Behandeling van afvalwater, slib en modder
Achtergrond van de casestudy van de afvalwaterzuiveringsinstallatie
Een afvalwaterzuiveringsinstallatie (hierna AWZI genoemd) nam onlangs contact op met SACOME om een oplossing te zoeken voor het verstoppingsprobleem dat zich voordeed in een bestaande spiraalvormige warmtewisselaar. Deze warmtewisselaar was bedoeld voor het verwarmen van slib of modder voor latere anaërobe vergisting in een vergister voor deproductie van biogas. De bestaande warmtewisselaar raakte te vaak verstopt, waardoor onze klant gedwongen was om regelmatig dure productiestops in te lassen om schoonmaakwerkzaamheden uit te voeren.
Na dit eerste contact brachten onze technici verschillende bezoeken aan de installaties van de afvalwaterzuiveringsinstallatie om het probleem van onze klant van dichtbij te analyseren, met als doel een oplossing op maat te kunnen bieden die aan zijn eisen voldeed.
De voorgestelde oplossing: buisvormige warmtewisselaars
Er zijn verschillende geometrieën van warmtewisselaars op de markt: platen, spiralen of buizen, om de meest representatieve te noemen. De werking van platenwarmtewisselaars is niet geschikt voor de behandeling van slib, waardoor spiralen en buizen traditioneel de voorkeur genieten in afvalwaterzuiveringsinstallaties.
Hoewel spiraalvormige warmtewisselaars zeer gebruikelijk zijn in deze sector, leidt het streven naar een betere prestatie van de anaërobe vergister tot de verwerking van steeds complexere slibsoorten: dichter, viskeuzer en met een hoger gehalte aan vaste stoffen en vezels. Onder deze omstandigheden kan een spiraalvormige warmtewisselaar problemen krijgen met verstopping van de interne doorgangskanalen, waardoor frequente reinigingswerkzaamheden nodig zijn, met als gevolg dat de productie stil komt te liggen.
De oplossing van SACOME is daarom gebaseerd op de installatie van een buisvormige warmtewisselaar uit onze Industriële Lijn, speciaal ontworpen voor de behandeling van slib en modder in afvalwaterzuiveringsinstallaties.
Onze buisvormige warmtewisselaars bieden de oplossing voor dit probleem, omdat ze een veel grotere doorstroomdoorsnede hebben dan spiraalvormige apparaten. Hierdoor wordt het risico op verstopping voorkomen en kan het apparaat continu blijven werken, waardoor het aantal noodzakelijke onderhoudsonderbrekingen tot een minimum wordt beperkt.
Beschrijving van het proces van de afvalwaterzuiveringsinstallatie
In deze afvalwaterzuiveringsinstallatie wordt een grote hoeveelheid organisch afval geproduceerd. Om het volume ervan te verminderen en de vervuiling te beperken, wordt dit afval of slib naar een apparaat gestuurd dat bekend staat als een anaërobe vergister. In dit apparaat vindt de biochemische afbraak van het slib plaats, dankzij de bacteriologische werking in een omgeving met gecontroleerde temperatuur en zonder zuurstof, en wordt het omgezet in biogas. De anaërobe vergisting van dit slib maakt niet alleen een vermindering van de lozingen mogelijk, maar ook de energetische valorisatie ervan, aangezien biogas een gas is met een hoge calorische waarde vanwege zijn rijke samenstelling aan methaan, zoals we kunnen zien in de staafdiagram.
Dit biogas wordt opgeslagen in een gashouder waar het, na een behandeling om verontreinigende of corrosieve stoffen te verwijderen, kan worden gebruikt als brandstof in speciaal daarvoor bestemde motoren, die op hun beurt een alternator kunnen aandrijven en elektrische energie kunnen opwekken die aan het elektriciteitsnet kan worden geleverd.
- METHAAN 60% 60%
- KOOLDIOXIDE 30% 30%
- STIKSTOF 5% 5%
- WATERSTOF 4% 4%
- ANDERE GASSEN 1% 1%
Het verwarmen van slib vóór de vergister: een cruciaal proces
De temperatuur van het slib bij de ingang van de anaërobe vergister is een belangrijke parameter, aangezien deze een aanzienlijke invloed heeft op de verblijftijd die nodig is voor het vergistingsproces, zodat de bacteriën het materiaal kunnen verteren. Het is aangetoond dat bij een temperatuur van 30 °C ongeveer 10 dagen nodig zijn voor deze mesofiele vergisting, terwijl bij 20 °C ongeveer 25 dagen nodig zijn. Gezien deze resultaten is het duidelijk dat het van groot belang is om deze temperatuur binnen nauwe marges te houden, zodathet slib dat naar de vergister gaat goed kan worden gestabiliseerd.
Het verwarmen van dit slib gebeurt in een warmtewisselaar, waarvan de goede werking van cruciaal belang is voor een efficiënte vergisting.
Productspecificaties in de afvalwaterzuiveringsinstallatie
Vanwege de variabiliteit van het vastestofgehalte van het slib van de ene afvalwaterzuiveringsinstallatie tot de andere, kunnen de thermische eigenschappen van dit slib, met name de viscositeit, aanzienlijk variëren.
Naast de viscositeit zijn ook thermische eigenschappen zoals dichtheid, soortelijke warmte en thermische geleidbaarheid parameters die een aanzienlijke invloed kunnen hebben op het thermische ontwerp van de warmtewisselaar. In dit project werden de thermische eigenschappen in overleg met de klant vastgesteld, rekening houdend met onze suggesties op basis van onze productdatabase, waarin we de eigenschappen van slib met verschillende drogestofgehaltes hebben opgenomen.
Rheologische tests. Hoewel het in dit geval niet nodig was, biedt SACOME voor zo variabele vloeistoffen als deze de mogelijkheid om rheologische tests uit te voeren op basis van een productmonster, om deze thermische eigenschappen te analyseren, wat een garantie voor succes betekent bij het dimensioneren van de buiswarmtewisselaar.
Ontwerp van buisvormige warmtewisselaars
Vanwege het hoge percentage vaste stoffen in het slib stelde onze technische afdeling voor om ons model buiswarmtewisselaar I-TF20-I te gebruiken, een ideale oplossing om verstopping van de buizen te voorkomen dankzij de geometrie (buis-in-buis-warmtewisselaar).
Hieronder lichten we de belangrijkste kenmerken van de gekozen oplossing toe:
Monotubulair ontwerp
Onze buisvormige warmtewisselaar I-TF20-I bestaat uit twee concentrische buizen waarin het water dat als verwarmingsmedium wordt gebruikt door de ringvormige ruimte stroomt, terwijl het slib of de modder door de binnenste buis stroomt. In tegenstelling tot de traditionele multibuiswarmtewisselaar, die bestaat uit een buizenbundel met buizen met een kleinere diameter, heeft dit model slechts één doorstroomkanaal.
Modulair ontwerp
Eenvoudige demontage voor onderhoudswerkzaamheden. Dankzij het modulaire ontwerp is het eenvoudig om de units te demonteren voor mechanische reiniging en, indien nodig, extra modules toe te voegen om het verwarmingsvermogen te vergroten.
Verwerkingscapaciteit
Onze buisvormige warmtewisselaars kunnen een breed scala aan debieten verwerken. Bovendien bieden we de klant de mogelijkheid om met meerdere lijnen parallel te werken, niet alleen om het thermisch vermogen te verhogen, maar ook om met één lijn te kunnen werken terwijl de andere wordt onderhouden, zonder dat de productie op enig moment stil komt te liggen.
304 of 316L?
Vanwege het ontstaan van fosfaat- en ammoniumprecipitaten (struviet) raden wij aan om roestvrij staal 316L te gebruiken, dat beter bestand is tegen het risico van algemene corrosie dan 304, vanwege het molybdeen- en lage koolstofgehalte.
Corrugatie van de buizen
In elke buisvormige warmtewisselaar werd een binnenbuis met HARD-golfvorming aangebracht omde turbulentie van het product te vergroten, zonder dat dit ten koste ging van de drukval die gepaard gaat met de golfvorming van gegolfde buiswisselaars.
Isolatie
In overeenstemming met de specificaties van de klant hebben we in onze leveringsomvang de isolatie van de buisvormige warmtewisselaars opgenomen om warmteverlies naar de omgeving te beperken. De modules werden afzonderlijk geïsoleerd met 40 mm minerale wol, afgesloten met aluminiumplaat.
Installatie en inbedrijfstelling
De apparatuur werd ter plaatse geïnstalleerd door de medewerkers van de klant, met advies van onze technici.
Het project in cijfers
Procesdebiet (m³/h in slib)
Gehalte aan droge stof in slib (%)
Drukverlies van het slib (bar)
Thermisch vermogen (Kcal/h)
Bezette ruimte op de begane grond (mm)