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28.04.2021

Produire des 'gâteaux' de solides homogènes

En à peine deux ans d'exploitation, la ville de Middletown (située dans l’Ohio) a installé un  décanteur centrifuge  et réduit de deux jours par semaine la durée de fonctionnement nécessaire à la déshydratation des boues. Elle a également augmenté l’efficacité et économisé des milliers de litres de produits chimiques, ce qui a permis de réaliser d’importantes économies. 

Kevin Glidewell, opérateur à la STEP de Middletown, effectue la maintenance de l’équipement centrifuge. Kevin Glidewell, opérateur à la STEP de Middletown, effectue la maintenance de l’équipement centrifuge.

Contexte

Le service de l’assainissement de la ville de Middletown, Ohio, exploite et entretient une station d'épuration d'une capacité de 100.000 m³ par jour. Le service protège l’environnement de l'agglomération en recyclant quotidiennement en moyenne, 55.000 m3 d' eaux usées  provenant des consommations domestiques, commerciales et industrielles. À partir de cette unité de traitement, deux flux sont générés : de l’ eau propre  rejetée dans la Great Miami River et environ 1 500 tonnes annuelles de boues déshydratées qui sont épandues sur des terres agricoles pour leur valeur nutritive et la valorisation du sol.

Le débit nominal de la station de traitement est de 100.000m3 par jour pour une agglomération de 48 000 à 50 000 habitants. Le système permet de supporter des pics entre 180 et 190.000 m³ par jour.

Le défi et sa solution

La station d'épuration utilisait auparavant une presse à bande et une centrifugeuse avec des performances insuffisantes. En 2018, le site a retiré la presse à bande parce qu’elle était difficile à exploiter et n'atteignait que 15 à 18% de siccité. La centrifugeuse, elle, pouvait atteindre 30% de siccité. 

“Nous voulions plus de performance dans nos 'gâteaux' de solides, ce qui réduirait les coûts de transport", explique Gerry Burris, responsable WRF. “Nous voulions quelque chose de comparable à la machine déjà installée, mais cette machine présentait de nombreux problèmes mécaniques et nous n’avions pas un support satisfaisant de la part du fabricant. ” 

 

En 2018, le site a installé une centrifugeuse Xelletor de Flottweg et a pu réduire le temps de production de cinq à trois jours par semaine (à raison de 8 à 10 heures par jour). L’ancienne centrifugeuse a été conservée comme solution de secours et la presse à bande a été démontée. 

“Grâce au temps de fonctionnement réduit, nous pouvons toujours traiter les boues mais sans les coûts de fonctionnement et les besoins en produits chimiques nécessaires à cinq jours de fonctionnement par semaine", explique Burris. "Nous travaillons désormais avec une consommation inférieure et un meilleur rendement qu'en travaillant cinq jours par semaine, comme nous le faisions dans le passé. ” 

Burris explique que la ville a installé la machine elle-même pour réduire les coûts d'installation. Cette opération s’est déroulée sans encombre. 

“Nous avons rencontré quelques problèmes au démarrage car les opérateurs essayaient de reproduire leurs habitudes de l'ancienne machine”, explique-t-il. “Ils étaient habitués aux commandes de l’autre machine, pour cela Flottweg a fait un excellent travail pour intégrer les écrans et les faire ressembler aux machines précédentes. Cela a facilité la transition.” 

De plus, la nouvelle machine a permis au site d'ajuster sa consommation de produits chimiques. 

“C’était comme le jour et la nuit", explique Burris. “Flottweg nous a permis d’économiser une tonne de produits chimiques. Nous utilisons beaucoup moins de polymère ou de chlorure ferrique.”

 

En 2016 et 2017, l’usine a utilisé 270 m³ de chlorure ferrique par an en raison de l’utilisation de la presse à bande et de l’ancienne machine. En 2019, elle n’a utilisé que 185 m³ de chlorure ferrique, donc une baisse significative de la consommation de produits chimiques. À novembre 2020, seulement 147 m³ ont été nécessaires. Le chlorure ferrique est un conditionneur additionnel. 

“Nous utilisons un procédé de digestion aérobie thermophile autothermique ou DATA utilisant un mélange et une température élevée allant jusqu' à 140 degrés pour éliminer les agents pathogènes dans le flux d'effluents”, a déclaré Burris. "Les effluents sont ensuite envoyés vers un échangeur de chaleur pour être refroidis à environ 100 degrés et transférés à la centrifugeuse. En raison des températures élevées, et malgré l'ajout de polymère, la déshydratation n'est pas très bonne - c'est pourquoi du chlorure ferrique est ajouté à ce stade du procédé. Ceci améliore la déshydratation dont nous avons besoin.” 

Le site a réduit de moitié sa consommation de chlorure ferrique et le besoin en polymère a également été considérablement revu à la baisse. 

En 2017, l’usine a utilisé 385 m³ de polymère. En 2018, elle n'a utilisé que 223 m³ et seulement 151 m³ ont été nécessaires sur les 11 premiers mois de 2020. 

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Fonctionnement des décanteurs centrifuges

La déshydratation des boues d’épuration offre aux exploitants d’installations de traitement d'eaux usées un énorme potentiel d'économies. Les coûts de transport et d’élimination des boues d’épuration déshydratées représentent souvent 80% des coûts d’exploitation. Selon la dimension de l’installation, 1% de siccité en plus pour la déshydratation des boues peut représenter des économies à cinq ou six chiffres. 

Dans une conception traditionnelle de décanteur centrifuge, le mélange à séparer est injecté dans la machine via une canne d'admission. Le mélange pénètre dans la partie cylindrique du bol par des ouïes dans le corps de la vis et est ensuite accéléré. En raison de la force centrifuge, un anneau liquide se forme dans la machine. L’épaisseur de l'anneau liquide est appelée profondeur de bassin. Les solides, ou phase lourde, forment une couche concentrique au niveau de la paroi du bol. Les solides sont évacués de la machine par la vis via le cône de sortie. Les liquides séparés sont évacués par un déversoir à l’extrémité opposée. 

 

L’angle du cône, le déversoir et le corps de la vis limitent la profondeur du bassin. ” Un bassin peu profond est optimal pour la déshydratation des mélanges contenant des solides granulaires, tandis qu’un cône plus raide est préférable pour les matériaux à flottabilité neutre qui ont besoin d’un temps de séjour plus long pour se séparer. La majorité des applications de traitement des eaux usées est parfaitement adaptée aux bassins avec anneau d'eau profond.

Les ouïes dans le corps de la vis, par lesquelles le mélange est admis dans la centrifugeuse, ont des revêtements durs pour augmenter la résistance à l’usure. La géométrie des trous est adaptée pour assurer une entrée en douceur, mais une force de cisaillement est toujours exercée sur le mélange, ce qui diminue l’efficacité du polymère, et donc aussi sur l’efficacité de la séparation. 

Dans le cas de décanteurs centrifuges conventionnels, le corps de la vis limite la profondeur du bassin. La construction d’équipements tels que Xelletor élimine ces limites. Pour la première fois, un bassin très profond est possible, ce qui a un impact positif sur la compression, la zone de clarification et, finalement l’efficacité de la séparation. 

 

Flottweg a développé un concept de décanteur centrifuge permettant une  déshydratation plus poussée des boues d’épuration. Inspirée par la construction légère des voitures de sport et des motos de compétition, la société d’ingénierie allemande a développé l’idée d’un concept de centrifugeuse qu'elle a baptisée Xelletor. Le cœur du nouveau design — le rotor et en particulier la vis du décanteur - ont été entièrement repensés. Le résultat est une vis sans corps.

Dans le système Xelletor, le liquide est admis directement dans le bassin de la centrifugeuse. Le liquide est accéléré avec beaucoup moins de cisaillement, ce qui réduit la consommation de floculant. 

La régulation entièrement automatique de la vitesse du bol et la vitesse différentielle permet à tout moment un niveau optimum de matière sèche dans les solides déshydratés, même en cas de variations dans l’alimentation. 

Le décanteur centrifuge Flottweg pour la déshydratation des boues d’épuration Le décanteur centrifuge Flottweg pour la déshydratation des boues d’épuration

Résultats

La ville de Middletown utilise une centrifugeuse Xelletor depuis 2018 et a réalisé des économies, tout en atteignant une siccité poussée entre 28 et 30%.

« Nous avons eu quelques difficultés, mais l’équipe Flottweg a été très réactive », a déclaré Burris, en se référant à une situation où l’entreprise avait besoin d’une pièce spéciale. « Nous avons appelé Flottweg le matin et un technicien était sur place en une heure. Ils ont installé la nouvelle pièce et la machine fonctionnait avant la fin de la journée. Nous avons été très impressionnés. » 

Alors que l’autre machine fournissait un gâteau de solides légèrement meilleur, il fallait nettement plus de produits chimiques pour obtenir une amélioration de siccité d’environ 1,5%.  

« Nous devions nous questionner pour savoir si nous avions vraiment besoin de 32% de siccité», explique Burris. « Avec le Flottweg, nous obtenons maintenant, et de manière régulière, une moyenne entre 28 et 30 %. Pour les 1,5%, nous ne pouvions pas justifier les dépenses supplémentaires en produits chimiques. C’était une bonne décision de changer pour Flottweg. Ils répondent très bien à nos besoins. Ils enverront un technicien dès que nous en aurons besoin, et ils resteront jusqu'à obtention du résultat satisfaisant. C’est un grand argument de vente pour nous.»

En ce qui concerne la maintenance, le Xelletor ne requiert pas grand-chose. 

« Après chaque cycle, les opérateurs envoient deux jets de graisse à l’extrémité du roulement. C’est tout », a-t-il déclaré. « Nous sommes très satisfaits. Nous avons une bonne siccité tout en utilisant moins de produits chimiques et en moins longtemps. Qui pourrait en demander plus? » 

À propos de l’auteur

Robert Rhea

Robert Rhea est directeur commercial de Flottweg Separation Technology Inc.

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