère dont 20 le poids moléculaire est plus uniforme,que s'il était obtenu autrement. Des agents de transfert de chaîne appropriés sont l'acide mercapto-succinique et d'autres connus des spécialistes de cette question. La floculation s'effectue, conformément a la présen-25 te invention par simple addition d'une quantité efficace du polymère à la suspension à faire floculer. La quantité ajoutée peut être comprise entre environO,Ol et 10 ppm (parties par million), mais habituellement entre environ 0,5 et 1,0 ppm. Il est habituellement avantageux et il est fréquemment essentiel 30 lorsqu'on effectue la floculation industriellement, d'ajouter aussi un co-floculant minéral comme le sulfate ferrique, le sulfate d'aluminium, l'hydroxyde de calcium ou analogues, à raison de 1 à 250 ppm environ. On peut aussi ajouter des auxiliaires de coagulation comme la bentoniteo 35 Le procédé selon la présente invention est illustré à l'aide d'une expérience qui montre les effets comme floculants de divers polymères de 2-acrylamido-2-méthylpropane- 72 04669 8 2125393 suifouate de sodium0 On utilise ces polymères en combinaison avec un co-floculant minéral pour effectuer la précipitation d'une suspension de 200 ppm de kaolin dans l'eau» On ajoute le co-floculant minéral comme solution aqueuse à 0,5% tout en 5 agitant rapidement pendant 3 minutes ; on agite ensuite lentement la suspension pendant 12 minutes, on ajoute le polymère (comme solution aqueuse à 1%) au cours d*un second laps de 3 minutes d'agitation rapide, on agite à nouveau la suspension lentement pendant 12 minutes et on laisse reposer pendant 15 10 minutes. On mesure ensuite la turbidité du liquide en utilisant un photomètre à lumière diffuse Bryce-Phoenix. La solution de polymère utilisée est la suivante : (a) - Homopolymère de 2-acrylamido-2-méthyl-propane sulfo-nate de sodium préparé par agitation d'une solution aqueuse 15 du monomère d'acide sulfonique avec une quantité équivalente de carbonate de sodium jusqu'à ce que la polymérisation soit achevée » (a) - Homopolymère de 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfate de sodium préparé par dissolution du monomère d'acide sulfoni-20 que et d'une quantité équivalente d'hydroxyde de sodium dans l'eau et on polymérise en présence de pe.rsulfate d'ammonium et de bisulfite de sodium.» (3) - On prépare un copolymère à partir de 80 parties de 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonate de sodium et 20 parties 25 d'acrylate de sodium, par polymérisation en solution aqueuse en présence de persulfate d'ammonium et de bisulfite de sodium» (4-) - Un copolymère de 95 parties de 2-acrylamido-2-méthyl-propane sulfonate de sodium et de 5 parties d'acrylamide, préparé en solution aqueuse en utilisant comme agent d'amorçage 30 le mélange de persulfate d'ammonium et de bisulfite de sodium. (5) - Un copolymère de 50 parties de 2-acrylamido-2-méthyl-propane sulfonate de sodium avec 50 parties de H—(1jl-diméthyl- 3-diméthylaminobutyl)acrylamide, quaternisé avec du sulfate de diméthyle, ce polymère étant préparé en solution aqueuse en 35 utilisant un agent d'amorçage de persulfate d'ammonium. (La préparation du K-(1,1-diméthyl-3-diméthylaminobutylàacrylamide est décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis d'âmérique 72 04669 9 2125393 N° 832 4-12 déposée le 11 Juin 1969)® Les résultats sont donnés au Tableau I ci-après : TABLEAU I 5 Polymère Polymère conc «,ppm» Sel Sel conc o ^ ppsio Turbidité mm 0 0 7,96 1d - 0 i,e2(s04)3 3 7,62 1 0,03 •^e2^®^4^3 18 0,23 1 0,1. ^S0M-')3 3 0,12 15 1 0,5 *e2(s04)5 3 0,15 1 1,0 *e2(S04)3 3 0,24 5 0,1 ai2(so4)3 10 0,33 20 5 0,8 ai2(so4)3 5 0,29 Le Tableau II donne des résultats similaires sur la floculation d*eaux usées obtenue à l'usine de traitement des 25 eaux d'Euclid (Ohio) TABLEAU II Polymère Polymère Feo(SO^), Turbidité conc», ppm0 concoppm? 30 1 0,2 2 0,083 1 1,0 10 0,026 1 1,0 100 0,008 2 2,0 100 0,316 2 5,0 200 0,008 35 3 1,0 10 0,176 3 5,0 10 0,106 4 5,0 200 0,008 72 04669 10 2125393 10 REVENDICATIONS 1) Procédé de floculation de solides en suspension dans un milieu aqueux, caractérisé en ce qu'on -ajoute au milieu une quantité efficace d'un polymère hydrosoluble contenant des motifs de formule E1 i -GH2-C-0=0 t m i H2(S°3m)x 15 dans laquelle E représente un atome d'hydrogène ou un radical 2 alcoyle inférieur ou alcoyle inférieur substitué, E représente un hydrocarbure di- ou trivalent ou un radical d'hydrocarbure substitué, M représente un atome d'hydrogène ou un équivalent d'un cation et x est égal à 1 ou 2, 20 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute le polymère au milieu en combinaison avec un co-floculant minéral,, 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que E représente un atome d'hydrogène ou un groupe méthyle 2 v 25 et E un radical alcoylène inférieur» 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que x est égal à 1, E ^2 représente -C-CH , E4 30 Br et E représentant chacun un atome d'hydrogène ou un radical alcoyl inférieur et que le groupe sulfonique est fixé au carbone méthylénique non substitué» 5) Procédé selon la revendication 4-, caractérisé en ce que l'on ajoute le polymère au milieu en combinaison avec 35 un co-floculant minéral» 6) Procédé selon la revendication 4-, caractérisé en ce que M représente un cation de métal alcalin» 72 04669 n 2125393 7) Procédé selon la revendication 6. caractérisé en 1 *5 4 ce que R représente l'hydrogène et R et R représente chacun un groupe méthyle. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en 5 ce que le polymère est un homopolymère ou un copolymère avec 5 à 95% d'un monomère acryliqueo 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on ajoute le polymère au milieu en combinaison avec un co-floculant minéral. 10 10) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le polymère est un homopolymère.