Brevet FR2550962A1 — publié le 19850301

La présente invention concerne un procède de concentration de boues. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de concentration des boues selon la technique de flotta5 tion utilisant moins d'agent floculant qu'il n'est classiquement nécessaire. La technique de flottation est très utilisée pour la concentration des boues. Selon un procédé de concentration par flottation par 10 pressurisation, on mélange avec la boue de l'eau clarifiée contenant de l'air dissous sous une pression de 4-5 bars et on utilise les bulles fines formées pour faire flotter à la surface du mélange liquide des flocs concentrés des solides Ce procédé nécessite non seulement une consommation 15 d'énergie importante pour la compression de l'air, mais s'accompagne de plus de beaucoup de difficultés pour l'obtention d'une concentration élevée des boues, car les bulles d'air sont unies aux solides des boues par simple adsorption physique faible. La demande de brevet japonais JP-A 40499/81 décrit un procédé de flottation atmosphérique comme nouvelle technique pour concentrer les boues ne présentant pas les inconvénients du procédé classique Selon ce nouveau procédé, de l'air est introduit à la pression atmosphérique dans une phase liquide contenant un agent moussant et des agents floculants de façon à former une mousse qui est mélangée avec la boue, et le mélange est conduit à une cuve de flottation pour concentrer les solides de la boue par flottation Ce procédé est supérieur à la technique de flottation par pres30 surisation en ce qu'il permet de façon simple et peu coûteuse d'obtenir une boue très concentrée. Le but principal de l'invention est de fournir un procédé amélioré de concentration par flottation atmosphérique qui assure une concentration régulière et élevée de la 35 boue avec une quantité d'agent floculant bien inférieure à celle classiquement nécessaire. L'invention fournit un procédé de concentration des boues comprenant la formation d'une mousse par mélange d'un agent moussant, d'air et d'eau dans une zone de moussage, le mélange de ladite mousse et d'un floculant polymère avec une alimentation de boue dans une zone de mélange et l'introduction du mélange obtenu dans une zone de flottation pour le séparer en une boue concentrée et en eau. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 10 description détaillée qui suit faite en regard des dessins annexés dans lesquels: les Fig 1 et 4 sont des diagrammes de fonctionnement de deux modes de réalisation du procédé de l'invention; la Fig 2 est une vue en perspective montrant le dispositif de mélange que l'on peut utiliser dans le procédé de l'invention; et la Fig 3 est une coupe selon la ligne A-A' de la figure 2. L'invention va maintenant être décrite de façon dé20 taillée relativement aux modes de réalisation illustrés par les dessins annexés. La figure 1 est un diagramme de fonctionnement d'un mode de réalisation du procédé de l'invention Une zone de moussage indiquée de façon générale en 1 est constituée d'un récipient d'agitation, d'une chambre recevant la mousse, d'une chambre de séparation de liquide pour séparer un agent chimique de la mousse, d'une sortie de mousse et d'un dispositif de recyclage pour renvoyer l'agent chimique séparé dans le récipient d'agitation La zone de moussage peut être composée uniquement du récipient d'agitation La zone de moussage 1 est alimentée en eau clarifiée, en un agent moussant et en air respectivement par les canalisations 4, 5 et 6 L'eau clarifiée peut être remplacée par l'eau séparée provenant d'une zone de flottation 3 décrite 35 ci-après Au lieu d'introduire directement l'agent moussant dans la zone de moussage 1 par la canalisation 5, on peut le mélanger avec l'eau clarifiée et l'introduire par la canalisation 4, ou, sinon, on peut mélanger une poudre de l'agent moussant avec l'air et l'introduire par la canalisation 6 Tout composé suffisamment approprié à la formation 5 d'une mousse peut être utilisé comme agent moussant et des exemples typiques en sont des tensioactifs cationiques, tels que les sels d'alkylamines et d'ammonium quaternaire. La mousse sortant de la zone de moussage 1 est constituée de bulles fines dont la taille peut être déterminée par ajus10 tement de la vitesse de rotation d'une hélice dans la zone de moussage Dans l'invention on préfère une mousse constituée de bulles ayant un diamètre de 300-500 pm. Dans le procédé classique, on introduit également un floculant polymère dans la zone de moussage Cependant ce n'est pas le cas dans l'invention et au contraire, comme indiqué ci-après, le floculant polymère est introduit dans une zone de mélange 2 La mousse de la zone de moussage 1 est introduite dans la zone de mélange 2 par une canalisation 7 et le floculant polymère est introduit dans la zone 20 de mélange par une canalisation 13 Dans la zone de mélange 2, la boue d'alimentation amenée par une canalisation 8 est mélangée avec la mousse et le floculant Dans le mode de réalisation de la figure 1, la mousse et le floculant sont introduits dans une même zone de mélange unique Si on le 25 désire, la zone de mélange 1 peut être constituée d'une première zone de mélange dans laquelle la mousse est mélangée avec la boue et d'une seconde zone de mélange pour l'incorporation du floculant polymère au mélange de boue et de mousse. Un dispositif de mélange que l'on peut utiliser avantageusement pour traiter des boues selon le procédé de l'invention est illustré par la figure 2 Le dispositif est un récipient mélangeur cylindrique ayant deux pales 21 montées sur un arbre et consiste en une première zone de mé35 lange 23 séparée d'une seconde zone de mélange 24 par une paroi de séparation 22 La boue 25 et l'écume 26 sont introduites dans la première zone de mélange 23 par des entrées correspondantes et mélangées par la rotation d'une pale 21. Le mélange de boue et de mousse obtenu dans la première zo5 ne de mélange 23 pénètre dans la seconde zone de mélange 24 par le jeu entre la paroi de séparation 22 et la paroi interne du récipient mélangeur Un tourbillon du mélange de boue et de mousse est formé par la rotation de l'autre pale 2 I et entraine un floculant polymère 27 introduit séparément. 0 l Le mélange de boue et de floculant obtenu est conduit-à une zone de flottation 3 par une sortie 28. Le floculant polymère utilisé dans l'invention peut être anionique, cationique ou non ionique et un type approprié peut être choisi selon la nature et les propriétés de 15 la boue d'alimentation Si l'alimentation est constituée d'une boue en excès, un poly(ester méthacrylique) cationique est un floculant approprié. Le mélange de boue et de floculant produit dans la zone de mélange 2 est introduit dans la zone de flottation 3 dans laquelle le mélange est séparé en une boue concentrée et en eau La boue concentrée est récupérée par une canalisation 10 et soumise à un traitement ultérieur L'eau séparée de la boue concentrée dans la zone de flottation 3 est évacuée hors du système par les canalisations 11 et 12. Une partie de 1 'eau séparée évacuée par le fond de la zone de flottation 3 peut être utilisée comme eau clarifiée pénétrant dans la zone de moussage 1 par la canalisation 4. La zone de flottation 3 peut être munie d'un racleur tournant pour éliminer la boue concentrée. Un autre mode de réalisation de l'invention est illustré par la figure 4 dans laquelle les composants semblables à ceux illustrés par la figure 1 portent les mêmes numéros de référence Dans le mode de réalisation de la figure 4, la boue d'alimentation est divisée en deux portions 35 qui sont respectivement transportées par les canalisations 14 et 15 La proportion de boue transportée par la canalisation 14 dépend du type et de la concentration en matières solides de la boue et est de façon typique dans la gamme de 20 à 80 Z de la boue d'alimentation totale La pro5 portion préférée est entre 40 et 60 % de la boue d'alimentation totale La boue transportée par la canalisation 14 pénètre dans la zone de mélange 2 o elle est mélangée avec la mousse et le floculant polymère amenés respectivement par les canalisations 7 et 13 Dans la zone de mélange la 10 boue peut être mélangée simultanément avec la mousse et le floculant Sinon, la boue peut être d'abord mélangée avec la mousse et le mélange de boue et de mousse obtenu est mélangé avec le floculant Le mélange de boue et de floculant quittant la zone de mélange 2 pénètre dans une zone de com15 binaison 16 par une canalisation 17 et est mélangé avec le reste de la boue transportée par la canalisation 15 Le mélange obtenu est conduit dans la zone de flottation 3 par une canalisation 18 pour être séparé en une boue concentrée et en eau. La zone de mélange 2 peut contenir un dispositif de chauffage pour chauffer la boue transportée par la canalisation 14 ou le mélange de boue et de mousse du mélange de boue et de floculant formé dans la zone de mélange 2 Quel que soit le produit chauffé, il faut observer une tempéra25 ture de chauffage prédéterminée La température de chauffage est d'au moins 40 C et de préférence de 60 C ou plus. Le procédé de l'invention assure une concentration régulière et importante de la boue par emploi d'une quantité de floculant polymère très réduite par rapport à celle 30 classiquement nécessaire Dans le procédé classique, la mousse est formée par introduction d'air, d'un agent moussant, d'un floculant et d'eau dans la zone de moussage La surface de chaque bulle est chargée positivement ou négativement car le floculant polymère y est adsorbé Si la mousse constituée des bulles chargées est mélangée à la boue, les deux sont unies par phénomène électrochimique Cependant, si l'agent moussant et le floculant sont introduits simultanément dans la zone de moussage, l'agent moussant nuit à l'activité d'agglomération du floculant et l'effet de floculation désiré n'est pas obtenu si le floculant n'est pas employé en une quantité excessive. Selon l'invention, le floculant polymère n'est pas introduit dans la zone de moussage et seul l'air, l'agent moussant et l'eau sont introduits pour former une mousse. l O Si la mousse et le floculant polymère sont ajoutés simultanément à la boue ou si le floculant est ajouté à un prémélange de boue et de mousse, le floculant fixe les particules solides d'une boue dispersée pour former de gros flocs de boue dans lesquels de la mousse est incorporée Selon le procédé classique, un mélange d'agent moussant et de floculant est adsorbé sur la surface des bulles, si bien que l'agent moussant nuit à l'activité du floculant Ceci ne se produit pas dans l'invention car le floculant qui est ajouté à la boue en même temps que la mousse ou à un mélange préparé de boue et de mousse, vient en contact avec la boue elle-même et forme un floc de solides de la boue dans lequel une mousse est incorporée C'est la raison pour laquelle une quantité de floculant moindre est utilisée dans le procédé de l'invention. Une diminution complémentaire de la quantité de floculant peut être obtenue selon le procédé suivant On mélange intimement une partie de la boue d'alimentation avec la mousse et le floculant polymère de façon à adsorber uniformément le floculant sur la surface des particules so30 lides de la boue puis on mélange avec le reste de la boue d'alimentation Les solides de la boue restante forment des flocs par liaison aux solides du reste de la boue par l'intermédiaire des particules de floculant adsorbées à leur surface Ceci permet une utilisation efficace complémentaire du floculant Le but du mélange de la première partie de la boue avec l'écume et le floculant est de recouvrir avec le floculant la surface des solides de cette partie de la boue de façon à pouvoir utiliser une force d'agitation importante et une durée d'agitation prolongée Ceci accroit 5 la quantité de floculant adsorbée sur la boue tout en réduisant la quantité de floculant libérée dans l'eau libre. Même le floculant libéré dans l'eau libre est utilisé efficacement par adsorption sur la boue restante Par chauffage de la première partie de la boue alors qu'elle est mélangée 10 avec la mousse et le floculant polymère, on peut accroître le taux d'adsorption du floculant sur les solides de la boue ce qui permet de réduire encore la quantité de floclant contenue dans l'eau libre. Les avantages désirés de l'invention ne sont pas ob15 tenus si la mousse est mélangée avec un mélange préformé de la boue et du floculant La chronologie de l'addition du floculant polymère à la boue est capitale dans l'invention et le floculant doit être ajouté soit simultanément a la mousse soit après l'addition de celle-ci. Les sources principales de boue que l'on traite selon le procédé de l'invention sont celles qui contiennent plusieurs centaines de ppm à plusieurs centaines de milliers de ppm de solides en suspension et des exemples typiques en sont la boue en excès du stade de traitement des boues acti25 vées, la boue digérée du stade de digestion anaérobie, l'eau résiduaire des mines et les liqueurs résiduaires de la fabrication de la pâte à papier L'invention s'est révélée fournir des résultats particulièrement importants lorsqu'on l'utilise pour traiter des boues en excès. 30 Exemple 1 On concentre selon le procédé de l'invention en utilisant un appareil du type illustré par la figure 1, des boues en excès du stade de traitement des boues activées. Les solides de la boue ont une densité apparente de 1,03 35 et un p H de 6,8. A l'eau clarifiée séparee de la cuve de flottation, on ajoute 0,15 g de chlorure de lauryltriméthylammonium (agent moussant) par litre d'eau clarifiée On introduit le mélange dans le récipient de moussage o on l'agite mecani5 quement avec un homogéneiseur et on force la mousse formée dans la première chambre de mélange o on la mélange avec la boue qui y pénètre à un debit de 2 1/min Apres environ 1 minute de mélange sous agitation, on conduit le mélange de mousse et de boue dans la seconde chambre de mélange o on 10 le mélange pendant environ 1 minute avec une solution dans laquelle un poly{ester méthacrylique) (floculant polymère) est dissous à raison de 5 g par litre de l'eau clarifiée. On conduit le mélange obtenu dans la cuve de séparation par flottation o les solides sont séparés de la boue par flot15 tation pendant une période d'environ 30 minutes Les résultats obtenus figurent dans le tableau 1. TABLEAU 1 Concentration Teneur Rapport gaz/solides Quantité d'agent Quantité de Teneur en matières Concentration de la boue en (kg d'air/ moussant floculant solides de la boue en matières soli(ppm) mousse kg de solides) (ppm) polymère concentrée des de l'eau (%) (ppm) (X) séparée (ppm) 6868 30 0,045 6,3 10 8,1 15 10820 20 0,019 4,2 16 9,1 21 10820 30 0,028 6,3 16 9,6 20 16830 30 0,018 4,2 26 9,8 28 16830 40 0,024 8,4 26 10,5 26 FJ fl 0, Mc ro Exemple comparatif On concentre une boue ayant les mêmes propriétés que celle traitée dans l'exemple 1 selon le procédé classique dans Tequel on ajoute simultanément dans la zone de 5 moussage un agent moussant et un floculant Les résultats figurent dans le tableau 2 ci-dessous. TABLEAU 2 Concentration Teneur Rapport gaz/solides Quantité d'agent Quantité de Teneur en matières Concentration de la boue en (kg d'air/ moussant floculant solides de la boue en matières soli(ppm) mousse kg de solides) (ppm) polymère concentrée des de l'eau (%) (ppm) (%) séparée (ppm) 7230 30 0,042 6,3 13 8,0 22 10240 30 0,030 6,3 18 8,9 26 11420 30 0,027 6,3 21 9,4 24 18340 40 0,022 8,4 35 10,8 28 _ 4 - Vl Ln C> No os' ri Comme le montrent les tableaux 1 et 2, le procédé de l'invention assure une concentration suffisamment élevée de la boue par emploi d'environ 20 % de moins de floculant polymère que n'en nécessite le procédé classique. Exemple 2 On concentre selon le procédé de l'invention en utilisant un appareil du type illustré par la figure 4, une boue en excès provenant du stade de traitement des boues activées Les solides de la boue ont une densité apparente de 1,03 et un p H de 6,8 A l'eau clarifiée séparée de la cuve de flottation, on ajoute 0,15 g de chlorure de lauryltriméthylammonium (agent moussant) par litre d'eau clarifiée et on introduit le mélange dans l'appareil de moussage o O on l'agite mécaniquement avec un homogénéiseur On force la 15 mousse formée dans la première chambre de mélange o O on la mélange avec des proportions prédéterminées de boue d'alimentation entrant à un débit de 2 1/min Après environ 1 minute de mélange sous agitation, on conduit le mélange de mousse et de boue dans la seconde chambre de mélange o O on 20 le mélange pendant environ 1 minute avec une solution contenant 0,25 à 0,4 g d'un poly(esterméthacrylique) (polymère floculant) dissous par litre d'eau clarifiée Ensuite on mélange avec le reste de la boue d'alimentation pendant une minute Le mélange obtenu est ensuite envoyé au réservoir 25 de flottation o les matières solides sont séparées de la boue par flottation pendant environ 30 minutes Les résultats obtenus figurent dans le tableau 3 Les autres conditions utilisées sont les suivantes concentration de la boue: 11 080 ppm; quantité d'agent moussant: 6,3 ppm; teneur en mousse: 30 %; et rapport gaz-solides: 0,028 kg d'air/kg de solides. On effectue une expérience de la même façon que cidessus si ce n'est que l'on sépare 50 % de la boue d'alimentation et qu'on les mélange avec une mousse dans la première 35 chambre de mélange Les résultats et les autres conditions opératoires utilisées figurent dans le tableau 4. TABLEAU 3 10 Proportion de Quantité de Teneur en matières Concentration Concentration boue d'ali floculant solides de la boue en matières en polymère mentation polymère concentrée solides de e 1 'eau séparée (%) (ppm) () l'eau séparée éparée (ppm) (ppm) 16 9,4 24 0,9 14 9,5 26 0,6 13 9,2 28 0,7 16 9,5 22 1,0 17 9,2 27 1,2 TABLEAU 4 * Séparation de 50 % de la boue d'alimentation Concentration Teneur Rapport gaz/solides Quantité d'agent Quantité de de la boue en (kg d'air/ moussant fl oculant mousse kg de solides) (ppm) polym)re (ppm) (%) (ppm) 8075 30 0,038 6,3 10 11300 30 0,027 6,3 14 17250 40 0,024 8,4 21 Teneur en matières solides de la boue concentrée (%) 8. Concentration en matières solides de l'eau séparée (ppm) 8,2 il o ru % O &ll O 1 Les valeurs des tableaux 3 et 4 montrent que selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel on mélange tout d'abord une partie de la boue d'alimentation avec une mousse,on peut obtenir une diminution d'environ 30 % de la 5 quantité de floculant polymère par rapport au procédé classique. Comme il ressort de la description précédente, l'invention permet d'utiliser de façon efficace le floculant polymère en le faisant agir comme un liant des flocs de so10 lides de la boue dispersés Donc la quantité de floculant que l'on doit utiliser dans l'invention est inférieure d'environ 20 à 30 % à celle classiquement nécessaire Comme autre avantage la mousse et le floculant polymère sont ajoutés séparément si bien que les quantités des deux composants 15 peuvent être réglées indépendamment les unes des autres selon les propriétés particulières de la boue à traiter L'invention permet donc d'utiliser l'agent moussant et le floculant polymère en les quantités minimales nécessaires. 255096 Z R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de concentration des boues comprenant la formation d'une mousse dans une zone de moussage ( 1) par mélange d'un agent moussant ( 5), d'air ( 6) et d'eau ( 4), le 5 mélange de la boue d'alimentation ( 8) avec ladite mousse ( 7) et avec un floculant polymère ( 13) dans une zone de mélange ( 2) et l'introduction du mélange obtenu ( 9) de boue et de floculant dans une zone de flottation ( 3) pour séparer le mélange en une boue concentrée ( 10) et en eau ( 12). 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mousse et le floculant polymère sont mélangés simultanément à la boue dans ladite zone de mélange (Z). 3 Procédé selon la revendication I dans lequel la mousse est tout d'abord mélangée avec la boue dans ladite 15 zone de mélange ( 2) et le mélange de boue et de mousse obtenu est mélangé avec le floculant polymère. 4 Procédé de concentration des boues comprenant la formation d'une mousse dans une zone de moussage ( 1) par mélange d'un agent moussant, d'air et d'eau, la séparation 20 d'une partie ( 14) de la boue d'alimentation, le mélange de ladite boue séparée ( 14) avec ladite mousse ( 7) et un floculant polymère ( 13) dans une zone de mélange ( 2), le mélange du mélange obtenu ( 17) de la boue et du floculant avec le reste de la boue d'alimentation ( 15) dans une zone de 25 combinaison ( 16) et l'introduction du mélange obtenu dans une zone de flottation ( 3) pour séparer le mélange en une boue concentrée et en eau. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la mousse ( 7) et le floculant polymère ( 13) sont mélangés simultanément avec la boue d'alimentation séparée ( 14) dans ladite zone de mélange ( 2). 6 Procédé selon la revendication 4, dans lequel la mousse ( 7) est mélangée avec la boue séparée ( 14) dans ladite zone de mélange ( 2) et le mélange de boue et de mous35 se obtenu est mélangé avec le floculant polymère ( 13). 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel ladite boue séparée ( 14) constitue 40 à 60 Z de la boue d'alimentation totale ( 9).