Centrifugeuses décanteuses pour l'épaississement et la déshydratation des boues | Shenzhou

Description d'une centrifugeuse à décanter

Une centrifugeuse décanteuse, également appelée centrifugeuse à bol horizontal, centrifugeuse à bol plein ou centrifugeuse à spirale, est une machine permettant de séparer un matériau solide d'un ou plusieurs liquides grâce à un processus de rotation continue à grande vitesse. Si le traitement des eaux usées contenant des biosolides constitue une application principale, la séparation d'un matériau solide d'un liquide (déshydratation biphasique) dans une suspension est également importante pour de nombreuses industries, notamment la chimie, l'agroalimentaire, le pétrole et l'exploitation minière.

Comment ça marche

La séparation d'un solide et d'un ou plusieurs liquides dans un système de décantation-centrifugation repose sur le principe de la gravité. Alors que la séparation gravitationnelle d'un mélange boueux (qui se dépose au fond) et d'eau (qui remonte à la surface) prend un temps considérable dans les technologies de séparation basées sur la gravité naturelle (1xG), telles qu'un conteneur statique, un clarificateur ou un séparateur lamellaire, la rotation rapide d'une centrifugeuse accélère considérablement ce processus.

En effet, la force centrifuge générée par une centrifugeuse décanteuse peut être plus de trois mille fois supérieure à la gravité, réduisant ainsi le processus de séparation de plusieurs heures à quelques secondes. Les centrifugeuses actuelles fonctionnent à contre-courant. Dans une centrifugeuse décanteuse biphasique, les particules solides les plus denses se compactent et se déposent dans le tambour interne, puis sont transportées et évacuées par l'orifice de sortie des solides. Le centrat est acheminé vers l'extrémité opposée de la centrifugeuse et évacué par la sortie prévue à cet effet. Dans une centrifugeuse triphasée, le système de chicanes est intégré à l'appareil. Ce système empêche l'huile d'être entraînée avec l'eau. L'huile (la phase fluide la plus légère) est recueillie entre les deux chicanes et écrémée en surface.

Schéma de fonctionnement de la centrifugeuse décanteuse :

Le fonctionnement de base comprend les éléments suivants de la centrifugeuse et leur mode de fonctionnement :

Le matériau à alimenter pénètre dans la centrifugeuse par l'orifice d'alimentation situé à une extrémité de celle-ci.

Sous l'effet de la force centrifuge, les particules les plus lourdes sont entraînées à travers le liquide et se déposent sur la paroi interne du bol ; la rotation à grande vitesse du bol sépare les matières solides et liquides.

La rotation continue du bol peut être réalisée par un variateur de fréquence (VFD).

Le convoyeur à spirale (spirale) à l'intérieur du bol tourne à une vitesse légèrement différente de celle du bol (vitesse différentielle).

Le convoyeur à spirale racle en continu les solides de la paroi intérieure du bol et les déplace vers la zone d'évacuation des solides du cône de la centrifugeuse.

Le liquide (centrat) se déplace dans la direction opposée à celle des solides en raison de la loi de Pascal (ou d'un système de tuyauterie combinée) et parce que l'extrémité de décharge des solides est scellée par les solides.

La vitesse différentielle de la centrifugeuse contrôle le temps de rétention des solides ; plus les solides sont soumis à la force centrifuge, plus ils deviennent secs lors du processus de déshydratation.

Centrifugeuses décanteuses pour l'épaississement et la déshydratation des boues

Le coût du stockage, du transport et du traitement final des boues d'épaississement peut avoir une incidence importante sur le choix des centrifugeuses décanteuses pour les opérations d'épaississement ou de déshydratation. De manière générale, l'épaississement des boues avant la déshydratation permet de réduire le volume de stockage nécessaire en éliminant l'eau ; la déshydratation, quant à elle, permet d'éliminer davantage d'eau, produisant ainsi un gâteau de filtration plus sec (source : EPA - Centrifuge Thickening and Dewatering of Biosolids).

Selon ScienceDirect, l'épaississement des boues permet généralement d'obtenir des concentrations de matières solides comprises entre 3 % et 7 %, ce qui entraîne une réduction de volume de 80 %. Plusieurs facteurs déterminent si un système d'épaississement des boues est adapté au traitement des biosolides. Parmi ceux-ci :

Types de boues

Boues activées résiduaires (WAS) / Boues secondaires – (0,8-1,3 % MS)

Présente une séparation naturelle de l'eau libre (floculation) et se solidifie facilement.

Peu ou pas de polymère est nécessaire. (*)(**)

Les centrifugeuses décanteuses traditionnelles utilisées pour l'épaississement des boues peuvent fonctionner avec peu ou pas de polymère, mais leur consommation d'énergie est plus élevée ou leur capacité est limitée. D'autres technologies d'épaississement (tambour rotatif, bande transporteuse gravitaire, DAF) nécessitent du polymère pour obtenir une concentration en matières solides de 4 à 5 %. **L'épaississeur de boues SHENZHOU atteint une concentration en matières solides de 4 à 5 % sans polymère, avec une consommation d'énergie réduite de 50 % et une capacité accrue par rapport aux centrifugeuses décanteuses traditionnelles.

Boues primaires - (1,5-5 % TS)

Les solides sont lourds et peuvent se déposer, mais ils sont chargés de matières colloïdales (aspect trouble).

Difficile d'éliminer les fines particules

Un polymère est généralement nécessaire.

Boues digérées – (1,5-3 % MS)

Difficilement paramétrable ;

Un polymère est généralement nécessaire.

Coûts de transport calculés en fonction du tonnage

exigences de concentration en solides en pourcentage des décharges

La possibilité d'éliminer les boues dans un bassin de décantation.

L'épaississement des boues par décantation centrifuge avant digestion permet de réduire la taille du digesteur et peut être appliqué avant le stockage et l'épandage des boues liquides. Selon l'utilisation prévue des boues (mise en décharge, épandage ou séchage), plus elles sont sèches, plus leur stockage, leur transport et leur élimination seront économiques.

Déshydratation des boues

La déshydratation mécanique par décantation centrifuge permet une réduction de volume de 95 % et une concentration en matières sèches de 15 à 35 %, contre une réduction de volume de 80 % et une concentration en matières sèches de 3 à 7 % pour une opération d'épaississement des boues uniquement. En éliminant davantage d'eau et en produisant ainsi un gâteau de filtration plus sec, la déshydratation génère des économies importantes sur les coûts de traitement, de manutention et d'élimination.

Les avantages de la déshydratation sont les suivants (source : EPA - Fiche d’information sur la technologie des biosolides concernant l’épaississement et la déshydratation par centrifugation) :

Réduit le volume, ce qui permet de réaliser des économies sur le stockage et le transport.

Élimine les liquides libres avant leur mise en décharge

Réduit les besoins en combustible si les résidus doivent être incinérés ou séchés à la chaleur

Élimine la stagnation et le ruissellement

Optimise le séchage à l'air et de nombreux procédés de stabilisation

Dans une centrifugeuse de déshydratation Centrisys, plus l'équipement fonctionne, plus le réglage est précis. Le contrôleur de la centrifugeuse démarre automatiquement le système et permet à l'opérateur de présélectionner le mode de fonctionnement. Une centrifugeuse décanteuse Centrisys est généralement optimisée à 95 % en 45 minutes. Le système hydraulique Rotodiff® fournit un retour d'information instantané (par corrélation de pression) sur le niveau de matières sèches du gâteau, avec une précision supérieure à celle d'une observation visuelle. Une fois la pression souhaitée atteinte, le système Rotodiff® maintient le niveau de matières sèches du gâteau malgré les variations de concentration d'alimentation grâce à un régulateur proportionnel intégré. L'opérateur devra occasionnellement surveiller le centrat et ajuster le polymère en conséquence, mais le système reste optimisé avec une intervention minimale.

Performance du procédé. Les boues municipales et les attentes en matière de performance sont difficiles à classer entièrement en raison des grandes variations des différents procédés ainsi que des contributions domestiques et industrielles à la biomasse.

Il est nécessaire de :

Définir les caractéristiques des boues

Caractériser les niveaux de performance optimaux attendus de l'équipement

Définitions des boues. Afin de mieux quantifier les performances, il est nécessaire de fixer des limites et de préciser la terminologie. Tous les types de boues définis ci-dessous supposent que les apports industriels représentent moins de 20 % de la concentration finale en matières sèches déshydratées et que des procédés conventionnels de traitement des eaux usées sont utilisés. On suppose également que les additifs chimiques (tels que le permanganate de potassium utilisé pour le contrôle des odeurs) n'ont pas d'incidence significative sur le conditionnement des boues.

Primaire brute :

On suppose que les matières solides à l'alimentation proviennent du fond d'un clarificateur primaire et ont donc une consistance de 2 à 7 % ts. Pour l'épaississement avant digestion anaérobie ou transport par camion-citerne, un gâteau à 5-10 % ts est spécifié avec un taux de récupération supérieur à 95 % et est facilement disponible.

Boues activées résiduaires :

La teneur en matières sèches des boues d'alimentation varie généralement de 0,4 à 2,0 %. L'épaississement des boues sans polymère permet d'obtenir un gâteau de 4 à 6 % pour des taux de récupération de 85 à 90 %. L'utilisation d'un polymère est nécessaire pour des taux de récupération plus élevés et/ou lors de l'épaississement à 7-10 %. La déshydratation, notamment pour les boues à forte teneur en matières sèches, intervient généralement pour des taux de récupération de 90 à 95 %.

Boues primaires/secondaires mixtes brutes :

On trouve généralement diverses combinaisons de boues primaires et secondaires à une concentration comprise entre 3 et 6 % de matières en suspension totales (MES). Cette analyse suppose un mélange à parts égales (50/50) des différents types de boues. Des taux de récupération supérieurs à 95 % sont généralement obtenus avec un polymère, quel que soit le mode de séparation.

Boues mixtes digérées anaérobiquement :

En supposant un mélange 50:50 de boues primaires et secondaires dans le digesteur, les matières solides d'alimentation à 2 – 4 % tss donnent généralement des spécifications à +95 % de récupération avec polymère.

Boues digérées aérobiquement :

Pour les boues digérées en aérobiose, on obtient généralement une teneur en matières sèches de 1 à 2,5 %. Un polymère est utilisé pour réaliser les séparations avec un taux de récupération de 90 à 95 %.

Glossaire des termes utilisés dans cette section

Quelle est la vitesse différentielle d'une centrifugeuse ?

La vitesse différentielle d'une centrifugeuse est la différence entre la vitesse du bol et la vitesse de la spirale.

En supposant que la vitesse de rotation du bol soit de 3000 tr/min

Si la spirale est en avance de 1 tr/min par rapport à la vitesse différentielle, la vitesse de la spirale est de 3001.

Si le défilement présente un retard de 1 tr/min de vitesse différentielle, la vitesse de défilement est de 2999.

La centrifugeuse décanteuse Centrisys peut fonctionner en mode spirale avant ou arrière. Une spirale avant tourne plus vite que le bol, tandis qu'une spirale arrière tourne plus lentement. Cette conception innovante prolonge la durée de vie des buses de refoulement, tant sur le bol que sur la spirale. Nos clients bénéficient ainsi d'une maintenance réduite, la spirale pouvant fonctionner en mode avant ou arrière.

Pourquoi la vitesse différentielle d'une centrifugeuse est-elle nécessaire pour la déshydratation des boues ?

En supposant que la spirale comporte 15 rangées de spires et une vitesse différentielle de 1, les solides acheminés à travers la centrifugeuse (de l'entrée d'alimentation à la sortie) y resteront au maximum 15 minutes sous l'effet de la force G. Le temps de séjour des solides est déterminé par la vitesse différentielle. Plus les solides restent longtemps dans la centrifugeuse, plus ils seront secs. Une vitesse différentielle plus faible donne un gâteau plus sec.

En augmentant la vitesse différentielle de 1 à 2 tr/min, le temps de rétention des solides est divisé par deux. Ainsi, au lieu de rester 15 minutes dans la centrifugeuse sous l'effet de la force centrifuge, les solides n'y restent que 7,5 minutes, ce qui, en théorie, devrait donner un gâteau plus humide mais un centrat plus propre. En doublant la vitesse différentielle, la quantité de solides dans la centrifugeuse est également réduite de moitié ; l'espace disponible pour la clarification est donc plus important, ce qui permet d'obtenir un centrat plus propre.

La vitesse différentielle d'une centrifugeuse est essentielle pour la déshydratation, car elle permet de calculer le niveau de siccité souhaité du gâteau par rapport au débit global de l'opération critique. Une vitesse différentielle plus faible implique un temps de centrifugation plus long et un gâteau plus sec. À l'inverse, une vitesse différentielle plus élevée réduit le temps de centrifugation, produit un solide plus humide, mais un centrat plus propre et un débit plus important (en gallons par minute).

Quel est le moyen le plus rapide de vérifier que la vitesse différentielle est correctement réglée sur une centrifugeuse à décanter ?

Le meilleur indicateur d'un réglage correct de la vitesse différentielle est la propreté du centrat. Dès lors que le centrat est clair et propre, la vitesse différentielle peut être réduite afin d'optimiser la siccité des matières sèches du gâteau.

Il est impossible de vérifier visuellement le degré de siccité des résidus de centrifugation, mais la limpidité du centrat est immédiatement perceptible et peut être ajustée en fonction de son degré de clarté lors de l'optimisation. Si, lors du réglage du différentiel, le centrat devient trouble ou opaque, cela indique que la vitesse différentielle est trop faible. Une trop grande quantité de résidus est stockée dans la centrifugeuse, ce qui rend le centrat trouble et opaque.

Vous avez peut-être constaté que la centrifugeuse ne fonctionne pas comme prévu, que les solides sont trop humides ou que le centrat est trop trouble. Comme indiqué dans notre vidéo « Vérification de l’étalonnage de la vitesse différentielle », vous pouvez effectuer des modifications temporaires et vérifier la vitesse différentielle sans interrompre votre processus en suivant ces étapes :

Démarrez la centrifugeuse et mettez le système d'alimentation en mode manuel.

Assurez-vous que la pression en BAR est faible, inférieure à 20 BAR

Accédez à la page de contrôle de la courbe sur le panneau de commande

Sélectionnez Delta N et saisissez une valeur plus élevée, puis appuyez sur Entrée.

Assurez-vous que la valeur que vous avez saisie est acceptée.

La différence réelle devrait atteindre la valeur définie dans un délai de 30 secondes.

Rétablir la valeur à un tr/min

Assurez-vous que la vitesse différentielle passe à la valeur définie (une petite variation comme 0,5 tr/min est acceptable).

Cela confirme que la vanne de commande et le système hydraulique répondent.

Si la vitesse de rotation réelle ne répond pas, la centrifugeuse devra être recalibrée.

Réinitialiser la valeur Delta N à la valeur d'origine

Pour toute question concernant le recalibrage de la vitesse de votre centrifugeuse, veuillez contacter Centrisys.

L'importance de l'équilibrage d'une centrifugeuse décanteuse à vitesse de fonctionnement

De même que la vitesse différentielle d'une centrifugeuse doit être recalibrée si elle fonctionne hors de ses paramètres normaux, le bol et la spirale d'une centrifugeuse doivent être rééquilibrés dans certaines conditions. Cette section détaille le processus d'équilibrage d'une centrifugeuse et explique pourquoi il est important de l'effectuer à vitesse de fonctionnement.

Pourquoi équilibrer une centrifugeuse à décanter ?

Une centrifugeuse décanteuse mal équilibrée, c'est comme avoir des pneus de voiture mal équilibrés. Un pneu mal équilibré rebondit sur la route, ce qui entraîne de nombreux problèmes de performance : direction, vitesse, sécurité et usure prématurée des pièces. Sous-estimer l'importance d'un équilibrage précis de la centrifugeuse est une grave erreur. Les fortes vibrations provoquent des dommages et une usure prématurés des pièces et des composants structurels de la centrifugeuse, engendrant des coûts de réparation plus élevés et des arrêts de production inutiles.

Quand faut-il équilibrer une centrifugeuse à décanter ?

Un équilibrage de la centrifugeuse décanteuse doit être effectué après une réparation ou une reconstruction majeure, après 15 000 à 20 000 heures, ou chaque fois que vous constatez un bruit et des vibrations excessifs pendant le fonctionnement.

Quelles parties d'une centrifugeuse à décanter doivent être équilibrées ?

En général, le bol et la spirale de la centrifugeuse sont équilibrés séparément. Ensuite, ils sont équilibrés et testés ensemble afin de garantir leur bon fonctionnement et leur conformité aux spécifications requises.

Où et comment équilibrer une centrifugeuse à décanter ?

Il est important d'équilibrer une centrifugeuse à sa vitesse de fonctionnement. Les centrifugeuses peuvent fonctionner à des vitesses très élevées : de 2 000 à 4 000 fois la vitesse de la gravité (ce que l'on appelle la force G). Le seul moyen d'équilibrer précisément le bol et la spirale d'une centrifugeuse est de procéder à cet équilibrage à leur vitesse de fonctionnement normale.

Comme vous pouvez l'imaginer, l'équilibrage d'équipements à grande vitesse est fortement déconseillé sans protections et protocoles adéquats. C'est pourquoi, chez Centrisys, nous avons mis au point une solution innovante avec notre bunker d'équilibrage ultramoderne.

Les centrifugeuses envoyées chez Centrisys pour réparation ou remise à neuf, et qui nécessitent ensuite un équilibrage, sont traitées dans notre salle d'équilibrage dédiée. Cet atelier assure la sécurité des employés et des clients venus assister aux opérations. Il permet non seulement de réduire le bruit lors de l'équilibrage à grande vitesse, mais offre également une sécurité indispensable à nos opérateurs et techniciens de maintenance.

Outre la sécurité de notre équipe, la fosse d'équilibrage de notre centrifugeuse mesure 4 m de profondeur, 6 m de largeur et 12 m de longueur. Seize camions de béton ont été nécessaires pour couler la fosse et garantir une base aussi solide que possible. Deux grues de 15 tonnes permettent de déplacer les cuves et les spirales de la centrifugeuse à l'intérieur et à l'extérieur de la fosse. Un toit rétractable en acier et en béton ferme la fosse lorsque l'équilibreuse est en fonctionnement.

La machine d'équilibrage Schenck HM7U permet d'équilibrer les centrifugeuses d'un diamètre de 44 pouces ou plus, même à des vitesses de fonctionnement différentes, et de traiter des rotors plus grands et plus lourds. La création de cette station d'équilibrage de pointe constitue une étape naturelle pour la fabrication et la maintenance de la prochaine génération de centrifugeuses.

Les clients qui ne souhaitent pas être présents dans notre centre de service pour l'équilibrage peuvent recevoir les relevés d'équilibrage directement via une interface web.

Un équilibrage précis de la centrifugeuse, à une vitesse égale ou supérieure à celle de fonctionnement, constitue la première étape cruciale d'un programme de maintenance préventive efficace. Ceci garantit le bon fonctionnement de la centrifugeuse décanteuse et minimise les réparations et les temps d'arrêt inutiles.