Certains les appellent des « omnivores », alors que d'autres, qui s’y connaissent mieux, voient la chose différemment. Maintenant que le législateur impose graduellement des mesures destinées à l’épuration des eaux usées, l’acheminement des boues de curage épaissies revêt une importance croissante.
Nous analyserons et commenterons ci-après les caractéristiques et les qualités que l'industrie et les communes exigent des pompes à boue.
Depuis des décennies, l’acheminement de boues relativement fluides ne pose aucun problème aux techniciens. Cette opération s'effectue en général au moyen de pompes à pistons à entraînement mécanique, ou de pompes à pistons et diaphragme pour les pressions de refoulement moyennes et élevées, ainsi qu’à l’aide de pompes centrifuges ou de pompes à vis excentrique lorsque les pressions sont faibles. Étant donné la hausse permanente des coûts énergétiques et une plus grande sensibilisation à la protection de l’environnement, les responsables se voient progressivement contraints de diminuer le pourcentage de la phase liquide de la boue – de l’eau le plus souvent – laquelle en définitive ne constitue rien d’autre qu’un surplus parfaitement inutile et gênant.
La quantité de matières solides à véhiculer restant la même, il s’ensuit une réduction du volume d’eau et de la quantité globale à transporter, ce qui se traduit par de considérables économies d’énergie (en particulier si la boue subit un traitement thermique). Dans d'autres cas, on abaisse le coût du stockage en décharges (et l’on accroît la durée de celles-ci) ; on ouvre aussi la voie à de nouvelles technologies (par exemple pour le transport des minerais et des déchets industriels).
Le problème du transport des boues
Les boues organiques et inorganiques, produites à l’aide de méthodes sophistiquées de dessiccation et de filtrage, se présentent dans des secteurs et sous des formes aussi variés que les domaines d’application de la technologie. Elles englobent pratiquement la totalité des mélanges liquides-matières solides, avec des concentrations de matières solides d’une teneur volumique atteignant 88 %. Ces boues doivent être transportées sans interruption, ou charge après charge, avec un débit constant ou variable, partiellement réglé en fonction de la quantité ou de la pression. Les distances à franchir peuvent osciller entre 10 et 3 000 m ; quant à la consistance des boues, elle peut être coulante, grumeleuse ou pâteuse, en mottes, collante, et même dégager des gaz, ce à quoi s’ajoutent parfois des propriétés abrasives et agressives conjointement à des pH très différents.
Alors que la quantité de matières sèches (MS) reste la même, il est fréquent que la qualité du processus de filtrage varie également, ce qui a pour résultat qu’un seul appareil de transport doit parfois acheminer des boues relativement fluides à teneur en MS réduite, mais en grande quantité, ou occasionnellement des quantités relativement faibles à forte teneur en MS.
Les divers systèmes
Il ressort des développements ci-dessus que les systèmes de transport de boue doivent pouvoir satisfaire aux impératifs suivants :
- — convenir aussi bien à des boues fluides que très pâteuses ;
- — permettre le réglage du débit dans d’importantes limites ;
- — constituer des appareillages compacts, extrêmement flexibles, et adaptables tant sur le plan des techniques ou de l’encombrement que sur celui de la régulation ;
- — rentabiliser l’exploitation, avec de faibles coûts d’entretien et de maintenance.
Les convoyeurs mécaniques continus initialement conçus pour l’acheminement des produits en vrac – du genre courroies, vis sans fin, transporteurs à auges et chaînes, wagons à plate-forme ou camions – ne se prêtent pas spécialement bien à la manutention des boues ; de surcroît, leur mise en œuvre conduit bien souvent à des investissements élevés, de même qu’à des coûts de maintenance ou d’exploitation importants, et cela sans compter les précautions onéreuses à prendre pour éviter les dégagements d’odeurs et les répercussions sur l’environnement, ce qui souvent est impossible.
Les pompes à pistons, à pistons et membrane ou à vis excentrique sus-mentionnées ne conviennent que dans certaines limites au transport sur de longues distances des boues déshydratées, des produits abrasifs sinon après avoir fluidifié le produit (en y ajoutant de l’eau le cas échéant). En outre, le réglage du débit est souvent mal assuré.
Les pompes à commande hydraulique
C’est dans ces conditions qu’au cours de ces dix dernières années on a de plus en plus fait appel à des pompes bi-cylindriques à deux pistons, à commande hydraulique, travaillant lentement, caractérisées par des pistons d’un grand diamètre à longue course.
(figure 1) qui permettent d’assurer le transport des boues par canalisation en respectant l’environnement. Utilisant l’expérience acquise avec les pompes à béton et à mortier, elles sont capables de transporter des matières consistantes (et même collantes) sur des distances importantes.
Leur haute densité énergétique et le faible encombrement de la transmission hydrostatique, la souplesse de son réglage et ses importantes réserves de pression permettent d’obtenir les pressions de refoulement nécessaires en fonction de la puissance requise. Le gros diamètre des pistons favorise l’aspiration des boues très pâteuses, ce qui est facilité par des systèmes d’alimentation appropriés : une trémie dotée d’un agitateur vertical (figure 2) ou une double vis sans fin. Il devient ainsi possible de pomper les gâteaux très déshydratés provenant des filtres-presses à chambres, ou les mélanges solides-liquides à teneur d’eau minimale contenant des corps étrangers volumineux.
La longue course des pistons diminue la fréquence de manœuvre des clapets (commandés hydrauliquement) ou des tubes de transfert, qui comportent des joints à surface de glissement ; il en résulte une faible usure et une grande longévité des joints et du mécanisme d’enclenchement.
Les clapets à commande hydraulique ainsi que les tubes de transfert se sont avérés des éléments de commande adéquats pour amener dans le cylindre, pendant l’aspiration, les matières sortant de l’alimentation et de l’aspiration communes aux deux cylindres d’acheminement et pour diriger dans le conduit de refoulement la boue refoulée simultanément de l’autre cylindre (en d’autres termes, pour cloisonner réciproquement les zones d’aspiration et de refoulement de la pompe).
D’autre part, le principe des soupapes à siège plan (figure 3) s’est particulièrement imposé dans le transport de tous les types de boues fluides et pompables, mais aussi consistantes et graissantes, provenant d’épaississeurs (filtres rotatifs à vide, centrifuges, filtres-presses à chambres et à bandes ou bassins de sédimentation). Du fait de la configuration des éléments d’étanchéité et des sièges des clapets, des grains variant de quelques microns à 50 mm peuvent être entraînés à condition que la grosse fraction de la boue à véhiculer soit constituée de substances fines.
En raison même de son principe, le système à clapets commandés hydrauliquement interdit, à tout stade de la manœuvre et spécialement lors des commutations, le reflux du fluide du conduit de refoulement vers la zone d’admission (ce qui serait cause d’usure). Ainsi sont évités également chutes de débit et à-coups nuisibles en cas d’utilisation de tubes de transfert, tout particulièrement avec des contre-pressions de pompage élevées et des boues compressibles.
Les tubes de transfert dotés de joints à surfaces de glissement (figure 4) sont particulièrement appréciés lors du transport de produits contenant de gros éléments, notamment les boues qui proviennent de bassins de décantation ou les bétons pompables. En effet, compte tenu de leur principe, toute la section du cylindre de refoulement et du tube est disponible pour l’aspiration, et les grosses masses se trouvant dans la zone d’orientation de l’aiguillage sont repoussées ou cisaillées lors de la commutation. Ce tube admet des grains atteignant 63 mm et même, pourvu qu’ils ne soient pas regroupés, des corps solides d’une taille supérieure ; ils touchent toutefois à leurs limites (contrairement aux clapets à commande hydraulique) en raison du phénomène de « superposition négative » au cours du processus de commutation dans le cas de pressions moyennes de refoulement ou de hauteurs de refoulement considérables, dès lors qu’il s’agit de boues fluides et/ou compressibles.
On dispose ainsi maintenant de pompes à boue bi-cylindriques (entraînées par un moteur diesel et à transmission électro-hydraulique) qui satisfont parfai-
Aux exigences définies ci-dessus en matière d’acheminement des boues. Elles occupent déjà une bonne partie du marché de transport des boues déshydratées en provenance de stations de traitement communales et industrielles, destinées notamment à être mises en décharge ou incinérées. Elles ont également de multiples applications dans maintes technologies, des techniques énergétiques et des mines. Nous commenterons ci-dessous quelques exemples de leur utilisation dans divers modèles industriels.
On peut à coup sûr leur prédire un avenir prometteur, car elles sont un facteur de protection de l’environnement et de rentabilité.
Des applications des pompes à boues
Station d’épuration de l’Emscher à Bottrop
Trois de nos pompes à boue fonctionnent dans la plus grande installation d’Europe de déshydratation des boues dans laquelle des filtres-presses à grand volume confèrent aux boues activées, conditionnées thermiquement, une teneur en M.S. de l’ordre de 50 %.
Les tourteaux de filtration sont refoulés par une tuyauterie de DN 150, de 125 m de longueur, et sur une hauteur de 25 m dans un silo de 200 m³.
Une pompe à boue auto-aspirante, installée sous le silo, alimente un four à lit fluidisé dont la température est contrôlée par une pompe KSP 5 qui refoule une boue liquide dans la partie supérieure du four. Grâce à la précision du dosage assuré par nos pompes, ce four est exploité de façon optimale.
Ces pompes fonctionnent 24 h sur 24 depuis quatre ans, sans le moindre incident. Elles ont permis de mettre en œuvre la solution la plus propre, la moins encombrante et, par l’élimination des mauvaises odeurs, la plus écologique.
Charleroi – L’usine de récupération de charbon
La production annuelle de l’usine de Charleroi atteint 500 000 tonnes de charbon récupéré à partir des terrils de mines désaffectées. Les 2,5 à 14 % de composants charbonneux contenus dans les terres sont extraits par lavage, ce qui engendre une boue extrêmement fine qui est transportée dans des bassins de décantation où son séchage demande environ deux semaines. Cette boue très fine est épaissie jusqu’à 50 % de M.S. Elle renferme alors de 25 à 30 % de charbon, et 70 à 75 % de cendres dont les granulométries varient entre 0,1 et 700.
Depuis 1981, cinq de nos pompes à boue assurent le transport de la boue 16 heures par jour et 220 jours par an. Chaque pompe refoule environ 200 000 m³ à des pressions qui peuvent atteindre 50 bars et à une hauteur de 20 m, la longueur de la tuyauterie atteignant 3 km, en s’acquittant en toutes circonstances de leur tâche dans des conditions optimales de fiabilité et de sécurité. C’est ainsi que le régulateur de débit a permis d’expulser, sans aucun démontage, un bouchon qui obstruait la tuyauterie de refoulement.
Cimenteries Readymix de Beckum
Dans les cimenteries Readymix de Beckum, une pompe à boue alimente sans interruption un broyeur en boues résiduaires de chaux, et les mélange aux matières premières servant à la fabrication du ciment. Cette boue acheminée par camion, caractérisée par une teneur en matière sèche de 60 %, est déversée dans un silo d’où elle est extraite par des vis sans fin pour être amenée dans une trémie équipée d’un agitateur de pompe.
L’effet d’homogénéisation de cet appareil permet à la pompe d’aspirer et de refouler dans les meilleures conditions qui soient. Un piston en caoutchouc ordinaire ne pouvant être utilisé, compte tenu de la nature abrasive de la boue de chaux, nous avons mis au point un piston spécial très robuste et résistant capable de pomper ce type de boue sans problèmes 24 heures sur 24. Grâce à notre pompe à boue intégrée dans le processus, l’entreprise a réalisé un dosage entièrement automatique de la boue, avec un maximum de fiabilité et sans aucune nuisance pour l’environnement.
On a pu apprécier par ces quelques exemples les qualités de nos pompes à boue bi-cylindriques à entraînement hydraulique : robustesse, étanchéité, puissance, fiabilité, ce qui permet de leur prédire à coup sûr un avenir prometteur dans le transport des boues et autres matières pâteuses.
