Il sistema centrifugo riduce il personale e aumenta la qualità dei fanghi

Per un importante impianto di trattamento delle acque reflue, che serve cinque grandi impianti chimici situati nella Virginia Occidentale, i fanghi possono essere ogni giorno diversi. Il che rende difficile ottenere fanghi uniformi. Dopo aver impiegato per decenni delle presse a camera, l'impianto di trattamento delle acque reflue di Solvay è passato a un sistema centrifugo Flottweg, che ha ridotto i tempi di produzione da 24 ore al giorno, 7 giorni su 7, a un solo turno di 12 ore al giorno. Il sistema ha inoltre migliorato la qualità dei fanghi, ridotto i costi e i rifiuti nelle discariche, oltre a fornire all'azienda apparecchiature efficienti, automatizzate e facili da usare, con un risparmio netto annuo di circa 214.000 dollari.

La sfida

Le acque reflue prodotte da impianti chimici contengono pochissime fibre, quindi è difficile disidratare i fanghi.

"Abbiamo a che fare con molti lotti diversi, che cambiano giorno per giorno e mese per mese", ha affermato Brian Smith, sovrintendente alla manutenzione e al trattamento delle acque reflue. "Ciò rende difficile mantenere una biomassa sana. La biomassa è in continua evoluzione. Troviamo molti gruppi di alimenti diversi. Il cibo può mutare molto rapidamente, il che rende molto difficile lo sviluppo di fanghi uniformi. Quando avviamo la centrifuga ogni mattina non sappiamo mai quello che potremo trovare. Ogni giorno è diverso".

Si tratta di una sfida comune per gli impianti di trattamento in presenza di lotti provenienti da più fonti e con una compensazione minima, se non addirittura assente. Lo scarico dell'impianto di produzione raggiungerà l'impianto di trattamento entro un'ora dallo scarico e Smith ha dichiarato che il suo stabilimento non dispone di grandi stagni di compensazione.

Per ottenere fanghi uniformi sono necessari rifiuti uniformi. "Se tutti inviassero rifiuti uniformi, gli insetti si ambienterebbero", ha affermato Smith. "Si potrebbe crescere un insetto sano che si ambienterebbe. Tuttavia, quando si cambiano costantemente il pH e l'alimentazione chimica, si trovano alcuni insetti moribondi e altri in pieno aumento di popolazione. Questo tipo di fanghi è estremamente difficile da disidratare".

Solvay utilizzava in precedenza due presse a camera, ma non sempre potevano gestire la capacità. Smith si è visto costretto a noleggiare ogni anno una pressa a camera aggiuntiva per sei mesi, mettendole tutte in funzione 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana. Ciò ha reso necessario anche l'intervento di un altro operatore.

"È stata una enorme fonte di stress per la nostra manodopera," ha affermato Smith. "C'erano operatori dedicati esclusivamente alle presse a camera. Poiché i nostri fanghi sono molto difficili, per ogni tonnellata di fanghi che abbiamo prodotto abbiamo dovuto aggiungere una tonnellata di ceneri volanti. Ciò ha aumentato il numero di tonnellate da spedire in discarica. Era un materiale molto asciutto. Potremmo avvicinarci al 50% di solidi, ma se si considera che si aggiunge una grande quantità di ceneri volanti, si ottiengono moltissimi solidi".

Le presse a camera sono state installate alla fine degli anni '80. Durante questo periodo, l'azienda ha utilizzato un inceneritore di rifiuti pericolosi. Negli anni '90, lo stabilimento ha spento l'inceneritore e apportato molte modifiche ai processi di produzione. 

"Non siamo riusciti a drenare l'acqua abbastanza velocemente, quindi abbiamo praticamente smesso di produrre rifiuti. Questo avrebbe significato accumulare tutti i fanghi nell'impianto di trattamento delle acque reflue, causando problemi", ha affermato Smith. "Ogni sei mesi circa, siamo stati costretti a procurarci una pressa a noleggio, che ci avrebbe aiutato a ridurre i livelli dei fanghi. In questo modo si è aggiunto un altro ciclo all'impianto di trattamento delle acque reflue. Quindi, non solo avevamo fatto mutare i nostri mangimi, ma ora stavamo anche ciclizzando la quantità di biomassa nell'impianto di trattamento delle acque reflue. Non avevamo nulla di stabile".

Quando in un impianto di trattamento delle acque reflue aumenta il livello di solidi, aumentano anche i costi. Smith ha affermato che il suo stabilimento ha aggiunto un polimero per far sì che i fanghi si stabilizzino nel chiarificatore secondario. Per evitare che i solidi entrino nel fiume, avrebbero usato più polimeri per l'ispessimento, il che era costoso.

La soluzione

Smith e il suo team hanno iniziato a provare diverse tecnologie, compresi i filtri rotanti per schermi, ma il prodotto ottenuto con queste macchine non era soddisfacente. L'azienda ha noleggiato un sistema centrifugo, ma il produttore non è stato in grado di fornire un servizio assistenza efficiente nel momento in cui l'apparecchiatura ha avuto un guasto. Smith, quindi, è tornato al punto di partenza.

Nell'inverno del 2017, Smith è entrato in contatto con la tecnologia di separazione Flottweg e ha lavorato, con un contratto di assistenza, all'interno del programma pilota di Flottweg relativo a un contratto di noleggio di apparecchiature centrifughe .

"In origine, l'unità pilota era dotata di una coclea con corpo solido, che poi è stata sostituita con una coclea a corpo aperto", afferma Smith. "Abbiamo notato un enorme miglioramento. L'unità pilota forniva una percentuale di solidi tra il 19% e il 20%. Inoltre era facile da usare. Bastava premere il pulsante di avvio per dare subito il via alla produzione. Abbiamo iniziato a usare la coclea a corpo aperto da aprile e abbiamo continuato fino ad agosto. Devo dire che è stato un cambiamento radicale. Il prodotto era friabile ed era molto più facile mantenere pulito il concentrato. Era composto da solidi almeno per il 21%. Quell'1% o 2% di solidi in più produce un cambiamento fisico dei fanghi, nel modo in cui si presentano e in cui si comportano. L'acqua libera veniva rimossa e i fanghi non sembravano affatto umidi".

Fin dall'inizio, Flottweg ha lavorato con Solvay sulla base di un contratto di noleggio a lungo termine e la coclea di nuova concezione è stata installata non appena disponibile.

"Ora è una questione quasi del tutto irrilevante", ha affermato Smith. "L'abbiamo installata e non abbiamo mai avuto neanche il più piccolo problema. Il montaggio ha richiesto meno di 8 ore, è bastato inserirla nella stessa sede del cuscinetto. Abbiamo osservato un miglioramento dei solidi pari all'1 - 1,5%. Gli operatori non hanno alcun problema. Poiché i nostri fanghi sono così diversi tra loro, semplicemente fissiamo una quantità iniziale di polimeri da inserire e poi aumentiamo al massimo il flusso dei fanghi, fino a quando il concentrato non si sporca. Poi riduciamo un po' il ritmo".

Smith dice che durante la giornata inizia a far fluire i fanghi a circa 50 galloni al minuto (gpm) e, quando l'addensatore tira i fanghi verso il basso, diluendoli durante il processo, aumenta il flusso di altri 10 gpm. 

"Abbiamo impostato l'eliminazione dei fanghi a 35 galloni al minuto, ad esempio. I fanghi fluiscono tutto il giorno, entrano nell'addensatore e l'addensatore li disidrata", dice Smith. "Quindi, quando i ragazzi arrivano al mattino, nell'addensatore possono esserci anche 3 metri di materiale . Avviano la centrifuga, la lasciano in funzione da 8 a 12 ore e la sera la spengono. La mattina successiva c'è un altro metro, o anche 2 o 3. Non è insolito dover apportare delle modifiche perché l'addensatore va utilizzato per la lavorazione in lotti. Al mattino i fanghi possono essere composti per il 3% da solidi. Appena prima dell'ora di chiusura, la percentuale di solidi può arrivare all'1% - 1,5%."

La centrifuga decanter Flottweg è installata in un container

Come funziona

A seconda delle dimensioni dell'impianto di trattamento delle acque reflue, possono essere utilizzati diversi processi. Sebbene Solvay utilizzi le centrifughe esclusivamente per la disidratazione, le centrifughe decanter consentono anche l'ispessimento.

Tutti gli impianti di trattamento delle acque reflue usano qualche tipo di processo di ispessimento. Ciò significa che i fanghi prodotti in eccesso durante la fase di trattamento biologico, che contengono da 5 a 10 g/l di solidi secchi totali, vengono addensati fino al 5% - 8% prima di essere immessi nella torre di digestione. In questo processo, il volume dell'impasto si riduce del 90% - 95%. Attualmente Solvay utilizza dei chiarificatori per la decantazione, ma per questa fase potrebbe anche utilizzare una centrifuga, facendo poi seguire un processo di disidratazione.

Dopo la disidratazione, i solidi possono essere spostati, riutilizzati come fertilizzante, smaltiti in discarica o inceneriti, ma il fattore più importante è la massima secchezza. Gli altri fattori chiave sono l'economicità in termini di consumo di polimeri, dispendio di energia, acquisto di parti di ricambio a contatto con l'acqua, nonché il funzionamento continuo e automatico a costi minimi.

Una centrifuga decanter può essere vista come un bacino di decantazione disposto intorno a un asse. Nel bacino di decantazione, le particelle solide, che sono più pesanti del liquido, si depositano sul fondo per effetto della forza di gravità e qui formano uno strato di sedimenti. Nel tamburo rotante della centrifuga, le particelle solide, che sono più pesanti del liquido, si spostano verso il diametro interno del tamburo per effetto della forza centrifuga e formano uno strato anulare di sedimenti sulla superficie interna del tamburo della centrifuga. Poiché la forza centrifuga nel decanter corrisponde a circa 3.000 giri, anziché 1 giro come nel bacino di decantazione, con una centrifuga le particelle solide vengono separte dal liquido in modo molto più rapido ed efficiente.

Il guscio della centrifuga decanter ha una forma conica cilindrica. Ruota ad alta velocità, creando la forza centrifuga necessaria per attuare la separazione. All'interno del tamburo è presente un trasportatore a spirale per lo scarico continuo dei sedimenti, che si accumulano sulla superficie interna della parete del tamburo. Il trasportatore a spirale ruota a una velocità differenziale rispetto al tamburo. Questa velocità differenziale è generata da un riduttore rotante posto sul lato azionamento del tamburo. I fanghi da separare entrano nella vasca tramite un tubo di alimentazione fisso. Dal tubo di alimentazione, passano nella zona di separazione all'interno del corpo della spirale. Nella zona di separazione, la massa si separa in uno strato di sedimenti e uno strato liquido. I sedimenti vengono raschiati via dalla parete del tamburo tramite il trasportatore a spirale, vengono espulsi dal bacino e giungono sull'estremità conica della macchina, per poi uscire attraverso le porte di scarico presenti sull'estremità conica del tamburo. Il liquido separato fluisce verso l'estremità cilindrica del tamburo, dove viene scaricato per effetto della gravità tramite una piastra di tracimazione.

Queste importanti caratteristiche progettuali sono state prese in considerazione dall'inizio degli anni '70. Oggi, il risultato di questo continuo sviluppo è la gamma completa di decanter HTS Flottweg per la disidratazione dei fanghi, che include attrezzature utili per gestire portate da 40 a 800 gpm.

Il sistema centrifugo ha consentito all'impianto di trattamento delle acque reflue di Solvay di ridurre la quantità di materiale da inviare in discarica

Il risultato

Il sistema centrifugo ha consentito all'impianto di trattamento delle acque reflue di Solvay di ridurre le ore-uomo impiegate per far funzionare le macchine per la disidratazione, ridurre i tempi di esercizio, evitare la produzione di tonnellate di materiale da discarica, aumentare la consistenza dei fanghi e ridurre i consumi energetici.

"L'unità che utilizziamo attualmente è a noleggio, ma speriamo di acquistarla un giorno", ha affermato Smith. "Ogni tanto punzecchio i ragazzi ricordando loro che si tratta di un noleggio. Se dovessi togliergliela, credo che mi ucciderebbero. Piuttosto si metterebbero di guardia al cancello. Non è pensabile tornare alla vecchia tecnologia dopo aver utilizzato la centrifuga Flottweg. Questa tecnologia dimostra la sua efficacia da almeno 15 anni e siamo lieti di averla finalmente scoperta".

Grazie a questo sistema, Solvay ha ridotto i tempi di esercizio da 24 ore su 24, 7 giorni su 7 con operatori dedicati a tempo pieno, a un solo turno di 12 ore al giorno. Le presse a camera richiedevano molto lavoro fisico, perché bisognava raschiare e spostare le lamiere, dice Smith. Spesso ne conseguivano lesioni alle spalle e strappi ai muscoli del tronco. Il sistema centrifugo ha ridotto sia il fabbisogno di personale aggiuntivo, sia il rischio di lesioni per gli operatori.

"È stato bello liberarsi delle ore di lavoro straordinario", continua Smith. "Abbiamo reindirizzato le ore-uomo extra verso altre parti dell'impianto di trattamento delle acque reflue, migliorando le nostre operazioni e la qualità degli effluenti. Una volta avviata e messa in funzione la macchina, è stato tutto molto facile. Solvay e lo stabilimento di Willow Island sono in crescita. Vogliamo espanderci. Prima credevamo che l'impianto di trattamento delle acque reflue non fosse in grado di gestire carichi aggiuntivi. Ora questo problema non si pone. Grazie alla nuova centrifuga e al fatto che ora abbiamo il pieno controllo dell'impianto di trattamento delle acque reflue, è ormai chiaro che questo sito è pronto per espandersi".

Non c'è più bisogno di aggiungere ceneri volanti nell'impianto, quindi risparmiamo sui costi di acquisto, trasporto e smaltimento delle ceneri volanti. Nel complesso, lo stabilimento ha realizzato un ritorno sull'investimento in pochi mesi. Dopo il primo anno di esercizio, il sistema ha dimostrato il suo valore consentendo a Solvay di risparmiare oltre 214.000 dollari all'anno. Questa cifra include i costi di acquisto e trasporto delle ceneri, trasporto in discarica, smaltimento, acquisto di polimeri, noleggio, assunzione di personale aggiuntivo, contenitori scarrabili, un camion scarrabile, un rivestimento in plastica, manutenzione e le spese per l'energia elettrica.

"Il vantaggio principale è avere il controllo dell'impianto di trattamento delle acque reflue", dice Smith. "Non permettiamo a quei solidi di raggiungere livelli molto alti. Sappiamo bene come tenerli a bada. Per quanto riguarda le acque reflue, spendiamo decisamente meno per i polimeri. Il nostro operatore deve solo avviare la centrifuga al mattino e spostare il cassone ribaltabile facendo poche piccole regolazioni".

Informazioni sull'autore

Daniel Lakovic

Daniel Lakovic è Responsabile dello sviluppo aziendale presso Flottweg Separation Technology.