Depuis quelques années, les industriels sont tenus de modifier leurs installations de traitements des effluents en fonction des évolutions du marché de l'environnement. En effet, les nouvelles lois européennes sur l'eau se traduisent sur le terrain non seulement par une hausse du nombre d'installations de traitements des effluents, mais aussi par un niveau d'épuration plus poussé. L?augmentation de la siccité des boues les rend de plus en plus difficiles à pomper, ce qui conduit les exploitants a se tourner vers de nouvelles solutions de pompage. Parallèlement, l'évacuation des boues de stations d'épuration est un sujet sensible auquel le grand public prête beaucoup d'attention.
Depuis quelques années, les industriels sont tenus de modifier leurs installations de traitements des effluents en fonction des évolutions du marché de l'environnement. En effet, les nouvelles lois européennes sur l'eau se traduisent sur le terrain non seulement par une hausse du nombre d'installations de traitements des effluents, mais aussi par un niveau d'épuration plus poussé. L'augmentation de la siccité des boues les rend de plus en plus difficiles à pomper, ce qui conduit les exploitants à se tourner vers de nouvelles solutions de pompage. Parallèlement, l'évacuation des boues de stations d'épuration est un sujet sensible auquel le grand public prête beaucoup d'attention.
Compte tenu de ces évolutions sur la filière boue des stations d'épuration, une gamme de pompes et d'équipements associés a été spécialement conçue pour assurer le pompage de boues déshydratées industrielles et urbaines, chauffées ou non, pour des transferts sur de longues distances.
L'environnement de la pompe fait la différence
À l'heure où les installations de traitement des eaux voient leurs méthodes de fonctionnement modifiées, où les conditions d'exploitation sont changées selon le type d'effluent ou le processus de traitement, les industriels sont confrontés à de nouvelles difficultés. La reprise des boues concentrées à forte siccité engendre des pertes de charge importantes. L'origine de l'effluent traité, ou les variations saisonnières, ont une grande incidence sur la nature des boues et font varier leur comportement lors d'une opération de pompage. La lubrification apparaît donc comme une solution avantageuse.
Les avantages de la lubrification
La lubrification présente plusieurs avantages majeurs : les pertes de charge dans la tuyauterie de refoulement sont limitées, les équipements sont moins sollicités, les coûts de fonctionnement sont réduits, tout comme ceux de l'installation. Des modèles mathématiques spécifiques aux boues des stations d'épuration ont été élaborés ; ainsi, ceux sur le pompage des fluides très visqueux permettent d'estimer la perte de charge attendue.
Ces modèles intègrent également des notions de difficultés de pompage liées à un comportement totalement imprévisible lors de l'écoulement des boues, ils permettent ainsi de réaliser des estimations plus fiables. Ces modèles tiennent compte également de la variabilité du produit et permettent d'évaluer de façon précise les investissements à réaliser et d’éviter les surestimations budgétaires.
Le mécanisme de la lubrification
L'expérience de pompage des boues de station d'épuration à forte siccité montre qu'un film humide a tendance à se former naturellement dès que la distance de refoulement est suffisamment importante. La lubrification consiste donc à amplifier ce phénomène en injectant un produit lubrifiant sur la face interne de la tuyauterie. La solution de polymère préparée pour l’atelier de déshydratation est utilisée directement ; la concentration couramment rencontrée de 2 à 4 g/l est parfaitement adaptée à cette application.
La mise en œuvre de la lubrification
Le lubrifiant injecté ne doit pas pénétrer dans la boue. Il doit uniquement former un film parfaitement uniforme sur toute la périphérie de la tuyauterie. Cette bonne répartition du produit au niveau de l'injection est le gage d'un bon rendement de lubrification, la consommation de produit est limitée, les coûts de fonctionnement et la perte de siccité sont réduits.
Un dispositif de lubrification de la tuyauterie a été standardisé qui permet de faire chuter la pression dans la tuyauterie de refoulement et facilite l'écoulement du produit. La conception de ce nouveau dispositif permet son intégration dans la pompe en standard. L’installation sur le site est beaucoup plus simple et ne nécessite aucune modification de la tuyauterie de refoulement existante. Cette flexibilité donne à l'installation la possibilité de s'adapter immédiatement en cas de variation des conditions de fonctionnement.
Le système d’anneau d'injection garantit une lubrification optimale : les essais réalisés ont permis de sélectionner le profil d'injection assurant le meilleur rapport entre performance, coûts d'investissement et coûts d’exploitation.
Les performances attendues
L’application de cette technique de lubrification sur différents sites montre que la réduction de pression peut atteindre 40 à 80 % de la pression initiale en fonction de l’application, c'est-à-dire le type d’effluent et de process de traitement, le type de boues et de conditionnement, la quantité de polymère injectée et le mode d'injection. Le graphique suivant représente la courbe caractéristique de la chute de pression suite à la mise en œuvre d’un poste de lubrification au polymère.
L'optimisation du mode d'injection avec un système annulaire permet d’atteindre cette courbe de performance en minimisant les consommations de polymère. Par contre, il faut noter que l’injection directe en plusieurs points sur la conduite de refoulement, telle que pratiquée quelquefois, entraîne d'importantes fluctuations de performance qui nuisent au bon fonctionnement du poste de pompage.
Chaulage
L'utilisation de chaux permet dans de nombreux cas d’augmenter la siccité des boues obtenues en sortie des équipements de déshydratation. Le contrôle de la distribution de la chaux dans la trémie de la pompe est une étape essentielle pour augmenter la siccité de la boue. Dans ce cas, la gestion des débits en fonction de l'arrivée des boues doit être parfaite afin d’éviter le risque de prise en masse.
Ici, l'injection est directement réalisée dans la trémie, ce qui assure un mélange optimal avec la boue. Le fonctionnement avec chaulage impose la mise en œuvre d'un asservissement de la pompe très rigoureux pour éviter les risques de fonctionnement sans boue ni chaux ou avec uniquement de la chaux. C’est pourquoi le contrôle de niveau est indispensable dans cette configuration. Le point d’injection de la chaux est spécialement défini en fonction du type d’équipement de concentration.
Afin d’optimiser le fonctionnement du gavopompe, il est nécessaire d’utiliser un variateur de fréquence avec un asservissement de la pompe et de la distribution de chaux en fonction des capteurs de niveaux placés sur la trémie.
Armoire de commande / gestion-contrôle
Un module de gestion a été standardisé pour l'ensemble des configurations rencontrées sur les installations de traitement des boues.
La conception modulaire de ce poste de gestion permet de présenter une installation évolutive pouvant intégrer les modifications de l’environnement de la pompe, dans la mesure où il existe un espace suffisant dans l’armoire. Le poste de gestion contrôle les niveaux de boues dans la trémie de la pompe et l'asservissement du débit de chaux en fonction du débit des boues.
Cette fonctionnalité apporte une très grande souplesse de fonctionnement et d’adaptation de l'ensemble des équipements. La visualisation des informations de fonctionnement et de défaut sur un afficheur permet d’obtenir un maximum de convivialité du système. De plus, il faut noter que les fonctionnalités suivantes sont disponibles : impression au fil de l'eau des données de fonctionnement sur une imprimante locale, transfert des informations vers un PC sur le site ou transfert d’une synthèse des défauts par modem selon un mode prédéfini.
La pompe est intégrée sur mesure dans l’environnement choisi, le poste de gestion est contrôlé également par le fabricant de pompe qui assure ainsi une adéquation parfaite entre tous les composants. La conception modulaire de la pompe et de ses équipements périphériques permet de proposer une installation évolutive sans jamais remettre en cause le matériel existant. Tous les paramètres environnant la pompe sont pris en compte.
Lorsque de grandes quantités de chaux sont injectées dans la boue, la fonction mélange prend alors toute son importance. Le niveau de boue doit être impérativement maintenu dans la zone de malaxage, c’est-à-dire au maximum au niveau du dévoiteur et de préférence en dessous.
Le système de lubrification de la tuyauterie, le système de contrôle de distribution de la chaux et l’armoire de commande permettent d'optimiser les performances des pompes et
de simplifier la maintenance.
Simplification du démontage
Un canon démontable à haut rendement hydraulique a été spécialement développé pour transférer les produits difficiles (grande siccité, forte viscosité et produits collants). Il garantit un meilleur rendement de la pompe tout en apportant une plus grande facilité de démontage lors des opérations de maintenance en facilitant l'accès à l'articulation.
Le système d'étanchéité à cartouche simplifie le montage. L'accessibilité par l'arrière, côté entraînement, facilite le remplacement de l'étanchéité.
L'accouplement simplifié est adapté pour un fonctionnement en présence de produits abrasifs, une coquille métallique intégrée assure la protection de cette liaison. Son design garantit un meilleur écoulement du produit pompé et permet un démontage beaucoup plus rapide.
Optimisation de la fonction dévoilage/ mélange
Le dévoilateur à cadre de nouvelle génération favo- rise le mélange en cas de chau- lage tout en offrant un meilleur passage au produit à pomper. Sa conception anti-bourrage assure un nettoyage permanent des flancs de la trémie dans la zone cri- tique et permet d'optimiser le fonction- nement des capteurs de niveaux pouvant équiper la pompe.
Vidange intégrée à la pompe
Le bouchon de vidange de la trémie apporte une grande souplesse d'exploitation notamment en fin de cycle lors du nettoyage des équipements. Il facilite également les opérations de maintenance.
Des qualités éprouvées
Ce type de pompe est actuellement utilisé en France dans plusieurs stations d'épura- tion de la Lyonnaise des Eaux comme par exemple celle de Clermont-Ferrand : « Nous avions un projet de chaulage des boues afin d'améliorer la qualité de traitement de notre station, explique Monsieur Gasnier, Responsable d'exploitation. Après avoir étudié diverses possibilités, notre choix s'est porté sur des pompes à rotor excentré pour leur capacité à véhiculer des boues avec de fortes quantités de chaux à débit constant sur une grande longueur, donc avec une pression de refoulement impor- tante. L'avantage majeur de cette solution est la possibilité d'avoir un ensemble de régulation greffé sur la pompe. Tout est automatisé : pompe, lubrification, armoire de contrôle et gestion du chaulage. »
La SAUR a fait aussi le même choix. Ainsi, à Orléans, Monsieur Patrias, responsable de l'exploitation de la station d'épuration, explique : « Nous utilisons ces pompes pour la reprise de boues concentrées sous une vis qui collecte les boues de plusieurs centrifu- geuses. Nous disposons de l'environnement complet proposé : un poste de lubrification au polymère, une pompe doseuse et un système de contrôle d'injection.
Cet ensemble permet une chute importante de la pression de refoulement et assure un fonctionnement en toute sécurité, avec des équipements moins sollicités.
Aujourd'hui, nous réalisons un mélange homogène de chaux et de boue qui nous apporte pleinement satisfaction pour notre filière de traitement. »
