Brevet FR3029195A1 — publié le 20160603

La présente invention concerne le secteur technique du traitement des boues urbaines et industrielles en général, et plus particulièrement leur " conditionnement " avant leur valorisation ou élimination par les filières appropriées. PROBLEME TECHNIQUE: Les villes, notamment les grandes métropoles, et les industries produisent ou rejettent des volumes très importants d'eaux usées. Le traitement de ces eaux, avant leur rejet dans le milieu naturel, a pour résultat la formation de très grosses quantités de boues. De plus, certaines boues provenant de divers dépôts de décantation naturel (barrages, bassins d'orage, lagunes...) nécessitent également d'être curées. Pour faciliter au maximum leur extraction et leur transport, de très grandes quantités de chaux, carbonates et divers produits minéraux mais également de produits organiques (sciures de bois) sont utilisées dans le but d'épaissir et surtout d'assécher les boues afin de les rendre pelletables et transportables. Une fois traitées le poids initial des boues est fortement augmenté : par exemple pour traiter 100m3 de boues il faut rajouter entre 50 et 100 tonnes de chaux. Ceci en accroît leur coût de transport et le prix de mise en stockage en décharge. Le conditionnement des boues a pour but d'augmenter leur tenue en tas en accélérant le piégeage de l'eau et donc leur assèchement. Parmi les différents conditionnements visant à préparer la boue, on peut citer à titre non exhaustif : 20- la coagulation thermique qui consiste en une cuisson des boues, - le conditionnement chimique. Concernant le conditionnement chimique, de manière générale on utilise de la chaux comme seul réactif (dosage : 10 à 50 c)/0 en poids par rapport à la matière sèche traitée). L'objet de ce traitement est de faciliter la manipulation, le transport et le stockage de ces 25 boues. Les procédés mécaniques de déshydratation des boues les plus habituellement utilisés sont les filtres à bande, les centrifugeuses ainsi que la filtration sous pression par filtre-presse. Cette dernière technologie produit des boues généralement de siccité plus élevée (> 25%). On connait des procédés qui donnent des boues liquides ou pâteuses tels que par exemple les centrifugeuses et les filtres à bandes presseuses. Compte tenu de leur nature liquide, il est essentiel que le conditionnement soit bien mené et conduise à des boues pelletables et transportables. L'homme de métier comprendra que le poids final des boues et donc leur coût de transport et le prix de l'élimination filière est un problème technique majeur. INVENTION: Selon l'invention, il a été trouvé de manière surprenante qu'il est possible en utilisant conjointement de la chaux et au moins un polymère superabsorbant d'effectuer un 10 conditionnement des boues optimum avant leur valorisation ou élimination par les filières appropriées. Ce conditionnement se caractérise par le fait que la chaux et le polymère superabsorbant sont additionnés à la boue sous la forme d'un mélange sec. Avantageusement, la présente invention a pour objet une composition comprenant à la 15 fois de la chaux et le polymère superabsorbant dans laquelle la proportion en polymère superabsorbant est comprise en poids entre 1 et 60% par rapport à la masse de la chaux. La chaux : Selon l'invention, la chaux peut être vive ou éteinte. On entend par chaux vive, une matière solide minérale dont la composition chimique est principalement de l'oxyde de 20 calcium CaO. Elle peut également contenir des impuretés telles que de l'oxyde de magnésium MgO, de la silice Si02, des silicates ou encore de l'alumine AI203, etc., à hauteur de quelques pourcents voir un agent retardateur d'hydratation. On entend par chaux éteinte ou chaux hydratée, un ensemble de particules solides, principalement sous forme d'hydroxyde de calcium Ca(OH)2, obtenu par "extinction", 25 parfois appelée "hydratation", de chaux vive avec de l'eau. Un agent ralentisseur d'activité peut également être additionné à la chaux éteinte afin de ralentir la dissolution du Ca(OH)2 dans l'eau. Le polymère superabsorbant : En pratique, le polymère superabsorbant utilisé est un agent hydrorétenteur d'origine naturelle ou synthétique qui présente une capacité de rétention d'eau supérieure ou égale à 30 fois son poids en eau déminéralisée, de préférence supérieure ou égale à 50 fois, 5 avantageusement supérieure ou égale à 100 fois. Ce type de polymère est généralement connu sous l'abréviation : SAP ("superabsorbent polymer"). Il se présente généralement sous la forme de poudre, agglomérée ou non. Leur structure basée sur un réseau tridimensionnel assimilable à une multitude de petites cavités ayant chacune d'elles la capacité de se déformer et d'absorber de l'eau leur confère la propriété d'absorber de très 10 grandes quantités d'eau et donc de gonfler. Les polymères superabsorbants d'origine naturelle, utilisables dans le cadre de la présente invention, sont par exemple ceux décrits dans les brevets US358364, US1693890, US3846404, US3935099 ou US3661815...On citera de façon non limitative : la gomme 15 guar, les alginates, la carboxyméthyle cellulose, le dextran, la gomme xanthane... Les SAPs d'origine synthétique utilisables dans le cadre de la présente invention, sont par exemple, des polymères hydrosolubles réticulés, ou pouvant être réticulés. Il en existe de nombreux types. De tels polymères sont par exemple décrits dans le brevet FR 2559158 20 dans lequel il est décrit des polymères réticulés de l'acide acrylique ou méthacrylique, des copolymères greffés réticulés du type polysaccharide / acide acrylique ou méthacrylique, des terpolymères réticulés du type acide acrylique ou méthacrylique / acrylamide / acrylamide sulfoné et leurs sels de métaux alcalino -terreux ou alcalins. Dans un mode de réalisation préféré, les monomères utilisés pour la préparation des 25 polymères superabsorbants sont choisis parmi l'acrylamide et/ou d'acide acrylique partiellement ou totalement salifié et/ou d'ATBS (acrylamido tertio butylsufonate) partiellement ou totalement salifié et/ou de NVP (N vinylpyrrolidone) et/ou d'acryloylmorpholine et/ou d'acide itaconique partiellement ou totalement salifié. Dans un mode de réalisation préféré, les polymères superaborbants sont des homopolymères ou 30 des copolymères réticulés à base d'acide acrylique partiellement ou totalement salifié. D'autres monomères hydrophiles, comme par exemple les monomères cationiques, mais aussi des monomères à caractères hydrophobes, pourront être utilisés pour produire les polymères superabsorbants. Parmi les monomères cationiques, on citera à titre d'exemple les sels de diallyldialkyl ammonium et les monomères de type dialkylaminoalkyl (meth)acrylate, dialkylaminoalkyl (meth)acrylamide ainsi que leurs sels d'ammonium quaternaire ou d'acides. On citera en particulier l'acrylate de dimethylaminoethyl (ADAME) et/ou le methacrylate de dimethylaminoethyle (MADAME) quaternisés ou salifiés, le chlorure d'acrylamidopropyltrimethylammonium (APTAC) et/ou le chlorure de methacrylamidopropyltrimethylammonium (MAPTAC). Les polymères superabsorbants synthétiques sont généralement réticulés avec 100 à 6000 ppm d'au moins un agent réticulant choisi dans le groupe comprenant les composés acryliques comme par exemple le méthylène bis acrylamide, allyliques comme par exemple le chlorure de tertra allylammonium, vinyliques comme par exemple le divinyl benzène, diepoxy, sels métalliques.. .Certains peuvent également avoir une double réticulation comme par exemple par un réticulant acrylique. On préférera, pour des raisons de coût, les polymères superabsorbants d'origine synthétique de type polyacrylate de sodium réticulé. Le SAP peut être obtenu par toutes les techniques de polymérisation bien connues par l'homme de métier : polymérisation en gel, polymérisation par précipitation, polymérisation en émulsion (aqueuse ou inverse) suivie ou non d'une étape distillation, polymérisation en suspension, polymérisation en solution, ces polymérisations étant suivies ou non d'une étape permettant d'isoler une forme sèche du (co)polymère par tous types de moyens bien connus de l'homme de métier. La composition : L'invention sera avantageusement mise en oeuvre avec des particules de polymère superabsorbant de forme sphérique ou non et dont le diamètre moyen est compris en général entre 5 pm et 5000 pm et de préférence entre 100 et 250 pm. De manière avantageuse, l'hydrorétenteur (ou le mélange d'hydrorétenteurs) représente de 1 à 60 % en poids de préférence de 2 à 30% en poids de la formule minérale (Chaux). Avantageusement le SAP aura une granulométrie similaire à celle de la chaux. La composition de l'invention a la propriété d'augmenter de manière spectaculaire les capacités de rétention en liquides aqueux de la formule minérale (Chaux) jusqu' à 15000 °h. Ce résultat était totalement inattendue dans la mesure ou l'ajout de chaux engendre un pH élevé qui provoque, dans la plupart des cas, l'inactivation ou destruction par hydrolyse alcaline des SAPs de sorte que l'homme du métier n'était donc pas incité à utiliser ce type de polymère pour résoudre le problème présent. En outre, rien ne laissait penser qu'une simple association comprenant à la fois de la chaux et au moins un polymère superabsorbant pour le conditionnement des boues puisse être 10 suffisante pour permettre leur pelletage et donc des économies énergétiques et financières importantes. L'injection de la composition de l'invention s'effectue directement dans la boue par mélange mécanique (vis de brassage, pelle mécanique...) et permet d'obtenir un effet 15 asséchant et agglomérant optimisé. L'ajout de superabsorbant dans la composition permet d'augmenter considérablement l'efficacité de rétention en eau de la chaux tout en ayant un effet sur la correction du pH et donc sur l'hygiénisation de la boue. Le polymère superabsorbant et la chaux se présentent sous la forme d'un mélange 20 homogène et sont donc introduits simultanément. Il s'agit d'une véritable" composition ". Il a été observé que la composition produit des effets combinés supérieurs à un ajout séparé des composants (chaux puis SAP ou SAP puis chaux). La présente invention concerne également toute variante ou adaptation qui apparaîtra clairement à l'homme de métier, au besoin en ayant recours à quelques essais de routine. 25 EXEMPLES: Des essais comparatifs ont été réalisés en utilisant les composés suivants : - chaux : la taille des particules est supérieure à 0,5 pm (90%) et inférieure à 3 mm - superabsorbants : tels que décrits dans le tableau ci-après : 30 Référence produit Type de Nom Anionicité Tailles moyennes des particules de SAP polymère super absorbant commercial A Polyacrylate de sodium Apromud P150 100 % Anionic Le tableau ci après reprend les éléments obtenus à petite échelle au laboratoire et ramenés pour 1000 l'tres de boues biologiques n° test composition Quantité nécessaire pour obtenir une boue pelletable en kg Poids total en kg Augmentation de poids Commentaires 1 CHAUX SEULE 500 1500 +50,00% Boue difficile à homogénéiser du fait de la forte quantité de matière minérale à apporter. 2 CHAUX 50 1060 +6,00% Produit très fin, rapide épaississement de la boue. Le SAP ne se voit pas une fois le mélange réalisé SAP A 10 CHAUX 50 1060 +6,00% Produit absorbant plus lentement. Certains grains de SAP peuvent se distinguer dans le milieu après absorption SAP B 10 4 CHAUX 50 1062 +6,20% Les grains absorbent lentement en comparaison du produit A et B. Il faut 1 heure de plus pour atteindre le même taux d'absorption. Les particules sont très visibles après hydratation SAP C 12 Cet essai in situ montre que, comparativement à un ajout de chaux seule, quelque soit le polymère superabsorbant utilisé, les compositions selon l'invention permettent de d'abaisser de 30 % le poids de la boue finale pelletable en diminuant de façon drastique (d'un facteur 10) la quantité de chaux nécessaire pour arriver à ce résultat. Il a était montré de plus que dès lors que le polymère superabsorbant n'est pas ajouté sous la forme d'un mélange avec la chaux, comme cela est le cas dans les exemples, mais de façon séquencée, chaux puis SAP ou SAP puis chaux, cela a pour conséquence de systématiquement nécessiter l'emploi d'une quantité de chaux d'au moins 10% supérieure à celle nécessaire lors de l'emploi d'un mélange selon l'invention. Il semble qu'il y ait de manière inattendue un effet synergique qui se produise dès lors que la chaux et le SAP sont additionnés en mélange, en une ou plusieurs fois. ESSAIS 2: mesure de la capacité de rétention en eau des compositions testées lors de l'essai 1. Méthode de mesure du test dit de rétention : 1 - peser 1 g de chaque composition 2 - verser dans des béchers différents et compléter en rajoutant 500 ml d'eau distillée 3 - remuer l'ensemble et attendre 3 heures avant de réaliser une filtration. 4 - Filtrer chaque échantillon et peser le filtrat après 10 mn d'égouttage. La pesée obtenue 20 exprimée en gramme donnera directement la capacité d'absorption en g/g . Produits : composition du en % de rétention Taux d'absorption g/g Test n° 1 100 1 Test n° 2 2300 23 Test n° 3 1900 19 Test n° 4 1900 19 Conclusions : Ce second essai permet de mettre en évidence qu'un produit minéral enrichi d'un certain 25 pourcentage de polymère superabsorbant permet d'obtenir des performances d'absorption jusqu'à 23 fois supérieures à l'utilisation de chaux seule et cela même avec l'emploi de quantités très faibles en polymère superabsorbant. REVENDICATIONS1) Composition de traitement de boues avant leur valorisation ou élimination comprenant un composé minéral et un composé organique, caractérisée en ce qu'elle est une 5 composition de conditionnement de boues dans laquelle ledit composé minéral est de la chaux, vive et/ou éteinte, et en ce que ledit composé organique est un polymère superabsorbant se présentant sous forme solide dont le diamètre est compris en général entre 5 pm et 5000 pm et de préférence entre 100 et 250 pm, ledit polymère superabsorbant étant choisi dans le groupe des polymères hydrorétenteurs d'origine 10 naturelle ou synthétique. 2) Composition selon la revendication 1, dans laquelle ledit polymère superabsorbant présente une capacité de rétention d'eau supérieure ou égale à 30 fois son poids en eau déminéralisée, de préférence supérieure ou égale à 50 fois, avantageusement supérieure ou égale à 100 fois. 15 3) Composition selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit polymère superabsorbant est à base d'un (co)polymère synthétique réticulé comprenant un, ou plusieurs monomères, choisi dans le groupe constitué - des ùonomères anioniques, tel que l'acide acrylique partiellement ou totalement salifié, l'acide méthacrylique partiellement ou totalement salifié, l'acrylamido tertio butylsufonate partiellement ou totalement salifié, 20 et/ou l'acide itaconique partiellement ou totalement salifié - et/ou des monomères non ioniques, tel que l'acrylamide, le méthacrylamide, la N-vinyl pyrrolidone, le vinylacétate, l'alcool vinylique, les esters acrylate, l'alcool allylique, le N-vinyl acétamide, l'acryloylmorpholine et/ou la N-vinylformamide, - et/ou des monomères cationiques tels que le dialkylaminoalkyl (méth)acrylate, le diallwlaminoallwl (méth)acrylamide, leurs sels 25 d'ammonium quaternaire ou leurs sels d'acides, comme par exemple I'acrylate de diméthylaminoéthyle, du méthacrylate de diméthylaminoéthyle, quaternisés ou salifiés, du chlorure d'acrylamidopropyltriméthylammonium et du chlorure de méthacrylamidopropyltriméthylammonium. 4) Composition selon la revendication 3, dans laquelle ledit polymère superabsorbant 30 comporte des charges anioniques portées par des monomères anioniques. ) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit polymère superabsorbant est un homopolymère ou un copolymère synthétique réticulé comprenant de l'acide acrylique partiellement ou totalement salifié. 6) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit 5 polymère superabsorbant est présent en une quantité allant de 1 à 60 'Vo en poids, de préférence de 2 à 30% en poids. 7) Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite chaux est de la chaux éteinte et/ou de la chaux vive, toutes deux sous forme pulvérulente, et dans laquelle ledit polymère superabsorbant est également sous la forme 10 de particules, sphériques et/ou non. 8) Utilisation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour le conditionnement de boues. 9) Procédé d'assèchement des boues permettant de les rendre pelletables et transportables et comprenant une addition d'une composition selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 7 directement dans la boue par mélange mécanique.