Brevet FR2817489A1 — publié le 20020607

COMPOSITION CONTENANT DE L'UREE UTILISABLE POUR LE CONDITIONNEMENT DE BOUES La présente invention concerne une nouvelle composition utilisable notamment pour le traitement des milieux aqueux comme les eaux résiduaires ou urbaines ou industrielles, et plus particulièrement pour le conditionnement de boues préalablement à leur opération de déshydratation. Le traitement des eaux résiduaires, urbaines ou industrielles, en particulier par voie biologique, dans les stations d'épuration, conduit notamment à la production de boues. Ces boues subissent habituellement une opération de déshydratation mécanique (en particulier filtration, centrifugation), avant d'être transportées vers un site de décharge, d'épandage agricole ou d'incinération. En général, les boues à traiter sont constituées majoritairement d'eau dans laquelle est dispersée de la biomasse, par exemple à raison de 12 à 40 g/I. Les traitements visent donc à concentrer au maximum la matière sèche et à éliminer l'eau. La présente invention a précisément pour objet de proposer une nouvelle composition utilisable efficacement dans le conditionnement de boues, permettant notamment d'augmenter leur siccité, c'est-à-dire d'accroître les extraits secs obtenus lors de l'opération subséquente de déshydratation. Lorsque les boues sont destinées à un filtre presse, on ajoute classiquement aux boues à traiter un sel inorganique associé le cas échéant à un électrolyte, couramment la chaux. En revanche, lorsque les boues sont destinées à être traitées sur filtre à bande ou par centrifugeuse, la drainabilité nécessaire à l'évacuation de l'eau est obtenue généralement en leur ajoutant de manière séquencée un sel inorganique, un polymère cationique puis éventuellement un polymère anionique. Les méthodes de traitement des boues actuellement disponibles sont donc distinctes selon la technique de séparation eau/biomasse retenue. D'autre part, elles nécessitent généralement l'ajout successif de plusieurs réactifs. Il s'avère en effet difficile de formuler dans une unique composition et à des concentrations significatives, un sel organique de type polychlorure d'aluminium et un polyélectrolyte cationique. L'aluminium étant un complexant de certains polyélectrolytes, leurs mélanges mènent à partir d'une certaine concentration en ces composés, à la formation de gels qui sont bien entendu préjudiciables en terme de fluidité aux mélanges correspondants La présente invention a précisément pour objet de proposer une composition universelle, c'est à dire pouvant être utilisée de manière indifférente pour le traitement des boues selon l'une ou l'autre des techniques évoquées cidessus. Par ailleurs, la composition selon l'invention présente l'avantage de réunir sous forme d'un mélange, un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2, un tensio-actif anionique et de l'urée ou un composé dérivé de l'urée, tout en n'étant pas sujette au phénomène de gélification discuté précédemment. Plus précisément, la présente invention a pour objet principal une composition utilisable pour le conditionnement des boues susceptible d'être obtenue par mélange d'au moins une solution A d'au moins un tensio-actif anionique avec, d'une part, au moins une émulsion inverse (eau dans huile) ou une solution B contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à deux et, d'autre part, au moins un composé C choisi parmi l'urée et les composés dérivés de l'urée. Elle s'étend à une composition utilisable pour le conditionnement de boues, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'une émulsion comprenant en phase (s) aqueuse (s) et de manière séparée au moins un tensioactif anionique, au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et au moins un composé C choisi parmi l'urée et les composés dérivés de l'urée. La composition selon l'invention peut se présenter sous la forme d'une solution, en particulier homogène. Elle peut également se présenter sous la forme d'une émulsion, notamment d'une émulsion inverse eau dans huile ou d'une émulsion double eau/huile/eau, dans laquelle le cation minéral est isolé du composé C. Les compositions selon l'invention sont particulièrement avantageuses dans la mesure où elles s'avèrent efficaces pour l'ensemble des techniques de traitement des boues à savoir filtration à bande et/ou centrifugation ou filtration sur presse. Le composé C est choisi parmi l'urée ou les composés dérivés de l'urée. L'urée (ou diamide carbonique) peut notamment être obtenue de trois façons : - par l'action du chlorure d'acide coorespondant sur l'ammoniac, - par l'intermédiaire du cyanamide calcique CaCN2, à partir du carbure de calcium, - par une réaction entre l'ammoniac et l'anhydride carbonique. Les composés dérivés de l'urée sont notamment les uréides, c'est-à-dire les composés dérivés de l'urée par substitution de radicaux acidyles à l'hydrogène des groupements NH2, comme par exemple l'acétylurée ou la diacétylurée. Le composé C est mis en oeuvre sous la forme d'une solution aqueuse ou d'une émulsion inverse eau dans huile. De manière très préférée, le composé C est l'urée. Tout tensio-actif anionique comporte une partie non-ionique et une partie polaire ionique. En général, dans le cadre de l'invention, le tensio-actif anionique de la solution A est tel que sa partie non-ionique (qui est généralement constituée d'une chaîne hydrocarbonée à caractère hydrophobe et, éventuellement, d'une chaîne polyalcoxylée à caractère hydrophile, notamment polyéthoxylée) présente une valeur HLB ("Balance Hydrophilie/Lipophilie") d'au plus 10. Cette partie non-ionique (qui correspond au tensio-actif non-ionique à partir duquel peut être préparé ledit tensio-actif anionique) peut présenter en particulier une valeur HLB d'au plus 8, par exemple d'au plus 4. La partie polaire ionique du tensio-actif anionique de la solution A est habituellement un phosphate, un phosphonate, un carboxylate, un sulfonate, un sulfate ou un succinate de métal alcalin ou alcalino-terreux. On peut notamment employer un tensio-actif anionique choisi parmi les alkylphosphates, les alkylarylphosphates, les étherphosphates, les alkylsulfonates, les alkylbenzènesulfonates, les alkylsulfates, les alkylarylsulfates, les alkyléthersulfates, les alkylaryléthersulfates ou les dialkylsulfosuccinates de métal alcalin, polyalcoxylés (notamment polyéthoxylés) ou non, dont la partie non-ionique présente, de préférence, une valeur HLB d'au plus 10, en particulier d'au plus 8, par exemple d'au plus 4. De manière avantageuse, ledit tensio-actif anionique est un dodécyl sulfate de métal alcalin, de préférence de sodium. La solution A présente généralement une teneur en tensio-actif anionique supérieure à sa concentration micellaire critique : elle contient ainsi en général le tensio-actif sous forme de micelles. Le cation minéral présente une charge supérieure ou égale à 2. Il est habituellement choisi parmi Mg2+, AI3+, Fe, La3+, Zr4+ et leurs formes polymérisées lorsqu'elles existent. De manière très préférée, le cation minéral est A13+ ou une de ses formes polymérisées. Ce cation minéral se présente généralement sous la forme d'un sel hydrosoluble. A titre de sels hydrosolubles, on peut utiliser les chlorures, les nitrates, les sulfates et les acétates On utilise le plus souvent un sel hydrosoluble soluble exempt de l'élément azote, ce qui permet de s'affranchir des problèmes éventuels liés à sa présence. De manière très préférée, on emploie un chlorure. Le cation minéral se présente alors en général sous la forme d'un chlorure ferrique ou, de préférence, d'un chlorure d'aluminium ou une de ses formes polymérisées et plus préférentiellement du polychlorure d'aluminium. De manière avantageuse, le rapport molaire (cation minéral de charge supérieure ou égale à 2) / (tensio-actif anionique) est supérieur au rapport (charge du tensio-actif anionique)/ (charge dudit cation minéral). Le rapport molaire (cation minéral de charge supérieure ou égale à 2)/ (tensio-actif anionique), notamment dans le cas où on met en oeuvre du dodécyl sulfate de métal alcalin et du chlorure d'aluminium, est de préférence compris entre 1 et 20, en particulier entre 1,5 et 10, par exemple entre 2 et 5. Le tensio-actif anionique peut être mis en oeuvre à raison d'au plus 0, 6 mole, en particulier d'au plus 0, 4 mole, notamment de 0, 15 à 0, 35 mole, par kg de composition (ou de mélange réactionnel A + B + C). La quantité de cation minéral mise en oeuvre est de préférence comprise entre 0,04 et 2 moles, en particulier entre 0,25 et 1,8 moles, par exemple entre 0,49 et 1,5 moles, par kg de composition. Le pH de la solution ou émulsion B est ajusté de manière à prévenir la précipitation du sel minéral dans la phase aqueuse continue. Le composé C est en général mis en oeuvre à raison d'au plus 15 %, de préférence d'au plus 10 %, par exemple de 0,3 à 7 %, en poids de la composition. Le rapport molaire (cation minéral de charge supérieure ou égale à 2)/ (composé C) est par exemple compris entre 1. 101 et 8. 106, en particulier entre 1. 102 et 8. 106. La composition selon l'invention peut être préparée par mélange de la solution (aqueuse) A, de l'émulsion ou de la solution (aqueuse) B et du composé C pouvant se présenter sous forme d'une solution aqueuse ou d'une émulsion inverse ; le mélange est effectué généralement à température ambiante et sous une agitation mécanique suffisante pour conduire à une composition stabilisée dans le temps. A titre Illustratif des composés susceptibles d'être utilisés à titre de phase huileuse, on peut citer des matériaux hydrophobes comme notamment les esters de colophane, la lanoline, la vaseline, les cires, les polybutadiènes de faibles masses moléculaires, les huiles naturelles animales, végétales ou minérales et leurs mélanges. La composition selon l'invention trouve une application particulièrement intéressante dans le conditionnement chimique des boues, notamment de boues issues des stations d'épuration des eaux usées ou résiduaires, urbaines ou industrielles : son incorporation dans les boues, que l'on peut soumettre préalablement à un traitement de digestion anaérobie, permet de les structurer de telle manière que l'eau contenue dans ces boues est mieux exsudée lors de l'opération de déshydratation qui suit. L'efficacité de l'opération de déshydratation mécanique comme la filtration ou la centrifugation peut ainsi être améliorée, les volumes produits après cette déshydratation étant réduits par l'obtention d'un gâteau de filtration de siccité élevée. La quantité de cette composition utilisée lors du conditionnement d'une boue est telle qu'elle correspond en général entre 0,05 à 3 fois, de préférence entre 0,1 à 2,5 fois, la quantité de charge cationique théorique nécessaire pour neutraliser la quantité de charge anionique de la boue à traiter ; en d'autres termes, la quantité de composition employée est telle qu'elle présente en valeur absolue une cationicité égale en général à 0,05 à 3 fois, de préférence égale à 0,1 à 2,5 fois, l'anionicité de la boue à traiter. La composition peut être diluée avant utilisation. REVENDICATIONS 1. Composition susceptible d'être obtenue par mélange d'au moins une solution A d'au moins un tensio-actif anionique avec au moins une émulsion inverse ou une solution B contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à deux et avec au moins un composé C choisi parmi l'urée et les composés dérivés de l'urée. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composé C est l'urée. 3. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit tensio-actif anionique possède une partie non-ionique ayant une valeur HLB d'au plus 10, de préférence d'au plus 8. 4. Composition selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit tensio-actif anionique possède une partie polaire ionique consistant en un phosphate, un phosphonate, un carboxylate, un sulfonate, un sulfate ou un succinate de métal alcalin ou alcalino-terreux. 5. Composition selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que que ledit tensio-actif anionique est choisi parmi les alkylphosphates, les alkylarylphosphates, les étherphosphates, les alkylsulfonates, les alkylbenzènesulfonates, les alkylsulfates, les alkylarylsulfates, les alkyléthersulfates, les alkylaryléthersulfates ou les dialkylsulfosuccinates de métal alcalin. 6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit tensio-actif anionique est un dodécyl sulfate de métal alcalin, de préférence de sodium. 7. Composition selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le cation minéral est choisi parmi Mg2+, La3+, Fe3+, At+, Zr4+ et leurs formes polymérisées lorsqu'elles existent. 8. Composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit cation minéral est A13+ ou une de ses formes polymérisées. 9. Composition selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un sel hydrosoluble, de préférence choisi parmi les chlorures, les nitrates, les sulfates et les acétates. 10. Composition selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un chlorure d'aluminium ou une de ses formes polymérisées, ou d'un chlorure ferrique. 11. Composition selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le rapport molaire (cation minéral de charge supérieure ou égale à 2)/ (tensio-actif anionique) est compris entre 1 et 20, en particulier entre 1,5 et 10. 12. Composition selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit tensio-actif anionique est mis en oeuvre à raison d'au plus 0,6 mole, en particulier d'au plus 0,4 mole, par kg de ladite composition. 13. Composition selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ledit cation minéral est mis en oeuvre à raison de 0,04 à 2 moles, en particulier de 0,25 à 1,8 moles, par kg de ladite composition. 14. Composition selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que le composé C est mis en oeuvre à raison d'au plus 15 %, de préférence d'au plus 10 %, en poids de ladite composition. 15. Application d'une composition selon l'une des revendications 1 à 14 pour le traitement des milieux aqueux, en particulier des eaux résiduaires, urbaines ou industrielles. 16. Application d'une composition selon l'une des revendications 1 à 15 pour le conditionnement de boues. 17. Application selon la revendication 16, pour le conditionnement de boues biologiques issues de l'épuration d'eaux usées ou résiduaires, en vue de leur déshydratation.