Brevet FR2312457A1 — publié le 19761224

La présente invention concerne un procédé de purification d'eau trouble contenant de l'argile ou un autre matériau étranger a l'eau. L'expression "eau trouble" désigne de l'eau contenant en suspension des matières solides finement divisées. L'eau trouble contenant de l'argile ou d'autres matériaux étrangers à l'eau est produite en grandes quantités dans différentes mines et usines, et représente une source importante de la pollution des eaux, en raison de la difficulté de purification. Les eaux troubles, par exemple les eaux résiduaires industrielles, de manière générale, les eaux résiduaires de mine, de traitement de minerai, de traitement de charbon. les eaux résiduaires de l'industrie de l'argile, les eaux résiduaires contenant de l'argile, etc., les eaux résiduaires provenant d'une papeterie, ou d'une carrière, ont jusqu'à présent été traitées par des agents de floculation, pour réaliser la floculation et le dépôt par sédimentation des particules étrangères.Etant donné que l'argile est généralement présente sous forme de très fines particules, la vitesse de sédimentation est faible, et une importante surface de sédimentation est nécessaire, ce qui forme un goulot d'étranglement au cours des opérations de purification des eaux troubles. Un objet de l'invention est de proposer un procédé de purification d'eau trouble contenant de l'argile ou d'autres matières étrangères à l'eau, rapidement, par des opérations simples, et avec une efficacité extrêmement bonne. La demanderesse a découvert selon l'invention que les eaux troubles du type de celles indiquées ci-dessus peuvent être purifiées simplement par floculation des particules en suspension, ce qui forme des flocons, et flottation desdits flocons. En particulier, la demanderesse a découvert que, bien que les particules en suspension se déposent généralement sous forme de flocons après une floculation, l'introduction de bulles au niveau de la surface des flocons rendus hydrophobes permet avec facilité la flottation des flocons, en raison de la présence de bulles adhérant à la surface desdits flocons. L'invention repose sur cette découverte. L'invention propose donc un procédé de purification d'eau trouble contenant de l'argile ou d'autres matériaux étrangers à l'eau, par exemple substances minérales et additifs de l'industrie du papier, ce procédé comprenant l'addition d'un ion métallique polyvalent et d'un polyaminométhacrylate a l'eau trouble, et l'introduction de bulles dans la suspension résultante, aun pH d'environ 6 à environ 10. L'ion métallique polyvalent utilisé selon l'invention est par exemple un ion d'aluminium, de fer, de zinc, ou désigne ur. mélange de tels ions, et est apporté par un composé tel que sulfate d'aluminium, chlorure d'aluminium3 polychlorure d'aluminium, sulfate ferrique ou chlorure de zinc. Les composés contenant des ions métalliques polyvalents sont des agents inorganiques connus de floculation, et peuvent quelquefois permettre la formation de flocons, selon les propriétés de l'eau trouble. Cependant, les flocons ainsi formés sont généralement petits et fragiles, et ne flottent pas, même par introduction de bulles. Au cours d'essais visant à former des flocons-durs et résistants, de dimensions importantes, la demanderesse a utilisé différents agents polymères de floculation, conjointement avec les ions métalliques polyvalents, mais a découvert que les flocons obtenus étaient tous hydrophiles et se déposaient, et donc ne flottaient pas, mante par introduction de bulles. Pour réaliser la flottation des flocons, il est nécessaire de rendre leur surface hydrophobe, et de permettre l'adhérence des bulles au niveau de cette surface. Différents agents chimiques ont été essayés, et la demanderesse. a découvert que les polyaminométhacrylates ont un effet particulièrement intéressant. La demanderesse a découvert que, lorsqu'on utilise séparément des ions. métalliques polyvalents et des polyaminomdthacrylates, les flocons résultants sont petits et fragiles, et ne flottent pas, mais que, lorsqu'on les utilise ensemble, on obtient des flocons durs et importants dont la surface est rendue hydrophobe, ces flocons étant donc tout fait aptes a la flottation. Un polyaminométhacrylate pouvant etre utilisé convenablement selon l'invention présente un poids moléculaire d'environ 5 000 000 a environ 10 000 000, et consiste par exemple en un polymère de méthacrylate de diméthylaminoéthyle. Le polyaminométhacrylate est un agent cationique de floculation. Si on le désire, on peut utiliser des mélanges de différents polyaminométhacrylates. Un produit à modification cationique de polyacrylamide et de polyéthylèneimine est également un agent cationique de floculation. Un tel agent présente un certain effet de floculation, mais les flocons formés ne flottent absolument pas. Le procédé selon l'invention permet de purifier facilement des eaux troubles contenant des matériaux étrangers tels que substances minérales, par exemple kaolin, talc, amiante, terre de diatomées, plâtre, quartz, etc., ou des additifs de l'industrie du papier, par exemple sulfate de baryum, carbonate de calcium, carbonate de magnésium, oxyde de titane, etc.Des eaux troubles contenant des fibres de papier peuvent également être traitées avec succès selon l'invention, Selon l'invention, les ions métalliques polyvalents et les polyaminométhacrylates peuvent être ajoutés simultanénent a l'eau trouble mais l'on obtient de meilleurs résultats lorsque l'on ajoute tout d'abord les ions métalliques polyvalents, et lorsqu'on ajoute ensuite, après une agitation d'environ 1 environ 2 mn, le polyaminométhacrylate. La quantité d'ions métalliques polyvalents utilisée varie en fonction des caractéristiques de l'eau trouble, mais, de manière convenable, la concentration en le composé contenant les ions métalliques polyvalents est d'environ 50 environ 1000 ppm, et de préférence d'environ 100 a 500 ppm. Une concentration convenable pour le polyaminométhacrylate est d'environ 5 à environ 50 ppm, de préférence 10 à 30 ppm. Lorsque le pH de la suspension, après addition des ions métalliques polyvalents et du polyaminométhacrylate, se trouve en dehors du domaine environ 6-environ 10, il est nécessaire de le régler à environ 6 - environ 10 par un acide ou un alcali, par exemple HC1, H2S04, NaOH, etc. On ne peut obtenir de bons résultats si le pH de la suspension se trouve hors du domaine précisé ci-dessus. Le pH préféré varie dans une certaine mesure en fonction des caractéristiques de la suspension. Par exemple, dans le cas d'une eau résiduaire contenant des matières solides en suspension, et provenant d'une papeterie, le pH convenable est compris entre environ 6 et environ 9,5, et le pH optimal est de 7 8 8 dans des eaux troubles contenant du kaolin, le pH convenable est d'environ 7,5 à environ 10, et le pH optimal est de 8 à 9 ; dans une eau trouble contenant du quartz, le pH convenable est d'environ 7,5 a environ 10 et le pH optimal est de 8 a 9. Lorsque le pH de la suspension se trouve hors du domaine convenable mentionné ci-dessus, l'effet de floculation est réduit, et, simultanément, l'effet de flottation diminue. La purification de l'eau trouble est donc très nettement réduite. Les ions métalliques polyvalents réduisent principalement la charge surfacique des matières en suspension, et provoquent une floculation électrostatique, tandis que le polyaminométhacrylate réalise la floculation des matières en suspension par adsorption-réticulation. On obtient ainsi des flocons durs et importants. De plus, étant donné que le polyaminométhacrylate présente des sites amino actifs sur le polymere, on pense que la surface des flocons devient hydrophobe, ce qui favorise nettement la flottation. Lorsqu'on introduit de petites bulles dans la suspension, après la formation des flocons, les bulles adhèrent à la surface des flocons ayant été rendus hydrophobes, et lesdits flocons flottent à la surface de l'eau. Les flocons en flottation peuvent ensuite être éliminés de la cuve de traitement, d'une manière classique. Les bulles peuvent être produites d'une quelconque méthode connue. Un exemple non limitatif de dimension de flocons est d'environ 0,2 environ 4 n. La boue obtenue par une technique classique de floculation-sédimentation est extrêmement difficile a filtrer, et son traitement ultérieur représente un goulot d'étranglement.Les flocons de matièresen suspension obtenus par la technique selon l'iovention, et éliminés de la cuve de traitement, peuvent être facilement filtrés et déshydratés, car leurs dimensions sont importantes et car leur surface présente un bon caractère hydrophobe. Bien que l'on puisse utiliser un gaz quelconque pour former les bulles, pn utilisera rarement en pratique un autre gaz que l'air, pour des raisons économiques. Le taux d'introduction du gaz (de l'air) est généralement d'environ 300 environ 2000 1/mn.m3, de préférence 500 800 lImn.m3. La dimension des bulles est généralement d'environ 0,1 environ 5 mm. La purification selon l'invention est généralement effectuée A la pression atmosphérique et la température ambiante, durant d'environ 3 a environ 10 sn, l'échelle industrielle. Ainsi, selon l'invention, une eau trouble contenant p#ar exemple de l'argile peut être purifiée d'une manière simple et avec une bonne efficacité par une technique de floculation-flottation. De plus, étant donné que la vitesse de flottation des flocons selon l'invention est largement supérieure a la vitesse de sédimentation dans une technique classique de floculation-sédimentation, de grandes quantités d'eau trouble peuvent être traitées dans un appareillage de dimension réduite, par le procédé selon l'invention. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Dans tous les exemples, les opérations sont effectuées sous la pression atmosphérique et à la température ambiante. EXEMPLE 1 On utilise dans cet exemple des eaux résiduaires contenant des matières solides en suspension, et provenant d'une papeterie ; la concentration des solides en suspension est de 1778 ppm, et le pH est de 10,6. Les matières solides en suspension consistent principalement en fibres et en additifs de l'industrie du papier, par exemple kaolina talc, carbonate de calcium, et oxyde de titane. Ces matériaux étrangers à l'eau présentent une dimension inférieure à 40 p. Cette eau résiduaire est placée dans une cuve de séparation par flottation, de capacité 1600 nl, et l'on ajoute du sulfate d'aluminium jusqu'à une concentration de 400 ppm. On ajoute ensuite de l'acide chlorhydrique pour régler le pH 7,5. Ensuite, on ajoute un polymère de méthacrylate de diméthylmninoethyle, de poids moléculaire 6 000 000, jusqu'à une concentration de 15 ppm, et l'on forme des bulles de dimension environ 0,2- -environ 2 i, & raison de 500 600 1/mn.m3, durant 5 mn. Les matières solides en suspension dans l'eau résiduaire provenant de la papeterie flottent. La limpidité de l'eau dans la cuve devient 94,7 X, lorsque l'eau pure est affectée d'un coefficient 100 Z. (On utilisera ci-après la même référence). A l'oeil nu, l'eau semble tout à fait limpide. EXEMPLE 2 De l'eau trouble contenant 1875 ppm de kaolin de Georgie, de dimension inférieure 40 p, le pH étant de 7,2, est traitée dans la cuve de l'exemple 1. On aJoute du sulfate ferrique jusqu'a une concentration de 200 ppm, puis de l'hydroxyde de sodium pour régler le pH de la suspension à 8,5. On utilise le même polymère de méthacrylate de diméthylaminoéthyle que dans l'exemple 1, en concentration de 20 ppm. On forme des bulles de dimension environ 0,2 - environ 2 n, en introduisant 3 un gaz à raison 500-600 l/mn.m, durant 7 mn. Les matières en suspension flottent, et l'eau présente une limpidité de 94,5 Z. EXEMPLE 3 De l'eau trouble contenant 1521 ppm de quartz, de dimension inférieure a 40 /u, le pH étant de 10,5, est traitée dans la cuve de l'exemple 1. On ajoute du chlorure de zinc en concentration de 250 ppm, et l'on règle le p11 de la suspension t 8,6 par de l'acide chlorhydrique. Le polymère de méthacrylate de diméthyîaminoéthyle est celui de l'exemple 1, que l'on utilise en concentration de 15 ppm, et l'on forme ensuite des bulles de dimension environ 0,2 - environ 2 nain, par introduction d'un gaz 3 à raison de 500-600 1/mn.m , durant 5 mn. Les matières en suspension flottent, et l'on obtient une eau de limpidité 93,7 %. R E V E N D I C A T I O N-S 1. Procédé de purification d'eau trouble contenant de l'argile ou une autre matière étrangère à l'eau, caractérisé en ce qu'il comprend l'addition d'ions métalliques pblyvalents et d'un polyaminométhacrylate à l'eau trouble, et l'introduction de bulles dans la suspension résultante, un pH d'environ 6 à environ 10. 2. Procédé selon la revendication 1, caractXrisé en ce que lesdits ions métalliques polyvalents viennent d'un composé choisi parmi le sulfate d'aluminium, le sulfate ferrique, le chlorure d'aluminium, le poîychîornre d'aluminium, le chlorure de zinc et leurs mélanges. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit polyaminométhacryîate consiste en un polymère de méthacrylate de diméthylaminoéthyle. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit polyaminométhacrylate présente un poids moléculaire compris entre environ 5 000- 000 et environ 10 000 000. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la concentration des ions métalliques#po1yvalents, exprimée sous forme de la cçncentration en le composé contenant les ions métalliques polyvalents, est d'environ 50 à environ 1 000 ppm, et en ce que la concentration en polyaminométhacrylate est d'environ 5 environ 50 ppm. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on introduit tout d'abord les ions métalliques polyvalents, puis, après une agitation de la suspension d'environ 1 environ 2 mn, le polyaino méthacrylate. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bulles sont des bulles d'air, le débit d'introduction étant d'environ 300 environ 2 000 îimn.a3. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites bulles présentent une dimension d'environ 0,1 à environ 5 n.