Brevet FR2550716A1 — publié le 19850222

La présente invention concerne une centrifugeuse, notamment une centrifugeuse à vis sans fin et enveloppe pleine pour la séparation solide-liquide de boues, notamment des boues provenant de l'étage d'épu5 ration biologique d'une installation de clarification. Un gros pourcentage de la production mondiale de centrifugeuses est utilisé pour la déshydratation de boues ou bien pour l'épaississement de boues, par exemple des boues communales dans des installations de clarification En pratique, on utilise dans des installations de clarification des centrifugeuses à vis sans fin et à enveloppe pleine, qui sont en mesure de déshydrater aussi bien des boues fluides et contenant peu de solides que des boues épaisses et riches en substances 15 solides Dans une centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine, les particules solides collectées dans le champ de forces centrifuges sur l'enveloppe de la centrifugeuse sont évacuées par la vis sans fin de transport, qui tourne à l'intérieur de l'enveloppe tour20 nante de la centrifugeuse avec une vitesse différentielle déterminée en avance ou en retard par comparaison à l'enveloppe. Dans l'état actuel de la technique, l'entralnement d'une centrifugeuse, également d'une centrifugeuse 25 à vis sans fin et à enveloppe pleine intervenant dans une installation de clarification, est assuré par un moteur électrique, qui peut être un moteur à courant triphasé ou un moteur à courant continu Il est connu dans le cas de l'entraînement d'une centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine qu'un moteur électrique assure également l'entralnement de la pompe hydraulique d'un circuit hydraulique dans lequel est disposé au moins un moteur hydraulique qui entraîne au moins la vis sans fin de transport de la centrifugeuse. 35 Il est en outre connu que, dans la tour de fermentation d'une installation de clarification, du gaz, appelé biogaz, se formant dans la tour de fermentation d'une installation de clarification par fermentation ou par putréfaction de la boue provenant de l'étage d'épura5 tion biologique, et se composant essentiellement de méthane, est brûlé dans des moteurs à gaz, appelés des moteurs à biogaz, qui entraînent des génératrices au moyen desquelles on alimente en courant les moteurs électriques d'entra Inement des centrifugeuses ainsi que d'autres consommateurs de courant d'une installation de clarification On se rend compte qu'un tel système d'entraînement d'une centrifugeuse engendre des frais d'investissement élevés et, également, de grands frais d'exploitation car le rendement total du 15 système d'entraînement ne peut pas être augmenté du fait de la fréquente conversion d'énergie D'autre part, on utilise de plus en plus des installations dans lesquelles on produit dubiogaz à partir d'une biomasse sur la base de processus microbiologiques et biochimiques 20 et dans lesquelles il se forme simultanément des boues fluides ou-des boues épaisses, qui doivent être déshydratées ou épaissies. L'invention a en conséquence pour but d'agencer d'une manière plus économique que dans l'art anté25 rieur le dispositif d'entraînement d'une centrifugeuse, notamment d'une centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine pour la séparation solide-liquide de boues dont le traitement produit du biogaz. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que le dispositif d'entraînement de la centrifugeuse se compose d'un moteur à gaz, notamment d'un moteur à biogaz. Grâce à l'invention, on obtient essentiellement les avantages suivants: Du fait que la centrifu35 geuse conforme à l'invention est entraînée directement par un moteur à gaz, notamment un moteur à biogaz, le cas échéant par l'intermédiaire du système hydraulique existant sur la centrifugeuse et comportant une pompe hydraulique et un moteur hydraulique, on supprime le 5 moteur électrique d'entraînement et le générateur de courant pour le moteur électrique, de sorte qu'on réalise des économies importantes sur les frais d'investissement La consommation spécifique d'énergie ou les frais d'exploitation de la centrifugeuse conforme 10 à l'invention sont sensiblement diminués par réduction des étages de conversion d'énergie du système d'entraînement et par l'augmentation du rendement global en résultant, grâce à une meilleure utilisation de l'énergie contenue dans le biogaz obtenu par exemple lors du traitement anaérobie de la boue dans une installation de clarification Par utilisation directe du biogaz obtenu dans une installation de clarification ou dans une autre installation produisant du biogaz, pour assurer l'entraînement direct de la ou des centrifugeuses de boue,l'autarcie en énergie de l'installation est assurée intégralement ou tout au moins est considérablement favorisée L'utilisation plus économique de l'énergie contenue dans le biogaz produit par exemple dans des installations de clarification est d'autant plus importante 25 que, dans des installations modernes de clarification, du fait de l'augmentation de sévérité des règlements concernant la protection de l'environnement, les systèmes d'épuration d'eaux usées doivent être améliorés, ce qui se traduit par une augmentation de la quantité de boue de clarification, et par consequent également de biogaz Lors d'un épuisement du biogaz, le moteur à gaz servant à l'entraînement de la centrifugeuse peut également fonctionner avec d'autres combustibles comme du gaz naturel, du gaz propane ou analogues La chaleur produite par le moteur à gaz, notamment un moteur à biogaz, qui est évacuée par son fluide de refroidissement ou par ses gaz d'échappement, peut également être exploitée. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible, dans le cas d'une centrifugeuse à vis sans fin et àenveloppe pleine, d'assurer l'entrainement du tambour de centrifugeuse, tournant à une vitesse différentielle, et de la vis sans fin transporteuse, par l'intermédiaire de l'entrainement hydraulique, qui comporte alors une pompe hydraulique et deux moteurs 10 hydrauliques, au moyen d'un seul moteur à gaz, notamment un moteur à biogaz, ou bien en prévoyant un entraînement séparé respectivement par l'intermédiaire d'un moteur à gaz respectif, notamment un moteur à biogaz L'utilisation propre du biogaz produit dans une installation de 15 clarification pour l'entraînement de la ou des centrifugeuses de boues, c'est-à-dire l'autarcie en énergie de l'installation produisant du biogaz, comme une installation de clarification, est matérialisée, conformément à une autre caractéristique de l'invention, par 20 le fait que le moteur à biogaz est relié au moyen d'un conduit avec le réservoir de biogaz, qui collecte le biogaz de la tour à boue de fermentation de l'installation de clarification correspondante, dont la boue est déshydratée ou épaissie dans la centrifugeuse. Avantageusement, le moteur à biogaz peut être séparé spatialement de la centrifugeuse, en étant disposé par exemple dans un volume à isolation acoustique. Le bâti de la centrifugeuse ne porte alors plus le moteur d'entraînement (moteur à biogaz), de sorte que le poids global de la centrifugeuse et ses vibrations sont réduits Selon une caractéristique particulière de l'invention, la centrifugeuse peut être installée avec le ou les moteurs hydrauliques, mais sans le moteur à biogaz, sur un châssis de transport 35 et elle peut être déplacée au moyen de ce châssis jusqu'en différents lieux d'utilisation Il est également possible que le moteur à biogaz entraîne, en plus de la pompe hydraulique du système hydraulique de la centrifugeuse, également encore un générateur, par exemple par l'intermédiaire d'un second embout d'arbre du moteur à biogaz Cela signifie également que l'énergie du biogaz, qui n'est pas nécessaire pour l'entralnement de la centrifugeuse, peut être convertie en courant électrique servant à alimenter des appareils de consommation de courant existant dans des installations de clarification. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, 15 en référence au dessin annexé qui représente schématiquement un exemple d'application de l'invention. Le dessin représente sous la forme d'un schéma de déroulement de processus le traitement de l'excès de boue 10 qui provient de l'étage d'épuration 20 biologique (étage aérobie) d'une installation de clarification non représentée en détail La boue 10 est initialement épaissie dans une centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine, qui se compose d'un tambour de centrifugation 11 monté à rotation et à 25 l'intérieur duquel est également montée à rotation une vis sans fin de transport 12 Le tambour et le contour extérieur de la vis sans fin sont dans l'ensemble cylindriques sur une partie longitudinale et ils diminuent de section suivant un profil conique vers la décharge de substance solide Selon l'invention, la centrifugeuse est entraînée par un moteur à biogaz 14 alimenté en biogaz 13 par l'intermédiaire d'un raccord 15 et par l'intermédiaire d'un système hydraulique 16, qui comporte une pompe hydraulique alimentant en huile sous pression un moteur hydraulique servant à entraîner le tambour 1 l de la centrifugeuse et un moteur hydraulique servant à entraîner la vis sans fin de transport 12 L'entraînement de la centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine peut également être assuré par les deux côtés frontaux de la 5 centrifugeuse, c'est-à-dire que le moteur à biogaz 14 entraîne seulement par exemple la vis sans fin 12, tandis que le moteur 11 de la centrifugeuse est entraîné de l'autre côté par un autre moteur à biogaz non représenté Le tambour 11 tourne à des vitesses de rotation 10 comprises par exemple entre 700 et 1400 tr/min dans le cas d'une vitesse constante, tandis que la vis sans fin de transport 12 tourne en avance ou en retard à des vitesses différentielles de par exemple 1 à 20. La régulation de la vis sans fin de transport 15 12 de la centrifugeuse, de manière que cette vis tourne toujours suffisamment rapidement ou suffisamment lentement pour que la centrifugeuse ne soit précisément pas obstruée par les substances solides, est assurée par réglage du débit quantitatif de liquide hydraulique par 20 l'intermédiaire d'une servovanne ou d'un régulateur de puissance de la pompe hydraulique du circuit hydraulique Il est également possible, alternativement ou additionnellement, d'assurer une action de régulation sur le moteur à biogaz 14, notamment lorsque le pouvoir 25 calorifique du biogaz 13 brûlé dans le moteur 14 doit varier considérablement. La boue épaissie déchargée de la centrifugeuse 11, 12 est introduite par l'intermédiaire d'un conduit 17 dans la tour de fermentation 18 de l'étage anaérobie 30 de l'installation de clarification, tandis que le concentrat sortant de la centrifugeuse par l'intermédiaire des conduits 19, 20 est renvoyé dans l'étage aérobie de l'installation de clarification Dans la tour de fermentation 18, il se produit sous l'effet d'un pro35 cessus de fermentation ou de putréfaction du biogaz qui est canalisé par l'intermédiaire d'un conduit 21 jusque dans un réservoir de biogaz 22,-et qui est stocké dans celui-ci, puis qui est amené par l'intermédiaire d'un conduit 13 au moteur à biogaz 14 et qui est brâlé 5 dans celui-ci La boue putréfiée sortant de la tour de putréfaction 18 parvient par l'intermédiaire d'un conduit 23 dans une autre centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine, qui est agencée avec son dispositif d'entraînement d'une manière analogue à la centri10 fugeuse 11, 12, c'està-dire qu'elle comprend un tambour de centrifugation lia, une vis sans fin de transport 12 a, un moteur à biogaz 14 a alimenté en biogaz, un accouplement 15 a ainsi qu'un entraînement hydraulique 16 a Le concentrat sortantde cette centrifugeuse est renvoyé par l'intermédiaire de conduit 24 et 20 à l'ins-tallation de clarification tandis que la boue putréfiée qui a été déshydratée à un fort degré est acheminée jusqu'à un autre lieu d'utilisation 26 o elle est exploitée comme produit pour l'agriculture ou comme pro20 duit combustible. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est également possible que le moteur à biogaz 14, 14 a entraîne, en plus de la pompe hydraulique dusystème hydraulique 16, 16 a de la centrifugeuse, simultanément également encore un générateur 27, 27 a, représenté par des lignes en traits interrompus, et qui produit un courant électrique alimentant les appareils de consommation de courant de l'installation de clarification, comme par exemple des moteurs électriques d'entraine30 ment de pompes de transport et analogues A cet égard, le moteur à biogaz 14, 14 a peut comporter deux embouts d'arbres dont l'un entraîne la centrifugeuse et l'autre le générateur. Selon une caractéristique particulière de 35 l'invention, le moteur à biogaz 14, 14 a est séparé spatialement de la centrifugeuse,en étant disposé par exemple dans un volume à isolation acoustique Cela procure également l'avantage de soulager la centrifugeuse du poids et des vibrations de son moteur d'en5 traînement La centrifugeuse peut également être installée sur un châssis mobile Dans le cas d'une centrifugeuse de boue mobile, le moteur d'entraînement peut également être constitué par un moteur à combustion interne normal, par exemple un moteur diesel. REVENDICATIONS 1 Centrifugeuse, notamment centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine pour la séparation solide-liquide de boues, notamment de boues d'installa5 tions produisant du biogaz, comme des installations de clarification ou analogues, caractérisée en ce que l'entraînement de la centrifugeuse ( 11, lia; 12, 12 a) se compose d'un moteur à gaz ( 14, 14 a), notamment d'un moteur à biogaz. 2 Centrifugeuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu entre le moteur à gaz, notamment un moteur à biogaz, et la centrifugeuse, un entraînement hydraulique ( 16, 16 a) comportant une pompe hydraulique et au moins un moteur hydraulique. 3 Centrifugeuse selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que, dans le cas d'une centrifugeuse à vis sans fin et à enveloppe pleine, le tambour de la centrifugeuse et la vis sans fin de transport tournant avec une différence entre les vitesses de ro20 tation sont entraînés par l'intermédiaire de l'entraînement hydraulique au moyen d'un seul moteur à gaz ( 14, 14 a), notamment un moteur à biogaz, ou bien sont entraînés séparément par l'intermédiaire d'un moteur à gaz respectif, notamment d'un moteur à biogaz. 4 Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moteur à biogaz ( 14, 14 a) est relié par l'intermédiaire d'un conduit ( 13, 13 a) au réservoir de biogaz ( 22), qui collecte le biogaz provenant de la tour de fermentation 30 de boue ( 18) de l'installation produisant du biogaz, comme une installation de clarification, dont la boue est épaissie ou déshydratée par la centrifugeuse. Centrifugeuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moteur 35 à biogaz ( 14, 14 a) entraîne, en dehors de la pompe hydraulique de l'entraînement hydraulique de la centrifugeuse, également encore un générateur ( 27, 27 a) de production de courant. 6 Centrifugeuse selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moteur à biogaz ( 14, 14 a) est séparé spatialement de la centrifugeuse, en étant disposé par exemple dans un volume à isolation acoustique. 7 Centrifugeuse selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la centrifugeuse est installée sur un châssis mobile avec le ou les moteurs hydrauliques et avec un moteur à combustion interne à la place d'un moteur électrique pour assurer l'entraînement de la centrifugeuse.