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05.05.2021

Preparare una massa di solidi uniforme

La città di Middletown, l'impianto di riciclo dell'acqua dell'Ohio, ha installato una centrifuga decanter che in soli due anni di attività ha ridotto i tempi di produzione di due giorni a settimana, aumentato l'efficienza e consentito di risparmiare migliaia di galloni di prodotti chimici all'anno, con un conseguente notevole risparmio in termini di costi. 

Kevin Glidewell, operatore presso l'impianto di trattamento delle acque reflue di Middletown , si occupa della manutenzione delle apparecchiature centrifughe. Kevin Glidewell, operatore presso l'impianto di trattamento delle acque reflue di Middletown , si occupa della manutenzione delle apparecchiature centrifughe.

Contesto

La divisione Trattamento delle acque reflue della città di Middletown, Ohio, gestisce e cura l'impianto di trattamento da 26 milioni di galloni al giorno. La divisione tutela la salute della comunità e l'ambiente recuperando in media 14,5 milioni di galloni di acque reflue al giorno da tutte le fonti domestiche, commerciali e industriali. Questo processo genera due prodotti riciclati:  acqua pulita che viene scaricata nel Great Miami River e circa 1.500 tonnellate secche all'anno di biosolidi lavorati, che vengono applicati sui terreni agricoli per le loro proprietà nutritive e fertilizzanti.

L'impianto di riciclo dell'acqua ha una portata nominale di 26 milioni di galloni al giorno e serve una comunità di 48.000-50.000 persone. Grazie al sistema combinato, la portata può raggiungere picchi di 48 - 50 galloni al giorno.

La sfida e la soluzione

In precedenza, l'impianto di riciclo dell'acqua utilizzava una pressa a nastro e una centrifuga che non funzionava correttamente. Nel 2018, l'azienda ha rimosso la pressa a nastro perché per i tecnici era difficile manovrarla e produceva solo dal 15 al 18% di solidi. La centrifuga produceva il 30% di solidi. 

“Volevamo una massa di solidi più uniforme, in modo da ridurre i costi di trasporto", ha detto Gerry Burris, responsabile dell'impianto di riciclo dell'acqua. “Volevamo qualcosa di simile alla macchina che avevamo già, ma la nostra macchina aveva numerosi problemi meccanici e il servizio assistenza offertoci dal produttore non ci soddisfaceva”. 

 

Nel 2018, lo stabilimento ha installato una centrifuga Flottweg Xelletor ed è stato in grado di ridurre i tempi di produzione da cinque giorni a tre giorni a settimana (da 8 a 10 ore al giorno). La vecchia centrifuga è stata conservata come macchina di riserva e la pressa a nastro è stata eliminata. 

“Abbiamo smerciato il nostro prodotto anche con l'orario di lavoro ridotto, risparmiando sui costi di esercizio e dei prodotti chimici, che erano più elevati quando l'attività era organizzata su cinque giorni a settimana", spiega Burris. “Rispetto al passato, ora lavoriamo con consumi ridotti e una maggiore efficienza”. 

Burris ha detto che la città ha risparmiato installando la macchina autonomamente, cosa che ha funzionato senza problemi. 

“Abbiamo avuto alcune difficoltà di avvio, perché gli operatori credevano che la nuova macchina funzionasse come la vecchia", ha dichiarato. “Erano abituati ai comandi dell'altra macchina, ma Flottweg ha fatto un ottimo lavoro di integrazione degli schermi, rendendoli simili a quelli della macchina precedente. Questo ha semplificato molto la transizione”. 

Inoltre, grazie alla nuova macchina abbiamo avuto l'opportunità di regolare l'uso delle sostanze chimiche. 

“La situazione è cambiata radicalmente", ha affermato Burris. “Grazie a Flottweg abbiamo eliminato una tonnellata di sostanze chimiche. Ora utilizziamo una quantità estremamente ridotta di polimero o cloruro ferrico”.

 

Nel 2016 e nel 2017, lo stabilimento ha utilizzato 71.000 galloni di cloruro ferrico all'anno. Nel 2018 si è arrivati a consumare invece 112.000 galloni, perché si è fatto uso della pressa a nastro e della vecchia macchina. Nel 2019 si è registrato un calo drastico nell'uso di sostanze chimiche, con soli 49.000 galloni di cloruro ferrico. A novembre 2020, sono stati utilizzati solo 39.000 galloni. Il cloruro ferrico è un reagente per depurazione aggiuntivo. 

“Ricorriamo a un processo di digestione aerobico-termofila (ATAD) con miscelazione e temperatura elevata fino a 140 gradi, in modo da eliminare gli agenti patogeni presenti nel flusso di rifiuti", ha affermato Burris. “I rifiuti passano quindi attraverso uno scambiatore di calore che li raffredda fino a circa 100 gradi e li invia alla centrifuga. A causa delle alte temperature, la disidratazione non è altrettanto efficace con il polimero, perciò a questo punto del processo viene aggiunto il cloruro ferrico. Ciò ci consente di raggiungere il maggiore livello di disidratazione di cui abbiamo bisogno”. 

Lo stabilimento ha dimezzato l'uso del cloruro ferrico e anche la quantità di polimero si è ridotta notevolmente. 

Nel 2017, lo stabilimento ha utilizzato 102.000 galloni di polimero. Nel 2018, questa quantità è scesa a 59.000 galloni e, nel 2020, sono stati usati solo 40.000 galloni per un periodo di 11 mesi. 

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Funzionamento delle centrifughe decanter

La disidratazione dei fanghi di depurazione offre un enorme potenziale di risparmio agli operatori degli impianti di trattamento delle acque reflue. I costi di trasporto e smaltimento dei fanghi di depurazione disidratati rappresentano spesso l'80% dei costi operativi. A seconda della capacità dell'impianto, l'1% in più di sostanza secca nei fanghi di depurazione disidratati può consentire di risparmiare somme a cinque a sei cifre. 

In una centrifuga tradizionale, la miscela liquida da separare viene introdotta nella macchina attraverso un tubo fisso. La miscela entra nella parte cilindrica del tamburo attraverso i fori presenti nel corpo della coclea e viene quindi accelerata. Grazie alla forza centrifuga, all'interno della macchina si forma un anello liquido. Lo spessore dell'anello è detto "profondità dello stagno". I solidi, o fase pesante, formano uno strato concentrico sulla parete del tamburo. Per mezzo della coclea, i solidi vengono scaricati dalla macchina attraverso la parte conica. I liquidi separati vengono scaricati attraverso uno sbarramento presente all'estremità opposta. 

 

L'angolo conico, lo sbarramento e il corpo della coclea limitano la profondità dello "stagno" (strato liquido). Uno stagno poco profondo è ideale per disidratare miscele contenenti solidi granulari, mentre un cono più angolato è più adatto ai materiali con galleggiabilità neutra, che per separarsi necessitano di un tempo di permanenza maggiore. La maggior parte delle applicazioni per il trattamento delle acque reflue è adatta agli stagni profondi.

I fori nel corpo della coclea, attraverso i quali la miscela liquida viene scaricata nella centrifuga, hanno superfici dure per aumentare la resistenza all'usura. La geometria dei fori viene adattata per garantire un ingresso delicato del liquido, ma la forza di taglio viene comunque esercitata sulla miscela, riducendo l'efficacia del polimero e, quindi, anche l'efficienza della separazione. 

Nel caso delle centrifughe decanter convenzionali, il corpo della coclea limita la profondità dello stagno. La realizzazione di apparecchiature come Xelletor elimina questi limiti. Per la prima volta, è possibile ottenere uno stagno super profondo, il che ha un impatto positivo sulla compressione, sulla zona di chiarificazione e, in ultima analisi, sull'efficienza della separazione. 

 

Flottweg ha sviluppato un concetto di centrifuga specifico per la massima disidratazione dei fanghi di depurazione. Ispirandosi alla struttura leggera delle auto e moto sportive ad alte prestazioni, la società di ingegneria tedesca ha sviluppato un concetto di centrifuga che ha chiamato Xelletor. Il cuore del nuovo design, costituito dal rotore e dalla coclea del decanter, è basato su un concetto del tutto nuovo. Il risultato è una coclea senza corpo.

Nel sistema Xelletor, il liquido viene scaricato direttamente nello stagno del tamburo. Il liquido viene accelerato con una forza di taglio decisamente inferiore, con conseguente riduzione del consumo di flocculanti. 

La regolazione completamente automatica della velocità del tamburo e delle velocità differenziali produce livelli ottimali di materia secca nei solidi disidratati in qualsiasi momento, anche in caso di condizioni variabili in ingresso. 

La centrifuga decanter Flottweg per la disidratazione dei fanghi di depurazione La centrifuga decanter Flottweg per la disidratazione dei fanghi di depurazione

Risultati

La città di Middletown utilizza una centrifuga Xelletor dal 2018 e ha realizzato risparmi sui costi, oltre a una ottimale consistenza della materia secca pari al 28 - 30%.

“C'è stato qualche intoppo, ma il team Flottweg è stato molto reattivo", ha affermato Burris, riferendosi a un caso in cui l'azienda necessitava di un componente speciale. “Quella mattina ci siamo rivolti a Flottweg, che ci ha mandato un tecnico entro un'ora. Il nuovo pezzo è stato installato e la macchina era in funzione prima della fine del giorno. Siamo rimasti molto colpiti”. 

L'altra macchina forniva una massa di solidi leggermente migliore, ma per ottenere un miglioramento dei solidi di circa l'1,5% era necessaria una quantità notevolmente superiore di sostanze chimiche.  

“Dovevamo chiederci se avevamo davvero bisogno del 32% di solidi", ha affermato Burris. “Con Flottweg ora otteniamo costantemente una media tra il 28 e il 30% di solidi. Un 1,5% in più non giustificava la spesa extra per le sostanze chimiche. Passare a Flottweg è stata una buona mossa. L'azienda è sempre pronta a rispondere alle nostre esigenze. Inviano i loro tecnici ogni volta che ne abbiamo bisogno e rimangono fino a quando non ottengono il risultato desiderato. Per noi questo è un grande punto di forza”.

Per quanto riguarda la manutenzione, Xelletor non richiede molti interventi. 

“Dopo ogni ciclo, gli operatori spruzzano del grasso sull'estremità del cuscinetto. Tutto qui", ha affermato Burris. “Siamo molto soddisfatti. Otteniamo dei buoni solidi usando meno sostanze chimiche e lavorando meno giorni. Cosa si potrebbe chiedere di più?” 

Informazioni sull'autore

Robert Rhea

Robert Rhea è Direttore delle vendite presso Flottweg Separation Technology Inc.

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