Une usine métallurgique rejette environ 20 mètres cubes par heure d’eau de rinçage transportant environ 400 mg/L d’huile de tramage et de liquide de coupe. L’huile libre flotte à la surface en quelques minutes si l’eau dispose d’un endroit calme où s’asseoir. L'huile émulsionnée peut rester dans la même eau pendant des heures sans toujours monter. C’est cette différence, et non la forme du réservoir, qui détermine le fonctionnement d’un séparateur huile-eau.
Voici donc la version courte : un séparateur huile-eau ne filtre pas l’huile hors de l’eau. Il ralentit l'eau, la répartit suffisamment largement et donne suffisamment de temps de flottabilité pour soulever les gouttelettes d'hydrocarbures jusqu'à une surface où un écumeur peut les emporter. Les plaques, les déflecteurs, les bulles d'air et les produits chimiques existent tous pour faciliter cette tâche.
Flottabilité, Surface et Temps : les trois leviers de séparation
Le pétrole flotte car il est plus léger que l’eau. La plupart des huiles minérales, des fluides hydrauliques et du diesel se situent entre 0,85 et 0,92 g/cm³, tandis que l'eau à 20 degrés Celsius est proche de 1,00 g/cm³. L'écart n'est souvent que de 8 à 15 pour cent, c'est pourquoi la séparation est lente et pourquoi la géométrie du réservoir est si importante.
La vitesse de montée d'une seule gouttelette est normalement estimée avec la loi de Stokes :
v = g (densité de l'eau - densité du pétrole) d 2 / 18 viscosité
où d est le diamètre des gouttelettes et la viscosité est celle de l’eau. Deux choses ressortent. Le diamètre étant carré, doubler la taille des gouttelettes fait monter les gouttelettes quatre fois plus vite. Étant donné que la viscosité est au dénominateur, réchauffer l’eau a le même effet que rendre les gouttelettes plus grosses. Un séparateur qui ignore l’un ou l’autre facteur est un réservoir de décantation au nom plus impressionnant.
De l'entrée à la sortie : ce que fait chaque étape de l'unité
Presque tous les séparateurs gravitaires suivent la même séquence, qu'il s'agisse d'une unité API en béton enterrée dans une raffinerie ou d'une unité compacte en acier dans un atelier.
- Distributeur d'entrée ou déflecteur. Il tue la tête dynamique du tuyau entrant et répartit le débit uniformément sur toute la largeur de l'unité. Une répartition inégale est la cause la plus courante de court-circuit.
- Les grains et les solides tombent. Le sable, le tartre et les solides lourds se déposent dans une trémie au fond, généralement un puisard en forme de V doté d'un robinet de vidange ou d'une tarière.
- Paquet de plaques ou support coalescent. Les plaques inclinées réduisent la distance verticale qu'une gouttelette doit parcourir de quelques dizaines de centimètres à quelques centimètres, et elles donnent aux petites gouttelettes une surface sur laquelle fusionner.
- La couche d'huile s'accumule. Le pétrole libre s'accumule sous la forme d'un film qui s'épaissit jusqu'à environ 25 à 50 mm avant d'être aspiré par un tuyau d'écrémeur, un écumeur à bande ou un déversoir réglable.
- Déversoir ou déflecteur de sortie. L'eau est puisée sous la couche de pétrole et sort par un déversoir qui fixe le niveau d'eau, et donc la profondeur de la couche de pétrole, à l'intérieur de l'unité.
L’ordre compte. Si le déflecteur d'entrée est encrassé ou si le jeu de plaques est obstrué, chaque étage en aval fonctionne avec la mauvaise eau et le déversoir de sortie ne fait que transmettre le problème.
À quelle vitesse les gouttelettes d’huile montent-elles réellement ?
Les chiffres rendent la logique de conception évidente. En utilisant la loi de Stokes avec une différence de densité de 80 kg/m³ dans de l'eau à 20 degrés Celsius, une gouttelette de 150 microns, base de conception classique pour un séparateur par gravité, s'élève à environ 1 mm par seconde. Il lui faut environ 17 minutesutes pour parcourir un mètre.
C'est pourquoi les séparateurs gravitaires sont longs et peu profonds. Gardez les gouttelettes à moins de 20 cm de la surface et le temps de séjour nécessaire passe de quelques dizaines de minutes à quelques minutes. C'est aussi la raison pour laquelle les packs de plaques existent : raccourcissez le chemin de montée et vous pouvez soit rétrécir le réservoir, soit attraper des gouttelettes plus petites dans la même empreinte.
La température est la variable la moins chère à modifier
La viscosité de l'eau diminue fortement à mesure qu'elle se réchauffe. Elle est d'environ 1,79 mPa·s à 0 degré, 1,00 à 20 degrés et environ 0,55 à 50 degrés. Parce que la viscosité est au dénominateur de la loi de Stokes, chauffer un flux de 20 à 50 degrés double presque la vitesse de montée de chaque gouttelette qu'il contient, sans changer une seule plaque.
C'est pourquoi les systèmes à eau huileuse dans les climats froids sont isolés ou chauffés, et pourquoi la même unité fonctionne souvent mieux en été qu'en hiver. C'est aussi un avertissement. Si une usine passe à un autre détergent ou agent de nettoyage, la fraction émulsionnée peut brusquement augmenter et le séparateur donnera l'impression que quelque chose de mécanique est en panne alors que rien ne l'est.
Comparaison des principales voies de séparation
La séparation par gravité est l’épine dorsale du traitement des eaux huileuses, mais elle constitue rarement toute l’histoire. Les itinéraires ci-dessous sont ceux que l’on trouve le plus souvent en amont d’un point de rejet ou d’une étape de réutilisation.
| Itinéraire | Comment ça se sépare | Des gouttelettes qui conviennent | Empreinte |
|---|---|---|---|
| Séparateur gravitaire API | Canal long et calme avec temps de séjour | Huile libre, principalement au-dessus de 150 µm | Grand |
| Séparateur à plaques CPI/PPI | Les plaques inclinées raccourcissent la trajectoire de montée | Huile libre et dispersée, environ 60 à 150 µm | Moyen |
| Flottation à air dissous | Les microbulles transportent l'huile à la surface | Huile dispersée et légèrement émulsionnée | Moyen |
| Hydrocyclone ou centrifugeuse | Une force g élevée amplifie la différence de densité | Petites gouttelettes, mais gourmandes en énergie | Petit |
| Coagulation chimique plus flottation ou polissage de membrane | Les produits chimiques grossissent les gouttelettes et une barrière retient le reste | Fortement émulsionné et un peu d'huile dissoute | Compacte |
Machine de flottation à air horizontale La machine de flottation à air dissous par advection est un équipement de séparation solide-liquide couramment utilisé dans l'industrie du traitement des eaux usées. Il peut efficacement supprimer la suspension... Voir le produit → La flottation à air dissous mérite d’être examinée de plus près car elle modifie le mécanisme plutôt que la géométrie. Au lieu d’attendre que le pétrole monte d’elle-même, les microbulles s’attachent aux gouttelettes et les soulèvent à une vitesse que la gravité seule ne peut pas produire. Il élimine l’huile dispersée et légèrement émulsionnée qu’une simple unité par gravité traverse directement.
Où s'adapte le dosage de produits chimiques
En dessous d’environ 20 microns, les gouttelettes d’huile se comportent davantage comme de la matière dissoute que comme du pétrole flottant. Une gouttelette de 20 microns a besoin de plusieurs heures pour s'élever d'un mètre, ce qu'aucun réservoir pratique ne peut offrir. La réponse est de les faire croître : un coagulant neutralise la charge de surface des gouttelettes et un floculant transforme les gouttelettes neutralisées en flocs suffisamment gros pour que la gravité ou la flottation puissent les éliminer.
La chimie ne fonctionne que si le dosage est cohérent. Les débits de dose sur l'eau huileuse se situent généralement entre quelques dizaines et quelques centaines de mg/L, et une pompe doseuse qui dérive de 20 % gaspille du polymère ou laisse passer l'huile jusqu'à la sortie. C'est pourquoi les systèmes de dosage monobloc avec chambre de mélange et pompes calibrées sont standard sur traitement des eaux usées industrielles lignes où les changements influents se déplacent après changement.
Dispositif de dosage intégré Machine de déshydratation des boues de presse à vis Voir le produit → Qu'est-ce qui décide si l'unité atteint ses chiffres
Deux séparateurs construits selon des dessins identiques peuvent fonctionner de manière très différente. En pratique, les performances sont déterminées par une courte liste de variables :
- Taux de chargement superficiel, en mètres cubes par mètre carré et par heure. Poussez-le vers le haut et le temps de rétention diminue proportionnellement.
- Température et viscosité du flux entrant.
- Distribution de la taille des gouttelettes : libres, dispersées ou émulsionnées.
- Turbulence à l’entrée, qui brise à nouveau les gouttelettes déjà fusionnées.
- Profondeur et stabilité de la couche d'huile. Une couche trop écrémée transporte de l'eau, une couche sous-écrémée entraîne de l'huile avec l'eau.
- Boues et graviers accumulés, qui réduisent silencieusement le volume de travail de l'unité.
Un seul élément de cette liste est une propriété mécanique du séparateur. Le reste concerne les propriétés du flux et la façon dont l'unité est exploitée.
L'entretien et les boues que personne ne prévoit
Un séparateur huile-eau est un appareil passif, il tombe donc en panne silencieusement. Les symptômes habituels sont prévisibles :
- Huile dans la sortie : couche d'huile trop épaisse, intervalle d'écumage trop long ou déversoir de sortie réglé trop bas.
- Mauvaise séparation au débit de conception : court-circuit provoqué par un déflecteur d'entrée bloqué ou un jeu de plaques encrassé.
- Odeur persistante et voile de boues montant : les solides s'accumulent dans la trémie plus vite qu'ils ne sont soutirés.
- Perte brutale de performances sans modification mécanique : un nouveau produit de nettoyage ou un changement de procédé a émulsionné l'huile.
Le pétrole récupéré de la surface et les boues extraites du fond ont tous deux besoin d’une destination. Les boues huileuses sont normalement déshydratées avant leur élimination ou leur co-traitement, et c'est là que de nombreuses petites installations se détachent, car les boues huileuses se comportent très différemment des boues municipales et aveuglent les équipements de déshydratation conventionnels.
Machine de déshydratation des boues de presse à vis La machine de déshydratation du mélangeur d'eaux usées de type spirale peut non seulement traiter les boues à haute concentration, mais également concentrer et déshydrater les eaux usées à faible concentration. Le applicable... Voir le produit → Choisir un séparateur pour votre flux
Commencez par le spectre des gouttelettes et non par le débit. Si le flux est principalement constitué d'huile libre provenant du sol d'un atelier, d'une baie de lavage de véhicule ou d'un réservoir de carburant, un séparateur gravitaire à plaques dimensionné sur une base de 60 à 100 microns fera normalement l'affaire. S'il transporte de l'huile émulsionnée, du liquide de refroidissement d'usinage ou de l'eau produite provenant de opérations pétrolières et gazières , la gravité seule n'atteindra pas la limite de rejet et une flottation ou une étape chimique est nécessaire.
Vérifiez ensuite les éléments pratiques : empreinte au sol disponible, si la chaleur est disponible, comment les huiles et boues récupérées seront traitées et qui nettoiera l'unité. Ces quatre questions prédisent les coûts d’exploitation de manière bien plus fiable que n’importe quel chiffre publié dans une brochure sur l’efficacité du retrait.
Foire aux questions
T1. Comment fonctionne un séparateur huile-eau en termes simples ?
Il ralentit le débit et le répartit sur une surface large et silencieuse afin que la flottabilité puisse soulever les gouttelettes d'hydrocarbures vers le haut, où un écumeur les élimine avant que l'eau ne quitte la sortie.
Q2. Quelle taille de gouttelettes d’huile un séparateur huile-eau par gravité peut-il éliminer ?
Les unités gravitationnelles ont généralement une taille de gouttelettes d’environ 150 microns, tandis que les séparateurs à plaques coalescentes ciblent environ 60 microns. Les gouttelettes inférieures à environ 20 microns montent trop lentement pour la seule gravité.
Q3. Quelle est la différence entre un séparateur API et un séparateur à plaques coalescentes ?
Les deux dépendent de la gravité. Un séparateur API utilise un canal long et silencieux, tandis qu'une unité à plaques coalescentes ajoute des plaques inclinées qui raccourcissent la trajectoire de montée, de sorte qu'elle nécessite beaucoup moins d'espace pour la même tâche.
Q4. Un séparateur huile-eau élimine-t-il l’huile émulsionnée ?
Pas fiable. Les gouttelettes émulsionnées inférieures à environ 20 microns nécessitent une coagulation chimique, une flottation à air dissous ou un polissage de membrane en aval de l'étape de gravité.
Q5. À quelle fréquence un séparateur huile-eau doit-il être entretenu ?
L'écrémage est continu ou quotidien, les chicanes et les paquets de plaques sont inspectés mensuellement et les boues sont aspirées de la trémie avant leur accumulation, souvent chaque semaine sur les flux industriels.
Q6. Quel temps de rétention doit avoir un séparateur huile-eau ?
Les unités gravitationnelles offrent généralement 10 à 30 minutes de rétention au débit de conception, le taux de chargement en surface étant maintenu suffisamment bas pour que la taille des gouttelettes cibles atteigne la surface.
