Brevet FR2824752A1 — publié le 20021122

incident. COMPOSITION UTILISABLE POUR LE CONDITIONNEMENT DE BOUES La présente invention concerne une nouvelle composition utilisable notamment pour le conditionnement de boues préalablement à leur opération de déshydratation. Le traitement des eaux résiduaires, urbaines ou industrielles, en particulier par voie blologique, conduit à la production de boues. Ces boues o subissent généralement une opération de déshydratation mécanique (en particulier filtration (par exemple filtre presse, filtre à bande), centrifugation), avant d'être transportées vers un site de décharge, d'épandage agricole ou d'incinération. A titre d'exemple, les boues issues de l'industrie papetière représente une très grande partie des boues industrielles produites. Ces boues issues de l'industrie papetière, comme celles issues de l'industrie agroalimentaire, comprennent, d'une part, des boues de nature biologique (c'est-à-dire provenant d'un traitement des eaux résiduaires par voie blologique), et, d'autre part, des boues de nature non-biologique généralement formoes, notamment dans le cas de 1'industrie papetière, par des boues d'origine physico-chimique ou boues fibreuses contenant des charges minérales, des fibres de cellulose, éventuellement des latex de couchage. Les boues à traiter sont constituées majoritairement d'eau dans laquelle est dispersée de la biomasse. Les traitements visent donc à concentrer au maximum la matière sèche et à éliminer 1'eau. Les méthodes actuelles de traitement des boues sont distinctes selon la technique de séparation eau/biomasse retenue (filtre presse, filtre à bande, centrifugeuse...)). En outre, elles nécessitent en général l'ajout successif de plusieurs réactifs; il s'avère en effet difficile de formuler, dans une unique o composition et à des concentrations significatives, ces différents réactifs, sans aboutir à la formation de gels qui peuvent s'avérer préjudiciables en terme de fluidité aux mélanges correspondants. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle composition utilisable efficacement dans le conditionnement des boues, permettant notamment d'augmenter leur siccité, c'est-à-dire d'accrotre les extraits secs obtenus lors de l'opération subséquente de déshydratation. s L'invention a également pour but de proposer une composition universelle, c'est-à-dire pouvant être utilisée de manière indifférente pour le traitement des boues préalablement à l'une ou l'autre des techniques de déshydratation évoquées ci-dessus. Par ailleurs, la composition selon l' invention présente de préférence o l'avantage de ne pas être sujette au phénomène de gélification mentionné précédemment. Plus précisément, la présente invention a pour objet principal une composition, utilisable pour le conditionnement de boues, obtenue par mélange (réaction) d'au moins une solution aqueuse contenant au moins un s polyélectrolyte cationique et au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 avec au moins une solution aqueuse contenant au moins un agent tensio-actif, de préférence anionique ou amphotère. L'invention a également pour objet une composition, utilisable pour le conditionnement de boues, obtenue par mélange (réaction) d'au moins une o so l uti on aqueuse contenant au moins u n polyélectrolyte cation i que avec au moins une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et au moins une solution aqueuse contenant au moins un agent tensio-actif, de préférence anionique ou amphotère. El le s'étend à une composition, uti l isable pour le conditionnement de s boues, se présentant sous la forme d'une solution aqueuse comprenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2, au moins un polyélectrolyte cation ique et au mo ins un agent tens io-actif, de préférence anionique ou amphotère. Le cation minéral présente une charge supérieure ou égale à 2. Il est o habituellement choisi parmi Mg2+, Al3+, Fe3+, La3+, Zr4+ et leurs formes polymérisées lorsqu'elles existent. De préférence, ladit cation minéral est Al3+ ou une de ses formes polymérisées. En général, le cation minéral est mis en _uvre sous forme non polymérisée. Ce cation minéral se présente habituellement sous forme d'un sel hydrosoluble. A titre de sels hydrosolubles, on peut citer les chlorures, les nitrates, les sulfates et les acétates. En général, on utilise un sel soluble, exempt de l'élément azote, ce qui permet de s'affranchir des problèmes éventuels liés à sa présence. De manière préférée, on emploie un chlorure. Le cation minéral peut se présenter alors sous la forme d'un chlorure d'aluminium ou d'une de ses formes polymérisées; plus o préférentiellement, il se présente alors sous la forme d'un chlorure d'aluminium. La quantité de cation minéral mise en _uvre est de préférence comprise entre 0,05 et 2 moles, en particulier entre 0,49 et 1,8 mole, par kg de composition. Le pH de la solution peut être ajusté de manière à prévenir la précipitation du sel minéral correspondant. Cet ajustement relève des compétences de l'homme de l'art. En ce qui concerne le polyélectrolyte cationique, il est de préférence de haut poids moléculaire, en particulier de poids moléculaire d'au moins 1. 106. Ledit polyélectrolyte cationique a de manière avantageuse un poids o moléculaire de 1.1 o6 à 20.1 o6, notamment de 1.1 o6 à 10.1 o6. Le polyélectrolyte cationique utilisé peut être sous une forme linéaire ou, de préférence, sous une forme ramifiée; il a en effet été noté que les ramifications avaient généralement un effet bénéfique sur les cinétiques de coagulation et de floculation. Conviennent tout particulièrement comme polyélectrolyte cationique les polyacrylamides, les oxydes de polyéthylène, les polyvinylpyrrolidones, ainsi que les polymères d'origine naturelle, tel l'amidon et ses dérivés ou gomme telle la gomme guar, dans la mesure o ils sont cationiques. De manière préférée, le polyélectrolyte cationique est un polyacrylamide. o Ledit polyacrylamide peut être cationique jusqu'à 100 % en charge et, de préférence, entre 0,1 et 25 %, par exemple entre 0,1 et 15 %, en charge. Le polyacrylamide cationique peut être choisi parmi les copolymères de polyacrylamide avec des monomères cationiques ou les polyacrylamides modifiés selon la résction de Mannich. Comme exemples de copolymères polyacrylam ides cation iques, on peut citer l es copolymères acrylam ide / ha logénu re de préférence ch l orure de diallyldialkylammonium, les copolymères diaminoalkylméthacrylate / acrylamide et les copolymères dia l kylami noa lkyl méthacrylate / acryl am ide, le groupement alkyle étant de préférence en C' - C6. La quantité de polyélectrolyte cationique mise en _uvre est de to préférence d'au plus 10 %, en particulier de 0,1 à 6 %, en poids de la composition. De man i ère avantageuse, le polyélectrolyte cati on iq ue est u n copolymère polyacrylamide, et de préférence, un copolymère polyacrylamide / chlorure de diallyldiméthylammonium, en particulier de poids moléculaire de l'ordre de 3.106. 11 est alors plus préférentiellement associé à un chlorure d'aluminium dans la composition. Généralement, le cation minéral de charge supérieure ou égale à 2, par exemple dans le cas du chlorure d'aluminium, et le polyélectrolyte cationique, par exemp le dans le cas d' un polyacryl am ide de haut poids molécu lai re, sont mis o en _uvre de telle manière que le rapport molaire (cation minéral de charge supérieure ou égale à 2) / (polyélectrolyte cationique) soit compris entre 1.102 et 8.1 o6 en particulier entre 1.103 et 8.1 o6. Dans le cas particulier d'une composition comprenant du chlorure d'aluminium et un polyacrylamide consistant en un copolymère acrylamide / chlorure de diallyldialkylammonium, s notamment de haut poids moléculaire, on utilise de préférence un rapport pondéral polyacrylamide / aluminium compris entre 0,01 et 15, plus particulièrement entre 0,1 et 10; ce rapport peut être compris par exemple entre 0,2 et 6, notamment entre 0,25 et 4,5. L'agent tensio-actif mis en _uvre dans l' invention est. de préférence, so anionique ou amphotère. De man ière très préférée, cet agent tensio-actif est an ioni que. Sa partie non-ionique (qui peut être formée d'une chane hydrocarbonée à caractère :: 5 hydrophobe et, éventueilement, d'une chane polyalcoxylée à caractère hydrophile, notamment polyéthoxylée) peut par exemple présenter une valeur HLB ("Balance Hydrophilie / Lipophilie") d'au plus 10, notamment d'au plus 8, voire d'au plus 4. L' agent tens io-actif est de préférence un agent de surface qu i demeure inerte vis-à-vis du cation minéral de charge supérieure ou égale à 2. Cet agent tenlo-actif permet d'apporter une fonction hydrophobante notamment vis-à-vis du milieu d'application. A titre illustratif d'agents de surface hydrosolubles utilisables comme o agent tensio-actif dans la composition, on peut notamment citer les lécithines hydrosol ubl es, les esters de sucrose, les esters d' aci des g ras (dont les Tweens), les alkylamides polyoxyéthylénés, les triglycérides sulfetes, les alkyles sulfetes (dont le dodécyle sulfate de sodium (SDS)), les alkyles éther sulfates, les alkyles sulfonates, les sels d'alkylamines, les amines grasses, les lipoamino-acides, les polyesters modifiés, les tensioactifs polymériques siliconés. La quantité d'agent tensio-actif mise en _uvre est de préférence comprise entre 0,005 et 0,5 mole, en particulier entre 0,005 et 0,3 mole, par kg de composition; elle peut par exemple être comprise entre 0,01 et 0,2 mole, o notamment entre 0,01 et 0,1 mole, par kg de composition. La composition selon l' invention peut être préparée par mélange d'au moins une solution aqueuse contenant au moins un polyélectrolyte cationique avec au moins une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et au moins une solution aqueuse contenant au moins un agent tensio-actif. Les pH des trois solutions sont tels, ou ajustés (par exemple par ajout d'une solution d'acide, notamment d'acide chlorhydrique)) de manière telle, que le pH de la composition selon l' invention soit de préférence inférieur à 2, en particulier égal à 1 0,2. Cependant, la composition selon l' invention est avantageusement so préparée par mélange d'au moins une solution aqueuse A contenant au moins un polyélectrolyte cationique et au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 avec au moins une solution aqueuse B contenant au moins un agent tensio-actif. De manière préférée, la solution aqueuse A est obtenue en ajoutant, en général sous agitation, le polyélectrolyte cationique à une solution aqueuse contenant ledit cation minéral; la solution aqueuse alors obtenue est généralement maintenue sous agitation jusqu'à stabilisation de la viscosité. La solution aqueuse B est habituellement préparée en mélangeant l'agent tensio- actif sous forme solide à de l'eau. Le pH de la solution aqueuse A et celui de la solution aqueuse B sont tels, ou ajustés (par exemple par ajout d'une solution d'acide, notamment d'acide chlorhydrique)) de manière telle, que le pH de la composition selon l'invention o soit de préférence inférieur à 2, en particulier égal à 1 + 0,2. Le pH de la solution aqueuse B mise en _uvre est par exemple compris ou ajusté à une valeur comprise entre 1,3 et 1,9. La solution aqueuse A apporte en général la plus grande partie (par exemple au moins 80 %, notamment au moins 90 %) du volume total d'eau contenue dans la composition selon l'invention. Les mélanges sont effectués généralement entre 10 et 75 C, par exemple à la température amblante, et sous agitation. De préférence, les conditions de préparation sont tel les que la composition selon l' invention se présente sous forme d'une solution homogène, en particulier monophasique. o Les compositions selon l'invention trouvent 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, s 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 rédu its par l 'obtenti on d' un gâteau de s iccité élevée. o La quantité en composition selon l' invention uti l isée lors du conditionnement d' une boue est telle qu'el le correspond en général de 0, 05 à 3 fois, de préférence de 0,1 à 2 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 cette composition mise en _uvre est telle qu'elle présente en valeur absolue une cationicité égale en général de 0,05 à 3 fois, de préférence de 0,1 à 2 fois, I'anionicité de la boue à traiter. La composition selon 1'invention peut être diluée avant emploi. Les compositions selon l'invention sont notamment adaptées dans le cas des boues issues de l' industrie papetière, ou de l' industrie agro-al imentaire, et contenant, d' une part, des boues de nature b iolog ique, et, d' autre part, des boues de nature non-biologique (boues d'origine physico-chimique ou boues o fibreuses). En outre, il a été constaté que les produits constitués par les boues de nature biologique et par celles de nature non-biologique sont souvent incompatibles. Ainsi, les boues de nature biologique présentent habituellement un comportement dissemblable, voire divergent, de celui des autres boues de s nature différente, lorsque l'ensemble de ces boues subit un traitement de conditionnement etiou de déshydratation. Il a été constaté qu'en général ces boues de nature biologique présentent une vitesse de sédimentation lente, don nent na issance à des réacti ons de fermentation et leur déshydratation n' est pas aisée. o Dans ce cadre, I'invention a également pour objet de proposer un procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique et des boues de nature non-biologique, procédé dans lequel lesdites boues de nature biologique sont pré-traitées séparément par au moins une s composition selon l'invention, puis mélangées après ladit pré-traitement aux boues de nature non-biologique, le mélange de boues ainsi formé étant ensuite soumis (éventueilement après une autre étape de conditionnement) à une opération de déshydratation. Cela peut permettre notamment, en rendant, préalablement à l'opération de déshydratation, compatibles/assimilables les so boues de nature biologique avec les autres boues de nature différente, d'obtenir un bon comportement de l'ensemble des boues à la déshydratation et une siccité finale élevée. De manière générale, la composition selon l' invention peut être employée dans le traitement des milieux aqueux, par exemple des eaux usées ou des effluents aqueux industriels, et plus particulièrement dans la clarification des eaux résiduaires d'origine urbaine ou industrielle. Elle peut être également utilisée pour la détoxification d'effluents chargés en espèces polluantes (notamment arseniates, chromates, plombates) et pour la décantation des vases portuaires ou lagunaires. Elle peut être utilisée comme aide à la filtration d'oxydes minéraux ou dans les procédé de traitement ou de fabrication du papier. Elle peut aussi être destinée au traitement de minerais. REVENDICATIONS 1. Composition obtenue par mélange d'au moins une solution aqueuse contenant au moins un polyélectrolyte cationique et au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 avec au moins une solution aqueuse contenant au moins un agent tensio-actif, de préférence anlonique ou amphotère. 2. Composition obtenue par mélange d'au moins une solution o aqueuse contenant au moins un polyélectrolyte cationique avec au moins une solution aqueuse contenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2 et au moins une solution aqueuse contenant au moins un agent tensio- actif, de préférence anionique ou amphotère. 3. Composition se présentant sous la forme d'une solution aqueuse comprenant au moins un cation minéral de charge supérieure ou égale à 2, au moins un polyélectrolyte cationique et au moins un agent tensio-actif, de préférence anionique ou amphotère. 4. Composition sel on l' une des revend ications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit cation minéral est choisi parmi Mg2+, La3+, Fe3+, Al3+, Zr4+ et leurs o formes polymérisées lorsqu'elles existent. 5. Composition se lon la revend icati on 4, caractéri sée en ce que led it cation minéral est Al3+ ou une de ses formes polymérisées. 6. Composition selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit cation m i néral se présente sous la forme d' u n sel hydrosol ub le. de préférence choisi parmi les chlorures, les nitrates, les sulfates et les acétates. 7. Composition selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un chlorure d'aluminium. 8. Composition selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit cation minéral est mis en _uvre à raison de 0,05 à 2 moles, en so particulier de 0,49 à 1,8 mole, par kg de ladite composition. 9. Composition selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit polyélectrolyte cationique est de poids moléculaire d'au moins 1.106. 10. Composition selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit polyélectrolyte cationique est choisi parmi les polyacrylamides, les oxydes de polyéthylène, les polyvinylpyrrolidones, les polymères d'origine naturelle cationiques. 11. Composition selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ledit polyélectrolyte cationique est un polyacrylamide, de préférence possédant entre 0,1 et 25 % en charge cationique. 12. Composition selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit polyélectrolyte cationique est choisi parmi les copolymères de to polyacrylamide avec des monomères cationiques ou les polyacrylamides modifiés selon la réaction de Mannich. 13. Composition selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que ledit polyélectrolyte cationique est un copolymère polyacrylamide cationique choisi parmi les copolymères acrylamide / halogénore de préférence s chlorure de diallyldialkylammonium, les copolymères diaminoalkylméthacrylate I acrylamide et les copolymères dialkylaminoalkylméthacrylate / acrylamide. 14. Composition selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que ledit polyélectrolyte cationique est mis en _uvre à raison d'au plus 10 %, de préférence de 0,1 à 6 %, en poids de ladite composition. o 15. Composition selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que ledit cation minéral se présente sous la forme d'un chlorure d'aluminium et led it polyélectro lyte cation i que est un copo lymère acryl am ide / ch lorure de diallyldiméthyllammonium, en particulier de poids moléculaire de l'ordre de 3.106. 16. Composition selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée en s ce que l ed it cati on minéral et led it polyélectro lyte cation iq ue sont mi s en _uvre de tel le manière que le rapport moiaire cation minéral / polyélectrolyte cationique soit compris entre 1.102 et 8.106, en particulier entre 1.103 et 8.106. 17. Composition selon la revendication 16, caractérisée en ce que lorsque, d'une part, ledit cation minéral se présente sous la forme d'un chlorure so d'aluminium, et, d'autre part, ledit polyélectrolyte cationique est un copolymère acrylamide / chlorure de diallyldiméthyllammonium, le rapport pondéral polyélectrolyte / aluminium est compris entre 0,01 et 15, plus particulièrement entre 0,1 et 10. 18. Composition selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que ledit agent tens io-actif est an ionique. s 19. Composition selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce que ledit agent tensio-actif est mis en _uvre à raison de 0,005 à 0,5 mole, en particulier de 0,005 à 0,3 mole, par kg de ladite composition. 20. Application d'au moins une composition selon l'une des revendications 1 à 19 pour le conditionnement de boues. 21. Application selon la revendication 20, caractérisée en ce que les boues sont issues de l'épuration d'eaux usées ou résiduaires, en vue de leur déshydratation. 22. Application selon la revendication 20, caractérisée en que les boues sont issues de l'industrie papetière ou agro-alimentaire. 23. Procédé de déshydratation de boues issues de l'industrie papetière ou de boues issues de l'industrie agro-alimentaire, ces boues contenant des boues de nature biologique et des boues de nature non-blologique, procédé dans lequel lesdites boues de nature biologique sont pré-traitées séparément par au moins une composition selon l'une des revendications 1 à 19, puis mélangées après ledit pré-traitement aux boues de nature non-blologique, le mélange de boues ainsi formé étant ensuite soumis à une opération de déshydratation. 24. Application d'au moins une composition selon l'une des revendications 1 à 19 pour le traitement de milieux aqueux.