MAISON › CAS › RÉNOVATION DU DÉCANTEUR À PLAQUES INCLINÉES - USINE D'EAU DE KUNSHAN
Publié : 2025-05-28 • Catégorie :Cas• Balises :Colonisateur de tubes · Décanteur de plaques incliné · Modernisation de la sédimentation · Eau potable · Kunshan
PARTIE 1
Une usine de 600 000 m³/j avec un procédé obsolète-et un problème de turbidité
L’usine d’eau de Kunshan Jinghe n’est pas une petite installation. Avec une capacité de conception de600,000 m³/ddesservant une grande ville de la province du Jiangsu, elle a fait l'objet d'une mise à niveau avancée du traitement en 2006-2007, ajoutant du charbon actif biologique à l'ozone - à son train de traitement conventionnel. Pendant des années, l'usine a exploité une grille de floculation → un bassin de sédimentation à écoulement horizontal → un bassin de flottation → un processus de filtration de type V-une configuration conçue lorsque la source d'eau brute, le lac Kui, souffrait de proliférations d'algues saisonnières qui rendaient la flottation essentielle.
Puis, en novembre 2011, tout a changé. Un projet de détournement de l'eau du fleuve Yangtze a été mis en service, donnant à Kunshan une deuxième source d'eau brute. Le nouveau système à double source « rivière + lac » -a considérablement amélioré la qualité de l'eau brute. Les niveaux d’algues ont chuté. Et le réservoir de flottation-une fois critique-est devenu unresponsabilité élevée en matière de-consommation d'énergie-. Avant la rénovation, il avait déjà été mis hors service.
Mais la mise hors service du bassin de flottation a créé une cascade de problèmes. Le bassin de décantation à flux horizontal mesurait seulement 76 mètres de long (incluant une zone de collecte terminale de 22 mètres), ce qui lui confère une distance relativement grande.temps de rétention hydraulique court. Sans l'effet polissant de la flottation, la turbidité de l'eau décantée a dérivé jusqu'à1,0 à 2,0 NTU, et les opérateurs pouvaient voir visuellement les fines particules de flocage se dirigeant vers les filtres. Les filtres de type V en aval-ont subi le problème-des cycles de filtrage plus courts, des lavages à contre-courant plus fréquents, une consommation d'énergie et d'eau plus élevée.
L'usine avait besoin d'une rénovation. Mais avec un réservoir d'eau claire construit directement sous les bassins de sédimentation et de flottation et une structure vieille de plus de 20 ans, ils ne pouvaient pas simplement démolir les choses et recommencer. Chaque modification devait respecter la structure existante, éviter d'ajouter du poids et-critiquement-ne jamais risquer d'endommager le toit du réservoir d'eau claire.
PARTIE 2
Le cahier des charges : rénovation dans une structure vieille de 20 - ans
L’équipe d’ingénierie a fixé trois contraintes claires :
1.Minimisez les dommages structurels aux réservoirs existants -ceux-ci ont été construits dans les années 1990 et au début des années 2000.
2.Pilotez la phase II (50 000 m³/j)-un seul train de traitement-avant d'envisager le déploiement complet-de l'usine.
3.Cible : turbidité des effluents du bassin de décantationstablement en dessous de 1,0 NTU, avec un coût d’investissement maîtrisé.
La stratégie de base était d’une simplicité élégante :transformer l'espace du bassin de flottation existant en zone de sédimentation secondaire, compensant la longueur insuffisante du réservoir à flux horizontal. Mais deux décisions de conception cruciales détermineraient la réussite ou l’échec de la modernisation.
PARTIE 3
Deux décisions décisives-ou-de rupture : les bacs de collecte et le type de colon
Décision 1Conserver ou supprimer les bacs de collecte ?
Le bassin de décantation à flux horizontal avait cinq bacs de collecte à son extrémité-chacun de 22 mètres de long, en béton armé avec des plaques de déversoir réglables en acier inoxydable. Les conserver permettrait d’économiser des travaux de démolition. Mais le courant ascendant lorsque l'eau pénétrait dans les auges soulevait de fines particules de floc qui s'étaient à peine déposées, compromettant ainsi l'ensemble du processus de sédimentation.
| Option | Avantages | Inconvénients |
| Garder les auges | Moins de travaux de démolition et de forage | L'écoulement vers le haut à l'extrémité du réservoir soulève le floc ; la longueur de sédimentation n'est pas entièrement utilisée ; particules facilement remises en suspension |
| Supprimer les creux | Ajoute une zone de sédimentation horizontale de 22 m ; transition de flux en douceur ; pas de flottation de floc | Plus de démolition ; il faut percer des trous de distribution dans la cloison de séparation |
Décision : Supprimer les auges.Le gain de 22 mètres en longueur effective de sédimentation a largement dépassé le coût supplémentaire de démolition. L'eau s'écoulerait désormais à travers les trous de distribution de la cloison de séparation à une vitesse contrôlée inférieure ou égale à 0,1 m/s, passant en douceur dans la zone de sédimentation secondaire.
Décision 2Décanteurs tubulaires ou plaques inclinées à flux latéral ?
Ce fut le choix technique crucial. Les décanteurs à tubes et les décanteurs à plaques inclinées utilisent le -principe de sédimentation en profondeur- en ajoutant plusieurs surfaces de décantation parallèles pour augmenter considérablement la zone de décantation efficace dans le même volume de réservoir. Mais le sens du flux fait toute la différence.
Les décanteurs à tube à flux ascendant présentent quatre-inconvénients majeurs dans ce scénario :
▷Le floc arrivant dans la zone secondaire était déjà fin et légèrement-difficile à décanter même en écoulement horizontal. Dans un écoulement ascendant (sédimentation à contre-courant), l'eau montant contre les particules tombantes les entraînerait vers le haut, rendant la séparation imprévisible.
▷Le réservoir de flottation d'origine mesurait seulement 3,3 m de haut, avec une profondeur effective inférieure à 3,0 m après le franc-bord. Les décanteurs tubulaires ont besoin d'au moins 4,5 m pour une distribution inférieure appropriée et des zones d'eau claire supérieures. Une hauteur insuffisante signifie une mauvaise répartition-le tueur n°1 des performances des colons.
▷La superficie du réservoir de 400 m² rendait extrêmement difficile la distribution et la collecte uniformes sur un grand champ de décanteurs tubulaires, en particulier sous des contraintes de hauteur.
▷Toute non--uniformité crée des zones locales de charge hydraulique élevée où de fins flocs s'échappent-, ce qui va à l'encontre de l'objectif de la sédimentation secondaire.
Les plaques inclinées à flux latéral ont résolu les quatre problèmes :
✓L'eau s'écoule horizontalement, les particules se déposent vers le bas-écoulement transversal-avec un minimum d'interférences. Beaucoup plus favorable aux flocs fins.
✓La distribution horizontale sur la longueur du réservoir de 18,6 m offre suffisamment d'espace pour un écoulement uniforme-sans pénalité de hauteur.
✓Seulement 3 à 3,5 m de profondeur de réservoir sont requis-parfait pour le réservoir de flottation existant de 3,3 m.
Décision : Plaques inclinées à flux latéral.Ce n'était pas une mince affaire-les contraintes physiques du réservoir existant rendaient les décanteurs à tubes non-viables et les plaques inclinées étaient la solution naturelle.
C’est une leçon à retenir :dans les projets de rénovation, la « meilleure » technologie sur papier n’a pas d’importance. La seule chose qui compte est ce qui fonctionne dans le cadre des contraintes de votre structure existante.
PARTIE 4
La conception finale : chaque chiffre qui comptait
Après la comparaison des projets, la conception de la modernisation de la chaîne de traitement de la phase II de 50 000 m³/j a été élaborée. Voici les détails techniques-que vous pouvez réellement utiliser si vous prévoyez quelque chose de similaire.
4.1Modification du réservoir de sédimentation à flux horizontal
| Paramètre | Avant la rénovation | Après la rénovation |
| Longueur de sédimentation efficace | 54 m (hors. 22 m de zone de collecte) | 76.4 m |
| Vitesse d'écoulement horizontale | Plus haut (longueur plus courte) | 8,4 mm/s |
| Temps de sédimentation | Plus court | 2.53 h |
| Trous de distribution | Collecte à travers des déversoirs | 16 trous, ∅600 mm chacun, total 5,84 m², vitesse 0,1 m/s |
4.2Zone de sédimentation à plaques inclinées à écoulement latéral
| Paramètre de conception | Valeur | Remarques |
| Dimensions du réservoir | 18.6 m L × 22.7 m W | Empreinte du réservoir de flottation réutilisée |
| Vitesse de distribution d'entrée | 0.13 m/s | À travers des trous de 16 ∅600 mm dans la paroi d'entrée |
| Zone de stabilisation d'entrée | 3.25 m | Égalisation du débit avant les plaques |
| Zone de stabilisation des sorties | 4.0 m | Zone de collecte des eaux décantées |
| Unités à plaques inclinées | 2 unités, chacune 22,7 m × 3,0 m × 2,35 m H | Matériau ABS, densité proche de l'eau |
| Espacement des plaques | 80 millimètres | Norme pour les applications d'eau potable |
| Surface totale de la plaque par unité | 2 237,4 m² (projeté : 1 118,7 m²) | Coefficient effectif 0,8 |
| Vitesse de sédimentation des particules | 0,34 mm/s | Critère de conception pour la capture des flocs fins |
| Déversoir de sortie | Acier inoxydable, 300 mm H × 22,7 m L | Profondeur de la crête du déversoir 0,058 m ; vitesse d'écoulement de sortie 0,206 m/s |
ARTICLE 5
Construction : Travailler autour d'un réservoir d'eau claire vieux de 20-ans
La construction a commencé en décembre 2023 et le système a été mis en service à la mi-{{1}janvier 2024, soit six semaines seulement pour une modernisation d'un train de traitement sous tension. Trois défis se sont démarqués :
Défi 1Perçage à travers des murs structurels
La paroi de séparation de sortie du bassin de sédimentation et la paroi d'entrée du bassin de flottation nécessitaient des trous de distribution. Mais ces murs servaient aussi defondations pour les colonnes de support du toit. Percez trop de trous ou faites-les trop grands, et vous compromettez l’intégrité structurelle. Rendez-les trop petits et vous obtiendrez un jet au lieu d'une distribution uniforme.
Après avoir consulté des ingénieurs en structure, la solution a été16 trous circulaires de 600 mm de diamètre dans chaque mur-assez peu pour préserver la résistance, suffisamment grand pour atteindre la vitesse de distribution cible de 0,1 m/s sans cisaillement de floc. Parfois, la meilleure décision technique consiste à savoir quand ne pas optimiser davantage.
Défi 2Ne cassez pas le toit (c'est aussi le sol)
La dalle inférieure du bassin de flottationestle toit du réservoir d'eau claire. Tout dommage entraînerait une fuite dans le stockage d'eau traitée en dessous de-un mode de défaillance catastrophique pour une usine d'eau potable. Chaque activité de démolition et de construction devait être planifiée autour de cette contrainte. Aucune exception.
Défi 3Neutralité du poids
Vous ne pouvez pas ajouter de charge à un toit qui n'a pas été conçu pour cela. La rénovation devait être neutre en termes de poids : chaque kilogramme de nouvel équipement installé devait être compensé par les kilogrammes supprimés. L’équipe d’ingénierie en a tenu compte méticuleusement :
✓Supprimés : équipements de flottaison, récupérateurs, pipelines, cloisons en briques
✓Ajouté :Unités à plaques inclinées en ABS(densité proche de l'eau-proche-flottabilité neutre une fois immergée)
✓Ajouté :Pentes de boues en béton léger(densité adaptée à l'eau, évitant les charges mortes)
L'approche-de l'équilibre des poids est une leçon essentielle pour toute usine envisageant une rénovation du-dessus du réservoir :Le choix des matériaux n'est pas seulement une question de résistance chimique et de coût-la densité est importante lorsque vous travaillez sur une autre structure.
ARTICLE 6
Résultats : Turbidité inférieure à 1,0 NTU-sans ajouter un seul watt
La modernisation a été mise en service en janvier 2024. Cinq mois de données opérationnelles (février-juin 2024) ont confirmé que la conception avait atteint ses objectifs :
| Mesure de performances | Avant la rénovation | Après la rénovation |
| Turbidité des effluents de sédimentation | 1,0 à 2,0 NTU (instable) | Moyenne mensuelle<1.0 NTU |
| Effluent du réservoir à flux horizontal | 1,0 à 2,0 NTU | ~1,0 NTU(même dose de coagulant) |
| Polissage des décanteurs secondaires | N/A (pas de zone secondaire) | Réduction supplémentaire de 0,2 NTU |
| Consommation d'énergie | Haute (flottation : compresseurs d'air + pompes) | Zéro énergie supplémentaire(flux gravitationnel) |
| Charge du filtre | Élevé : transfert de flocage visible, lavages à contre-courant fréquents | Considérablement réduit: moins de rétrolavage, moins d'énergie |
Voici la partie qui compte le plus pour les directeurs d’usine :toute cette amélioration a été réalisée sans ajouter aucune forme de consommation d’énergie.La zone de sédimentation à plaques inclinées fonctionne entièrement par gravité. Comparez cela au réservoir de flottation qu'il a remplacé-compresseurs d'air en marche, pompes de recirculation et entraînements d'écumoire 24h/24 et 7j/7. La rénovation n'a pas seulement amélioré la qualité de l'eau ; il a éliminé un poste OpEx majeur.
Un problème opérationnel est apparucela vaut la peine d'être noté pour tous ceux qui envisagent une rénovation similaire. Avant la modification, de la mousse chimique occasionnelle ou de l'écume flottante à l'extrémité du bassin de décantation tombait simplement dans les bacs de collecte et s'écoulait vers les filtres. Après la rénovation, les nouveaux trous de distribution se trouvent sous la surface de l'eau-l'écume de surface ne peut pas s'échapper et s'accumule à l'extrémité du réservoir. Cela n'altère pas la qualité des effluents, mais c'est inesthétique. L'usine le traite actuellement avec un enlèvement manuel et pourrait ajouter ultérieurement un équipement d'écrémage de surface. Un petit détail, mais du genre à rendre la vie des opérateurs plus facile ou plus difficile.
Figure 1 Disposition de la modernisation : réservoir de sédimentation à écoulement horizontal + zone de sédimentation à plaques inclinées à écoulement latéral (phase II, train de 50 000 m³/j)
Figure 2 Unités à plaques inclinées à l'intérieur du réservoir de flottation recyclé - 2 unités, matériau ABS, espacement des plaques de 80 mm
ARTICLE 7
Ce que ce projet nous apprend sur les améliorations apportées à la sédimentation
Ce projet n'est pas unique-. Les usines du monde entier sont confrontées à la même situation : une ancienne unité de traitement qui servait autrefois à quelque chose, consomme désormais de l'énergie et offre une valeur marginale, assise sur de précieux réservoirs qui pourraient faire plus. La modernisation de Kunshan propose cinq leçons transférables :
1. Le flux latéral bat le flux ascendant pour des flocs fins.Lorsque vos particules sont déjà petites et légères, ne combattez pas la gravité.-utilisez une séparation à flux croisés-où l'eau se déplace horizontalement et les particules se déposent verticalement avec un minimum d'interférences.
2. L’uniformité de la distribution fait ou défait les performances des colons.Que vous choisissiez des tubes ou des plaques, si la répartition de votre entrée est inégale, vous obtiendrez des zones localisées à grande vitesse-où les particules s'échappent. L'équipe de Kunshan était obsédée par ces-16 trous soigneusement dimensionnés, les zones de stabilisation d'entrée et de sortie, et cela a porté ses fruits.
3. La densité des matériaux est importante dans la rénovation des réservoirs-.Les plaques ABS avec une densité d'eau proche de la-et des pentes de boues de béton légères ont permis de maintenir le poids de la rénovation-neutre. Il ne s'agit pas simplement d'une note de bas de page d'ingénierie-c'est la différence entre un projet réalisable et un projet que votre ingénieur en structure rejettera.
4. La suppression de la consommation d’énergie est aussi précieuse que l’amélioration des effluents.Les compresseurs et les pompes du réservoir de flottation constituaient une perte constante d'OpEx. Le décanteur à plaques inclinées fonctionne par gravité. Sur une durée de vie restante de 20 ans, les économies d'énergie à elles seules dépasseront probablement le coût de la modernisation.
5. Il n'existe pas de modèle universel.Ce qui a fonctionné à Kunshan :-convertir un réservoir de flottation en décanteur à plaques inclinées-peut ne pas s'appliquer à votre usine. Différentes eaux brutes, différentes géométries de réservoirs, différentes contraintes. La méthodologie (évaluer, comparer, piloter, vérifier) est universelle. La solution spécifique ne l’est pas.
Pour les usines envisageant une rénovation similaire, l’approche des plaques inclinées (lamelles) offre une proposition de valeur convaincante :ajoutez une zone de décantation efficace sans ajouter d'empreinte au sol, améliorez la qualité des effluents sans ajouter d'énergie et réutilisez les réservoirs obsolètes sans travaux de génie civil majeurs.Avec un espacement des plaques généralement de 50 à 80 mm pour les applications d'eau potable et des matériaux allant du PP et PVC à l'ABS et à l'acier inoxydable, il existe une configuration pour pratiquement n'importe quelle géométrie de réservoir existante.
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