La solution d'aciérie nordique réduit les coûts de traitement de l'eau

Le transport de la calamine avec de l'eau pour créer une boucle de recyclage continue réduit les coûts en éliminant beaucoup de manipulations manuelles et en permettant un fonctionnement continu dans moins d'espace que les solutions traditionnelles. Les usines d'Europe du Nord, comme l'usine d'Outokumpu à Avesta, en Suède, se sont tournées vers Nordic Water pour des solutions basées sur des déshydrateurs à vis, des séparateurs à lamelles et des filtres Dynasand.

Aujourd'hui, des réglementations environnementales strictes obligent les entreprises d'Europe du Nord à nettoyer les eaux de traitement usées avant de les rejeter dans les rivières et les égouts. Idéalement, toute l'eau de traitement devrait être recyclée en boucle fermée ; en pratique, il doit être « saigné » et traité.

La calamine est grossière, lourde et abrasive
Dans la production d'acier, le broyage à chaud et la coulée utilisent de l'eau à des débits compris entre 100 mètres cubes par heure et 10 000 mètres cubes par heure, selon l'échelle de l'opération. Lorsque l'acier quitte les opérations de coulée, le refroidissement et le découpage avec de l'eau produisent de la calamine (oxydes de fer). Les particules d'écailles varient de quelques microns à la taille d'un poing. Ils sont également lourds et abrasifs. (Densité 4,9 à 5,2 grammes par centimètre cube). Traditionnellement, ce matériau grossier est collecté dans des fosses pour être vidé par des grues ou des racleurs à chaîne. D'immenses bassins de décantation séparent alors les fines et le pétrole. Périodiquement, des batteries de filtres à sable lavées à contre-courant éliminent finalement le matériau de la taille du micron et l'huile résiduelle.

Cette approche présente cependant plusieurs inconvénients qui augmentent les coûts globaux de traitement de l'eau et, par conséquent, le coût de fonctionnement de l'usine. Tout d'abord, l'opération nécessite une manipulation manuelle et ne peut être automatisée. Deuxièmement, les bassins et les fosses nécessitent beaucoup d'espace. Troisièmement, les coûts d'entretien sont élevés. Enfin, lors de la modernisation d'une usine existante pour améliorer le traitement de l'eau, cette approche nécessite de trouver de l'espace supplémentaire.

La collecte et le traitement présentent des défis environnementaux
La collecte des écailles de broyage peut être particulièrement gênante pour l'environnement de travail. Jusqu'au début des années 1970, les ouvriers ramassaient le tartre dans des seaux posés sur des rails et les déplaçaient à la main. C'était une tâche désagréable dans des conditions exiguës, bruyantes et poussiéreuses.

Alors que les exigences des aciéries augmentent pour améliorer l'environnement de travail, réduire les coûts globaux et se conformer à une législation environnementale plus restrictive, plusieurs aciéries se sont tournées vers le spécialiste du traitement de l'eau Nordic Water. Basée en Suède, cette société propose des produits avancés de séparation solide-liquide ainsi que des solutions clés en main pour le traitement des eaux de process industriels et des eaux usées.

Nouvelles approches
De nouvelles technologies ont été lancées par Nordic Water (auparavant Axel Johnson Engineering) et Metso Minerals (auparavant Sala International). Ovako Steel AB, qui fait partie du groupe SKF à Hofors, en Suède, a fait appel à ces entreprises pour aider à éliminer le tartre dans un flux d'eau continu. Cela a éliminé le besoin d'une fosse de pesée à proximité de la production principale et réduit la poussière tout en améliorant l'environnement de travail. Cependant, le tartre et la boue d'eau devaient être transportés.

Un dispositif de pompe et de puisard au niveau du sol a été conçu pour fournir les moyens d'évacuer le lisier. Deux pompes semi-submersibles (une pour la veille) déplacent le mélange d'eau et de tartre. Un panier à ferraille à l'entrée piège le tartre et les corps étrangers sur 2,5 à 5 centimètres. Le puisard est conçu pour éviter l'accumulation de murs; il est petit, avec des murs à forte pente et une surface inférieure d'environ deux fois la largeur de la station de pompage. Pour résister à l'usure, des tuyaux en caoutchouc industriels relient la conduite de pompe et la pompe, bien que des tuyaux en acier puissent être utilisés sur des sections droites.

De l'acier à haute teneur en chrome est utilisé dans le corps de pompe et la roue. Malgré la dureté du lisier, les pièces d'usure durent plus d'un an, même pour les travaux d'ébauche dur. A plus petite échelle, les pièces d'usure peuvent durer plus de 10 ans.

Trouver la bonne pompe critique
Le choix de la pompe était crucial et les critères suivants ont été identifiés :
• Arbre et roulements rigides pour résister aux chocs des objets les plus lourds
• Insensible aux variations de débit
• Insensible au blocage de l'air
• Capacité de fonctionner à sec
• Capacité de libérer les dépôts de puisard avec une turbine inférieure ou des trous de pulvérisation de retour.

Nordic Water a choisi la pompe semi-submersible de type Metso VT pour cette tâche. La pompe entière peut être soulevée pour inspection et ne nécessite pas d'eau d'étanchéité.

Les plus grandes pompes de ce type traitent un débit de 1 500 mètres cubes par heure (4 400 gallons par minute) à des pressions allant jusqu'à 3 bars (45 livres par pouce carré). Une variante entièrement submersible peut être utilisée lorsque la longueur de l'arbre est insuffisante pour la profondeur du puisard.

Le pompage du tartre loin du point où il tombe élimine le besoin d'une fosse de tartre dans la zone de broyage et ouvre la voie à des alternatives pour l'élimination du tartre.

Retirer le tartre grossier du lisier
Trois options se présentent pour le traitement du lisier :un déshydrateur à vis, un séparateur magnétique et un cyclone. Les inconvénients du cyclone comprennent la dégradation des performances due à l'usure et le fait qu'il est moins tolérant aux gros corps étrangers. De plus, l'effluent nécessite un traitement supplémentaire. Le séparateur magnétique a une courte distance de contact entre l'aimant et l'échelle, ce qui nécessite de grands séparateurs (convient uniquement là où les économies d'échelle le permettent) ou entraîne une usure accrue.

Essoreur à vis préféré
La solution préférée de Nordic Water est un grand essoreur à vis. Il s'agit essentiellement d'un réservoir de décantation où le matériau se dépose, et un convoyeur à vis enlève et égoutte le tartre déposé. Bien qu'utilisée depuis de nombreuses années dans le traitement des minéraux, son application dans les aciéries est assez récente.

Un fonctionnement continu également pendant la maintenance est possible car la vis peut être soulevée pour l'entretien avec le flux d'alimentation continuant à fonctionner pendant plusieurs heures.

La vis enlève près de 100 pour cent du matériau de tartre au-dessus de 100 microns. Le tartre déshydraté est un matériau égoutté avec moins de 2 à 8 pour cent d'humidité, selon la distribution granulométrique.

Un garde-boue retient l'huile et les autres matières flottantes, qui sont éliminées avec le récupérateur d'huile fourni avec le déshydrateur pour l'élimination des produits flottants. L'huile est toujours présente dans le trop-plein, mais la qualité de l'eau est suffisante pour être réutilisée comme moyen de transport. À des fins de refroidissement, un traitement supplémentaire est nécessaire.

Le premier déshydrateur à vis, ainsi que les premiers filtres DynaSand, pour le tartre a été installé à Avesta (aujourd'hui Outokumpu Stainless) en 1980. Il a été rapidement suivi par des installations à Ovako Steel, Fundia, SSAB, et plus tard dans un certain nombre d'usines en Allemagne, Autriche et France.

« L'utilisation du système Nordic Water/Metso a permis d'économiser 35 % sur l'investissement global dans le traitement de l'eau », a déclaré Nils Albertsson, chef de projet chez Avesta.

Un pack de lamelles à contre-courant monté dans le déshydrateur augmente la surface de la piscine pour donner une zone de décantation totale (ou l'équivalent de la fosse) de 100 mètres carrés, permettant un débit d'alimentation de près de 2 000 mètres cubes par heure (8 800 gallons par minute) dans une unité. Sept unités de cette taille fonctionnent chez Voest Alpine à Linz, en Autriche.

Le déshydrateur à vis fournit des concentrations solides de l'ordre de 100 à 300 parties par million. C'est trop élevé pour alimenter les filtres statiques dans les systèmes d'effluents traditionnels avec une fréquence de lavage à contre-courant acceptable, mais c'est dans la capacité du filtre continu Dynasand fabriqué par Nordic Water.

Filtration continue avec DynaSand
Dans le filtre DynaSand, le sable encrassé est continuellement retiré du lit filtrant, lavé et recyclé sans interruption du processus de filtration. Le filtre DynaSand est basé sur le principe du contre-courant. L'eau à traiter est admise par le distributeur d'entrée dans la partie inférieure de l'unité et est nettoyée au fur et à mesure qu'elle s'écoule vers le haut à travers le lit de sable, avant d'être rejetée par la sortie du filtrat en haut. Le sable contenant les impuretés piégées est transporté de la section inférieure conique de l'unité au moyen d'une pompe à air comprimé vers le laveur de sable en haut. Le nettoyage du sable commence dans la pompe elle-même, dans laquelle les particules de saleté sont séparées des grains de sable par l'action de mélange turbulente. Le sable contaminé se déverse de la sortie de la pompe dans le labyrinthe du laveur, dans lequel il est lavé par un petit débit d'eau propre. Les impuretés sont évacuées par la sortie d'eau de lavage, tandis que les grains de sable propre (plus lourds) sont retenus dans le lit de sable. En conséquence, le lit est en mouvement constant vers le bas à travers l'unité. Ainsi, la purification de l'eau et le lavage du sable se déroulent tous les deux en continu, permettant au filtre de rester en service sans interruption.

Ainsi, le filtre fonctionne sans pièces mobiles, sans vannes commandées et à une faible perte de charge, inférieure à 0,1 bar (1,5 psi). Le débit d'eau de rinçage fonctionne à 5 à 7 pour cent du débit d'alimentation. L'eau filtrée contient moins de 5 à 10 parties par million de solides résiduels et d'huile, satisfaisant la plupart des demandes de recyclage ou de purge. A des fins de polissage, le filtre peut fonctionner avec le support de coagulants, avec une charge d'alimentation plus faible ou avec du charbon actif comme lit filtrant, ce qui produira des filtrats d'à peu près n'importe quelle pureté souhaitée.

Le fonctionnement à l'échelle du moulin permet un taux de filtration de 25 mètres par heure (10 gallons par minute par pied carré) à travers le lit filtrant. Ainsi, la plus grande unité de filtration, la DST 50 avec une surface de filtration de 5 mètres carrés (54 pieds carrés), offre une capacité de 123 m3/h (550 gpm). Les filtres Dynasand peuvent être disposés en batterie. Ensemble, seize filtres desserviront un débit de 2 000 m3/h (8 800 gpm), correspondant à la capacité du déshydrateur à vis modèle SD 60-200 de Metso Minerals.

L'eau de rinçage des filtres Dynasand est normalement concentrée dans un épaississeur conventionnel fonctionnant avec une charge de surface d'environ 2 mètres par heure (0,8 gallon par minute par pied carré). Le trop-plein de l'épaississeur est renvoyé vers les pompes d'alimentation du filtre. La sousverse est évacuée par un système de vannes d'écluse pour permettre une concentration élevée en solides de 45 à 65 pour cent de solides. Des polymères doivent être utilisés dans cet épaississeur mais dans aucune autre partie du système de pompes, d'égouttoir à vis ou de filtres à sable. Les séparateurs à lamelles ont été utilisés avec succès dans le même but dans certaines installations récentes.