Dans le traitement des eaux usées,Message d'intérêt publicetVPSAles systèmes à oxygène utilisent tous deux l'adsorption sur tamis moléculaire pour séparer l'oxygène de l'air, mais leurs cycles de pression, leurs équipements d'alimentation en air, leurs méthodes de régénération et leur intégration en aval sont différents.
Message d'intérêt publicutilise de l'air comprimé pour l'adsorption sous pression et s'appuie normalement sur la dépressurisation pour la régénération.VPSAutilise un ventilateur pour fournir de l'air à une pression inférieure et utilise une pompe à vide pour faciliter la désorption. Ces différences affectent la pression de sortie d'oxygène, la consommation électrique, la configuration de l'équipement, les exigences d'installation et la compatibilité avec les systèmes d'aération.
Pour les usines de traitement des eaux usées, la sélection doit être basée sur la demande en oxygène, la profondeur du bassin d'aération, la pression du diffuseur, les heures de fonctionnement, l'espace d'installation, les services publics disponibles et la pression d'alimentation en oxygène requise.
Technologie d'oxygène PSA dans le traitement des eaux usées
A Message d'intérêt publicLe générateur d'oxygène combine normalement un compresseur d'air, un équipement de purification de l'air, des récipients d'adsorption, des vannes de commutation, un équipement tampon d'oxygène, des capteurs et un système de contrôle automatique.
Le processus peut être divisé en plusieurs étapes :
- L'air atmosphérique est comprimé.
- Les filtres et l'équipement de séchage éliminent les contaminants et l'humidité.
- L'air comprimé traité pénètre dans le lit de tamis moléculaire.
- L'azote est préférentiellement adsorbé.
- Le gaz enrichi en oxygène quitte le récipient d'adsorption.
Le lit saturé est dépressurisé pour la régénération.
Le système de contrôle commute le chemin du gaz entre les récipients d'adsorption.
Les cuves d'adsorption fonctionnent de manière cyclique, de sorte qu'une cuve peut produire de l'oxygène tandis qu'une autre est en cours de régénération. Cet agencement fournit un flux d'oxygène continu pour les équipements en aval.
Dans le traitement des eaux usées,Message d'intérêt publicl'oxygène peut être connecté à des conduites d'oxygène, des diffuseurs, des systèmes d'oxygénation ou d'autres équipements de transfert de gaz. La pression de sortie requise doit être comparée à la profondeur d'immersion du diffuseur, à la perte de pression du pipeline, aux vannes et à toute autre résistance en aval.
Les informations publiées par NEWTEK sur l'oxygène PSA répertorient la production d'oxygène à partir de1 à 300 Nm³/h, pureté de l'oxygène de93% ±3%, et la pression d'oxygène de0,01 à 0,5 MPa, en fonction de la configuration du système.
Technologie de l'oxygène VPSA dans le traitement des eaux usées
VPSAutilise le même principe d'adsorption de base mais modifie le cycle de pression et la disposition de l'alimentation en air.
Un typiqueVPSAle système contient :
- Souffleur d'air
- Équipement de filtration d'air
- Récipients d'adsorption
- Pompe à vide
- Vannes de commutation
- Équipement tampon d’oxygène
- Capteurs de pression et de vide
- Système de contrôle automatique
Le processus opératoire suit généralement cette séquence :
La soufflante fournit de l'air atmosphérique au récipient d'adsorption.
L'azote est adsorbé par le tamis moléculaire.
Le gaz enrichi en oxygène quitte le lit d'adsorption.
Le récipient d'adsorption est dépressurisé.
Une pompe à vide réduit davantage la pression du lit.
L'azote adsorbé est éliminé du tamis moléculaire.
Le lit est renvoyé à l'étape d'adsorption.
La différence majeure avec le PSA ne réside donc pas dans le tamis moléculaire lui-même, mais dans la manière dont la pression est créée et éliminée au cours du cycle adsorption-régénération.
Parce queVPSAfonctionne normalement avec une pression de distribution d'oxygène plus faible, le système de distribution d'oxygène en aval doit être conçu en conséquence.
PSA vs VPSA : principales différences techniques
| Paramètre | PSA Oxygène | VPSA Oxygène |
|---|---|---|
| Équipement d'alimentation en air | Compresseur d'air | Souffleur d'air |
| État d'adsorption | Sous pression | Pression relativement basse |
| Méthode de régénération | Dépressurisation/désorption | Désorption assistée par vide |
| Pompe à vide | Normalement pas nécessaire | Requis |
| Pression de sortie d'oxygène | Généralement adapté à la distribution à haute pression | Généralement adapté à une distribution à basse pression |
| Principaux équipements consommateurs d'énergie | Compresseur | Souffleur et pompe à vide |
| Problème de conception clé | Pression et traitement de l'air comprimé | Dimensionnement du ventilateur/vide et distribution d'oxygène à basse pression |
| Exigence en aval | Peut accueillir une distribution d’oxygène sous pression | Nécessite un système d'oxygène basse pression compatible |
La comparaison ne doit pas être basée uniquement sur la pureté de l’oxygène ou la capacité du générateur. La relation de pression entre le générateur et l'équipement d'aération est tout aussi importante.
La demande en oxygène est un facteur de sélection majeur
Les usines de traitement des eaux usées calculent normalement la demande en oxygène à partir de la charge biologique, des besoins en oxydation de l'ammoniac, des cibles d'oxygène dissous, de la température de l'eau, des caractéristiques des eaux usées et de l'état de fonctionnement du réacteur biologique.
Par exemple, un procédé à boues activées peut nécessiter un transfert continu d’oxygène vers un bassin d’aération. Le système de génération d’oxygène doit donc être dimensionné en fonction du débit massique d’oxygène requis plutôt que de simplement sélectionner un générateur en fonction de son débit de gaz nominal.
Une station d'épuration plus grande peut nécessiter plusieurs modules de génération d'oxygène fonctionnant en parallèle. Cela permet au système d'adapter la production d'oxygène aux variations de la charge biologique, au volume saisonnier des eaux usées ou aux changements de la demande d'aération.
Pour les installations petites ou moyennes,Message d'intérêt publicpeut fournir une configuration plus simple lorsque la pression de l’oxygène est également requise. Pour les applications à grand débit où l'oxygène basse pression peut être directement connecté à un système d'aération, le VPSA devient une alternative importante pour l'évaluation technique.
La pression de l'oxygène affecte la conception du système d'aération
L'oxygène doit vaincre la pression générée par le système de traitement des eaux usées avant de pouvoir traverser le diffuseur et pénétrer dans l'eau.
Pour un diffuseur immergé, la pression de gaz requise est affectée par :
- Profondeur de l'eau
- Pression de fonctionnement du diffuseur
- Longueur du pipeline
- Diamètre du tuyau
- Vannes et raccords
- Débit de gaz
Perte de pression à travers le diffuseur
Un bassin d'aération plus profond nécessite généralement une pression de gaz plus élevée à l'entrée du diffuseur.
Il s'agit d'une différence importante lorsque l'on compare le PSA et le VPSA. Le PSA peut fournir de l'oxygène à une pression adaptée à une distribution sous pression, tandis que le VPSA fonctionne généralement avec une pression de sortie d'oxygène plus faible.
Par exemple, si le générateur d'oxygène est situé loin d'un bassin d'aération profond, la perte de pression du pipeline et la pression du diffuseur doivent être calculées avant de sélectionner un système d'oxygène basse pression.
Qualité de l'air comprimé et protection des tamis moléculaires
Les deux systèmes dépendent de l’adsorption sur tamis moléculaire, de sorte que le traitement de l’air d’alimentation affecte directement les lits d’adsorption.
L'huile, l'eau liquide, la contamination particulaire et une humidité excessive peuvent endommager ou contaminer le matériau du tamis moléculaire et augmenter la chute de pression à travers le lit d'adsorption. La section de traitement de l'air comprend donc normalement des équipements de filtration, de séparation de l'humidité et de séchage adaptés à la configuration du générateur.
Les systèmes PSA mettent généralement davantage l'accent sur la qualité de l'air comprimé, car l'air atmosphérique passe d'abord par le compresseur avant d'entrer dans les récipients d'adsorption. La température de décharge du compresseur, le transfert d'huile, la teneur en humidité, l'état du filtre et les performances du sécheur doivent être surveillés.
Les systèmes VPSA utilisent une alimentation en air par soufflante, mais cela n'élimine pas la nécessité d'un traitement de l'air d'alimentation. La filtration des poussières et le contrôle de l'humidité restent importants car les contaminants peuvent pénétrer dans les lits de tamis moléculaires et affecter la capacité d'adsorption.
Pour les deux technologies, le remplacement du tamis moléculaire doit être considéré comme un élément de maintenance plutôt que comme un composant à durée de vie indéfinie.
La consommation d'énergie a différentes sources
La charge électrique du PSA etVPSAprovient principalement de différents équipements.
La principale charge électrique provient normalement du compresseur d’air. Son besoin en puissance dépend :
- Pression d'air comprimé requise
- Débit d'air
- Efficacité du compresseur
- Heures d'ouverture
- Sèche-linge et équipements auxiliaires
VPSA répartit normalement sa principale charge électrique entre le ventilateur et la pompe à vide. Leurs exigences dépendent :
- Débit d'air
- Pression d'adsorption
- Niveau de vide
- Capacité de la pompe à vide
- Temps de cycle
- Pertes de pression des pipelines et des équipements
Pour les achats, la comparaison utile estconsommation d'énergie spécifique par unité d'oxygène produite, plutôt que de comparer uniquement la puissance indiquée sur la plaque signalétique du compresseur et du ventilateur.
La comparaison doit également utiliser les mêmes débits d’oxygène, pureté, heures de fonctionnement et conditions de pression de sortie.
Intégration avec l'équipement d'aération des eaux usées
Le générateur d'oxygène n'est qu'une partie du système de transfert d'oxygène.
Une installation complète peut inclure :
- Générateur d'oxygène
- Réservoir tampon d'oxygène
- Canalisation de distribution
- Vannes de régulation de débit
- Capteurs de pression
- Capteurs de concentration d'oxygène
- Capteurs d'oxygène dissous
- Équipement à fines bulles ou autre équipement de transfert d'oxygène
- Interface automate/SCADA
Pour le PSA, le tampon d’oxygène peut réduire l’effet du cycle du générateur sur l’alimentation en oxygène en aval. Les capteurs de pression peuvent surveiller la conduite de distribution, tandis que les capteurs d'oxygène peuvent surveiller la concentration du produit-gaz.
Le VPSA peut également être intégré au stockage d'oxygène et au contrôle automatique, mais le pipeline d'oxygène et l'équipement de contrôle de pression en aval doivent être conçus en fonction de sa pression de livraison inférieure.
Lorsque des capteurs d'oxygène dissous sont connectés au système de contrôle de l'usine, la génération d'oxygène peut être ajustée en fonction des conditions réelles du réacteur plutôt que de fonctionner en continu à une puissance fixe.
Différences d'entretien
La maintenance PSA est fortement associée au côté air comprimé. Les points d'inspection typiques incluent l'état de l'huile du compresseur, les filtres à air, les sécheurs, les vannes, les capteurs de pression, les capteurs d'oxygène et les performances du tamis moléculaire.
La maintenance VPSA déplace une partie de l’équipement vers le système de soufflage et d’aspiration. L’état de la pompe à vide, les joints, les filtres, les vannes, la pression du vide et le comportement de la pression du lit d’adsorption nécessitent une inspection régulière.
Pour les deux systèmes, une chute de pression anormale, un temps de cycle plus long, une pureté d'oxygène réduite, un débit d'oxygène instable et une consommation électrique accrue peuvent indiquer des problèmes dans le système de traitement de l'air, les vannes de commutation, le tamis moléculaire, les capteurs ou la séquence de contrôle.
Un plan de maintenance doit donc surveiller les données d'exploitation plutôt que de se fier uniquement au remplacement programmé des composants.
Que devraient comparer les acheteurs de systèmes de traitement des eaux usées ?
Une comparaison technique ne devrait pas inclure uniquement la capacité du générateur.
| Paramètre de l'acheteur | Importance technique |
|---|---|
| Flux d'oxygène | Détermine la capacité du lit d’adsorption et de l’équipement |
| Pureté de l'oxygène | Détermine la concentration d'oxygène fournie au processus |
| Pression de sortie | Doit correspondre aux exigences du diffuseur et du pipeline |
| Consommation d'énergie spécifique | Permet de comparer l'énergie de fonctionnement |
| Demande maximale en oxygène | Détermine la capacité du générateur et du tampon |
| Heures d'ouverture | Affecte la consommation annuelle d’électricité |
| Profondeur du bassin d'aération | Influence la pression de gaz requise |
| Distance des canalisations | Détermine la perte de pression de distribution |
| Qualité de l'air d'alimentation | Protège le tamis moléculaire et les valves |
| Zone d'installation | Détermine la disposition des équipements |
| Interface de contrôle | Détermine l'intégration PLC/SCADA |
| Accès maintenance | Affecte le temps de service et les temps d'arrêt |
| Expansion future | Détermine les besoins en capacité modulaire |
La comparaison d'achat la plus utile est donc basée sur le système complet de génération et de transfert d'oxygène.
Production d'oxygène NEWTEK pour le traitement des eaux usées
NEWTEKse concentre sur les systèmes de génération d’oxygène et d’azote PSA sur site. Sa configuration d'oxygène PSA combine la purification de l'air, l'adsorption sur tamis moléculaire de zéolite, les récipients d'adsorption, les capteurs de pression et d'oxygène, le contrôle automatique, la tuyauterie de gaz et les composants de stockage/contrôle de l'oxygène.
Pour les applications de traitement des eaux usées, les paramètres d'équipement pertinents incluent le débit d'oxygène, la pureté, la pression de sortie, le point de rosée, la consommation d'air, la taille des tuyaux et la configuration de contrôle. Les données PSA sur l'oxygène publiées par NEWTEK couvrent des capacités de production de 1 à 300 Nm³/h, avec une pureté de l'oxygène de 93 % ± 3 %, une pression d'oxygène de 0,01 à 0,5 MPa et une plage de point de rosée de l'oxygène atmosphérique de -40 degrés à -75 degrés.
La configuration correcte du système doit être déterminée à partir de la demande réelle en oxygène et des conditions d'aération de la station d'épuration, puis adaptée à la capacité du générateur, à la pression d'oxygène, au système de contrôle et à l'environnement d'installation.
