Brevet FR3068259A1 — publié le 20190104

PROCÉDÉ DE SUPPRESSION, EN TOUT OU PARTIE, DE LA MOUSSE CONTENUE DANS UN MILIEU AQUEUX COMPRENANT UN OU PLUSIEURS AGENTS TENSIOACTIFS OU DE PRÉVENTION DE FORMATION D'UNE TELLE MOUSSE DANS UN TEL MILIEU AQUEUX DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a trait à un procédé de suppression, en tout ou partie, de la mousse contenue dans un milieu aqueux comprenant un ou plusieurs agents tensioactifs ou de prévention de formation d'une telle mousse dans un tel milieu aqueux. Ainsi, un tel procédé trouve son application dans le traitement des effluents aqueux contenant des agents tensioactifs (par exemple, des eaux usées urbaines et/ou industrielles comprenant des agents tensioactifs) et notamment dans les industries qui mettent en oeuvre des évaporateurs industriels, dans lesquels un phénomène de moussage inhérent aux agents tensioactifs peut nuire en tout ou partie à l'exploitation de l'installation. Parmi les industries impliquant le traitement d'effluents aqueux comprenant des agents tensioactifs, on peut citer l'industrie du papier, l'industrie de l'agroalimentaire, l'industrie du cuir, l'industrie du textile, l'industrie de produits de métaux ou de composants chimiques (tels que les engrais), l'industrie de dépollution de l'eau, l'industrie nucléaire. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le traitement d'effluents aqueux peut impliquer une étape d'évaporation en vue de procéder à une concentration de ces effluents. Plus spécifiquement, l'évaporation consiste en une opération unitaire de séparation de différents constituants par passage d'un ou plusieurs de ceux-ci de l'état liquide à l'étape gazeux. 2 Dans le cadre de l'industrie nucléaire et plus particulièrement du traitement d'effluents radioactifs, la concentration par évaporation est utilisée pour limiter le volume d'effluents en concentrant les éléments radioactifs (soit, en d'autres termes, les éléments lourds) dans le concentrat consécutivement à 5 l'évaporation des éléments légers. Le concentrat peut être ensuite conditionné dans une matrice, par exemple, par cimentation. L'évaporation implique une opération de chauffage de l'effluent. S'il contient des impuretés, qui diminuent la pression de vapeur par rapport à celle du solvant pur entrant dans la constitution de l'effluent, on assiste 10 à un phénomène de moussage de l'effluent dans l'évaporateur, et notamment la formation de mousses persistantes, qui peuvent être générées par diminution de la tension d'interface induite par la présence d'agents tensioactifs. Les mousses formées conduisent à un dépôt sur les zones échangeuses de chaleur de l'évaporateur et à un phénomène de perte de charge du processus d'évaporation, 15 qui limite le débit en sortie de l'évaporateur. En parallèle, il peut y avoir un phénomène d'entraînement de la mousse avec le distillat, ce qui occasionne une pollution de ce dernier. Face aux inconvénients induits par la présence de mousses, il a été développé plusieurs méthodes pour procéder à leur élimination, une fois 20 formée, mettant en oeuvre des moyens mécaniques (ces méthodes étant qualifiées ci-après de « méthodes mécaniques ») ou des moyens thermiques (ces méthodes étant qualifiées ci-après de « méthodes thermiques »). Concernant les méthodes mécaniques, elles consistent à provoquer un choc sur les bulles pour engendrer leur rupture par différents 25 moyens mécaniques tels que : -les brises mousses constitués de barres tournantes, qui abattent la mousse si celle-ci est grossière ; -l'arrosage par un jet de gaz ou de liquide directement sur la couche de mousse ; 3 -la pulvérisation de gouttes liquides ou de particules solides sur les mousses ; -l'envoi d'ondes soniques de choc pour briser les mousses. Concernant les méthodes thermiques, elles peuvent consister à 5 chauffer la mousse présente au-dessus de la phase liquide au moyen de serpentins chauffants. Comme signifié ci-dessus, ces deux types de méthodes sont destinés à intervenir sur de la mousse déjà formée. Or dans certains contextes propices au moussage, il peut être avantageux d'intervenir en amont de ce 10 phénomène pour éviter ou à tout le moins amoindrir la formation de mousses. Ceci est rendu possible notamment par le biais de méthodes chimiques, qui consistent à ajouter au milieu liquide susceptible de mousser des agents aptes à inhiber la formation de mousses (dits également agents anti-mousse). Toutefois, ce type de méthodes implique un certain d'inconvénients parmi lesquels : 15 -la nécessité de trouver un agent anti-mousse adapté au milieu liquide à traiter, par exemple, en termes de solubilité, de stabilité chimique ; -la pollution du milieu liquide engendrée par l'ajout de l'agent anti-mousse ; -l'efficacité des agents anti-mousses uniquement dans certaines 20 conditions d'emploi (telle que la concentration, la température). En parallèle, il a été également identifié que certains agents présents dans des effluents aqueux, comme les agents tensioactifs, contribue à la formation et la préservation des mousses formées, ce qui ouvre une nouvelle voie pour prévenir, en tout ou partie, le phénomène en moussage en jouant sur 25 l'élimination de ces agents tensioactifs. Ainsi, au vu ce qui existe, les inventeurs se sont fixé pour objectif de proposer un procédé de suppression, en tout ou partie, de la mousse formée dans un milieu aqueux comprenant un ou plusieurs agents tensioactifs ou de prévention de la formation de mousse dans un tel milieu, par élimination de 4 ces agents tensioactifs mettant en oeuvre une combinaison motivée de moyens physico-chimiques. EXPOSÉ DE L'INVENTION 5 Ainsi, l'invention a trait à un procédé de suppression, en tout ou partie, de la mousse contenue dans un milieu aqueux comprenant un ou plusieurs agents tensioactifs ou de prévention de formation d'une telle mousse dans un tel milieu comprenant une étape consistant à soumettre ledit milieu aqueux à l'action combinée d'une irradiation ultraviolette, de peroxyde 10 d'hydrogène et d'un bullage d'air. En procédant à cette action combinée, les auteurs de la présente invention ont pu constater, de manière surprenante, une élimination efficace du ou des agents tensioactifs compris dans le milieu aqueux ainsi traité. Sans être lié par la théorie, l'efficacité du procédé peut 15 s'expliquer par les considérations suivantes. En effet, la présence de bulles d'air liée à la mise en oeuvre du bullage génère une multiplicité d'interfaces air/eau, sur lesquelles les agents tensioactifs viennent s'adsorber spontanément selon une orientation préférentielle avec les parties hydrophobes des agents orientés vers l'intérieur 20 des bulles et les parties hydrophiles orientées vers l'extérieur des bulles, à savoir vers le milieu aqueux. Ce phénomène est notamment illustré sur la figure 1 jointe en annexe représentant, de manière schématique, une bulle d'air 1 dans le milieu aqueux 3, autour de laquelle sont disposées des molécules d'agents tensioactifs 5 avec, chacune, une partie hydrophobe 7 orientée vers l'intérieur de la bulle et 25 une partie hydrophile 9 orientée vers l'extérieur de la bulle. Ainsi sélectivement concentrés, les agents tensioactifs subissent efficacement l'attaque des radicaux hydroxyles générés par la dégradation du peroxyde d'hydrogène en présence de l'irradiation ultraviolette, lesquels radicaux provoquent à l'interface des bulles, la rupture des liaisons entre les parties hydrophiles et les parties hydrophobes des 5 molécules d'agents tensioactifs. Une fois ces parties séparées, les agents tensioactifs sont totalement inactifs, augmentant ainsi la tension de surface et inhibant ainsi leur pouvoir moussant. Comme mentionné ci-dessus, pour accéder à la suppression de 5 mousse présente dans un milieu aqueux comprenant un ou plusieurs agents tensioactifs ou pour prévenir la formation de celle-ci, le procédé comprend l'action combinée d'une irradiation ultraviolette, de l'eau oxygénée et d'un bullage d'air. Par irradiation ultraviolette, on entend, classiquement, un 10 rayonnement électromagnétique présentant une longueur d'onde plus courte que celle de la lumière visible, mais plus longue que celle des rayons X, à savoir une longueur d'onde pouvant s'échelonner de 100 à 400 nm. Plus spécifiquement, l'irradiation ultraviolette peut être une irradiation aux rayons UV-C, c'est-à-dire aux rayons présentant une longueur 15 d'onde allant de 200 nm à 280 nm. L'irradiation ultraviolette peut être réalisée au moyen d'une lampe UV émettrice d'une telle irradiation. Cette lampe UV peut être disposée dans un fourreau, par exemple, en quartz, qui laisse passer la majorité du rayonnement UV. 20 Lorsque le milieu aqueux à traiter est déjà surmonté d'une couche de mousse, l'introduction du peroxyde d'hydrogène peut être réalisée de plusieurs manières distinctes : -soit par injection du peroxyde d'hydrogène directement dans le milieu aqueux (c'est-à-dire pas dans la mousse surmontant ledit milieu aqueux) ; 25 ou -soit par injection du peroxyde d'hydrogène directement dans la mousse surmontant ledit milieu aqueux ; ces deux modes d'ajout ayant révélé une efficacité similaire dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. 6 Le peroxyde d'hydrogène peut être ajouté en une quantité choisie de sorte à ce que le rapport de concentrations molaires (lesdites concentrations étant exprimées en mol/L) entre le peroxyde d'hydrogène et le ou les agents tensioactifs dans le milieu aqueux soit, préférentiellement, de 6 à 10. 5 Le bullage d'air peut être effectué, de manière classique, par injection d'air directement dans le milieu aqueux, l'air ainsi entré en contact avec ce milieu formant des bulles d'air au sein du milieu aqueux. Selon le procédé de l'invention, l'action combinée de l'irradiation ultraviolette, du peroxyde d'hydrogène et du bullage d'air peut être 10 réalisée de différentes manières, pourvu que ces moyens coexistent ensemble lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ainsi, le milieu aqueux comprenant de la mousse peut être soumis à une irradiation ultraviolette et un bullage d'air avec ajout de peroxyde d'hydrogène, l'irradiation ultraviolette et le bullage d'air étant maintenus une fois 15 cet ajout effectué pendant une durée suffisante pour obtenir l'élimination de tout ou partie du ou des agents tensioactifs. La durée de maintien de l'irradiation ultraviolette, du bullage d'air peut être aisément déterminée par l'homme du métier : -soit en prélevant des échantillons du milieu aqueux à 20 différentes durées de traitement et en mesurant la concentration en agent(s) tensioactif(s), la durée de maintien retenue correspondant à une concentration pour laquelle le maintien de la mousse n'est plus possible ; -soit de manière simplement visuelle, la durée de maintien correspondant à celle pour laquelle la mousse n'est plus visible à l'ceil nu (en 25 d'autres termes, le procédé de l'invention permet de suivre visuellement la présence d'agents tensioactifs moussants). Comme agents tensioactifs susceptibles d'être présents dans le milieu aqueux et susceptibles d'être traités par le procédé de l'invention, on peut citer les agents tensioactifs anioniques, tels que ceux comprenant un sel d'acide 7 gras, un sel alkylsulfate (comme le laurylsulfate de sodium), un sel alkylbenzènesulfate (comme le dodécylbenzènesulfonate de sodium), un sel alkylphosphate ou un sel sulfosuccinate diester, un sel éthylènediaminetétraacétate ; les agents tensioactifs non ioniques, tels que ceux 5 comprenant un polyoxyéthylène alkyléther, un ester d'acide gras polyoxyéthylène, des polyglucosides d'alkyle ; les agents tensioactifs cationiques, tels que ceux comprenant des halogénures d'alkyl- et/ou aryl-ammoniums quaternaires ; les agents tensioactifs zwitterioniques ou amphotères, tels que les agents tensioactifs comprenant un groupe bétaïne. 10 A titre d'exemples spécifiques, on peut citer, plus spécifiquement, les agents tensioactifs non ioniques de la famille des polyglucosides d'alkyle et/ou les agents tensioactifs anioniques comprenant un sel éthylènediaminetétraacétate. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans un seul 15 réacteur muni d'une source de rayonnement UV et connecté à des moyens de bullage. Outre la destruction de la mousse, le cas échéant, ce procédé peut permettre également de s'affranchir du phénomène de moussage (c'est-à-dire empêcher ce phénomène), ce qui peut être particulièrement intéressant 20 pour des effluents destinés à être traités dans des évaporateurs. Pour ce faire, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre en amont de l'évaporateur, ce qui signifie que les effluents ainsi prétraités seront exempts d'agents tensioactifs à l'introduction dans l'évaporateur, ce qui permettra d'éviter la formation de mousses dans l'évaporateur et les inconvénients associés, à savoir : 25 -la perte de charge d'évaporation due à la présence d'agents tensioactifs moussants ; -la nécessité de procéder à l'arrêt de fonctionnement de l'appareillage pour assurer son nettoyage. 8 Enfin, le procédé de l'invention est une technologie verte, puisqu'il met en oeuvre des moyens techniques non polluants. Le seul produit chimique utilisé est le peroxyde d'hydrogène qui génère des radicaux hydroxydes, qui oxydent les composés organiques, comme les agents tensioactifs, présents 5 dans le milieu aqueux à traiter. Le peroxyde d'hydroxyde génère donc des produits qui sont aussitôt consommés. L'invention va à présent être décrite en référence aux exemples fournis ci-dessous donnés à titre illustratif et non limitatif. 10 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une représentation schématique d'une bulle d'air dans le milieu aqueux, autour de laquelle sont disposées des molécules d'agents tensioactifs. La figure 2 est un graphique illustrant l'évolution de la 15 concentration en agents tensioactifs C (en mg.1=1) en fonction de la durée de traitement t (en min) pour deux essais de l'exemple 1. La figure 3 est un graphique illustrant l'évolution de la hauteur de mousse H (en cm) en fonction de la durée d'essai t (en minutes) pour trois essais de l'exemple 2. 20 La figure 4 est un graphique illustrant l'évolution de la concentration en agents tensioactifs C (en mg.1=1) en fonction de la durée de traitement t (en minutes) pour quatre essais de l'exemple 3. La figure 5 est un graphique illustrant l'évolution de la concentration en agents tensioactifs C (en mg.1=1) en fonction de la durée de 25 traitement t (en minutes) pour trois essais de l'exemple 5. La figure 6 est un graphique illustrant l'évolution de cette durée de traitement t (en minutes) en fonction de la concentration initiale en agents tensioactifs C (en mg.L-1) pour trois essais de l'exemple 5. 9 La figure 7 est un graphique illustrant l'évolution de la concentration en TFD4 C (en mg.L-1) en fonction de la durée de traitement t (en minutes) pour un essai de l'exemple 6. 5 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Exemple 1 Cet exemple illustre la mise en oeuvre du procédé de l'invention et prouve son efficacité par rapport à un procédé non conforme à l'invention. Pour ce faire, il est utilisé un réacteur tubulaire, dans lequel se 10 trouve une lampe UV-C. Cette lampe est une lampe tubulaire à basse pression (Modèle NNI 50/26 XL fourni par Heraeus Noblelight) présentant un pic d'émission dans le domaine des UV-C à 254 nm. La puissance photonique à 254 nm est de 17 W (selon les précisions du fournisseur) et la puissance électrique est de 55 W. La lampe est mise à chauffer pendant 5 minutes avant l'introduction 15 d'une solution dans le réacteur, de sorte à atteindre sa pleine puissance photonique. Après ces 5 minutes, une solution aqueuse de 500 mL comprenant 100 mg.L-1 d'agents tensioactifs, soit 156 mg.L-1 de Glucopon, est introduite dans le réacteur tubulaire par des piquages supérieurs au niveau du 20 couvercle par le biais d'un entonnoir. Le Glucopon est constitué de 36% d'eau et de 64% d'un mélange d'agents tensioactifs non ioniques, qui sont des polyglucosides d'alkyle ayant des chaînes carbonées linéaires comme queues hydrophobes et des têtes polaires composées d'une ou plusieurs unités glucose, la formule des 25 polyglucosides d'alkyle étant la suivante : 10 OH CI-12+1 dans laquelle 1Sx5 et 6 REVENDICATIONS1. Procédé de suppression, en tout ou partie, de la mousse contenue dans un milieu aqueux comprenant un ou plusieurs agents tensioactifs ou de prévention de formation d'une telle mousse dans un tel milieu comprenant une étape consistant à soumettre ledit milieu aqueux à l'action combinée d'une irradiation ultraviolette, de peroxyde d'hydrogène et d'un bullage d'air. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'irradiation ultraviolette est une irradiation aux rayons UV-C. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les agents tensioactifs sont des agents tensioactifs anioniques, tels que ceux comprenant un sel d'acide gras, un sel alkylsulfate, un sel alkylbenzènesulfate, un sel alkylphosphate ou un sel sulfosuccinate diester, un sel éthylènediaminetétraacétate ; les agents tensioactifs non ioniques, tel que ceux comprenant un polyoxyéthylène alkyléther, un ester d'acide gras polyoxyéthylène, des polyglucosides d'alkyle ; les agents tensioactifs cationiques, tels que ceux comprenant des halogénures d'alkyl- et/ou aryl-ammoniums quaternaires ; les agents tensioactifs zwitterioniques ou amphotères, tels que les agents tensioactifs comprenant un groupe bétaïne. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le ou les agents tensioactifs sont des agents tensioactifs non ioniques de la famille des polyglucosides d'alkyle et/ou des agents tensioactifs anioniques comprenant un sel éthylènediaminetétraacétate.