Vrai phénomène de société, les lingettes sont devenues l'ennemi numéro un des unités de pompage. Les pompes traditionnelles ne sont pas toujours conçues pour résister à ces filasses qui s'accrochent dans les aubes et s'enroulent sur l'arbre. Des réponses techniques existent, efficaces et accessibles, pour que les effluents traversent la pompe sans dommage. Elles ne doivent cependant pas faire oublier que le problème subsiste pour la filière avec obstruction des réseaux et pollution des stations, entraînant parfois une véritable explosion des coûts d'exploitation.
Une des caractéristiques des eaux usées est qu'il est parfois difficile de connaître la nature réelle des effluents et des problèmes auxquels l’exploitant devra faire face. C’est pourquoi le choix d'une pompe dépend de nombreux paramètres dont les conditions d’usure, les hauteurs de refoulement, la quantité de matières solides charriées, la présence de corps étrangers, etc. Les fabricants tels que Grundfos, KSB, Xylem, Wilo, Sulzer, Caprari, Landia ou Axflow proposent à cet effet de nombreux types de pompes adaptés aux besoins spécifiques de chaque
Mais aujourd’hui, ces fabricants sont confrontés à un changement de nature de ces effluents. La réduction de la consommation d’eau potable, la généralisation des réseaux séparatifs et les efforts réalisés par les collectivités pour réduire l’introduction d’eaux parasites dans les réseaux d’assainissement se conjuguent pour augmenter la concentration des effluents en matières solides. Mais surtout, l’engouement des ménages pour les nouveaux produits que sont les lingettes se combine à leur propension à les jeter dans les toilettes pour créer un problème crucial sur l’ensemble du réseau de traitement des eaux usées.
On peut donc être amené dans certains cas à recourir à des pompes spécialisées dans les eaux très chargées qui, avec leur grande section de passage et leur géométrie particulière, peuvent répondre aux problèmes de blocage des pompes. De nombreux fabricants ou revendeurs comme Weir Minerals France, Landia représentée par Atlantique Industrie, Nov Mono, Netzsch, Hydro-Group, CE2A Tsurumi France, Albin Pump ou Putzmeister proposent des solutions qui ont fait leurs preuves dans le domaine industriel pour les eaux usées, les pâtes à papier, le ciment, les mines, etc. Les pompes capables de relever des flux très chargés se caractérisent par des sections de passage importantes, tournent plus lentement et consomment également plus d’électricité. « Le critère essentiel doit cependant être la fiabilité, estime Jean-Michel Robin, responsable des ventes Eau France chez KSB, spécialiste des roues Vortex. Les économies réalisées avec des machines de meilleur rendement ne compensent pas les coûts des interventions pour débouchage qui ne manqueront pas de se produire avec de faibles sections de passage. »
Grosse section de passage et géométrie spécifique
« Dans l’hydraulique des pompes pour eaux très chargées, il faut respecter certaines vitesses de passage à l’intérieur de la roue, indique Jean-Michel Robin chez »
KSB. « Il faut un débit suffisant pour pouvoir avoir des sections de passage importantes. Nous avons développé des hydrauliques adaptées à ce genre de phénomène, avec des moteurs plus fiables et plus économes en énergie ». Le fabricant propose une solution avec roue Vortex, ouverte et multi-canaux, dont la grande section de passage (135 mm) permet aux matières de passer dans la pompe sans risque d'accrochage. Une seconde solution est la roue monocanal ouverte avec un passage jusqu'à 150 mm, capable de travailler à des concentrations très importantes de matière solide, jusqu'à 130 g/l et 1 400 m³/h. Son aube unique montée dans un système de cône avec une rainure permet le dégagement en cas de présence de filasses. « L'avantage de cette solution, c'est son meilleur rendement, mais comme toutes les roues à canaux ouverts, elle est plus sensible à l'abrasion et donc à la présence de sable, précise Jean-Michel Robin. Un choix effectué sans bien prendre en compte la nature des effluents peut alors se traduire par plus d'usure et donc plus de frais de maintenance ».
Les roues Contrablock Plus, développées par Sulzer, améliorent également la gestion des filasses et les niveaux de résistance aux blocages (section de passage minimale de 75 mm). Par conception, le bord d'attaque de l'aube est autonettoyant et 80 % des filasses passent dans la roue, le reste par la plaque de fond rainurée. Le rendement hydraulique sur une pompe multicanal Contrablock Plus est de 86 % et les moteurs intègrent le rendement Premium IE3.
Xylem a choisi de se concentrer davantage sur la conception optimisée des roues des pompes que sur la section de passage, la problématique des eaux usées « modernes » étant davantage liée à la présence d'éléments fibreux que volumineux. Les pompes équipées de la technologie brevetée N Flygt sont spécialement conçues pour éviter les colmatages, grâce au profil des aubes qui a été optimisé pour éviter que des éléments ne restent coincés dans la roue. Le guide pin et la rainure de dégagement (caractéristiques de l'hydraulique N) guident les déchets vers l'extérieur de la roue. La roue N Adaptive, dernière innovation en date, autorise un déplacement de la roue le long de l'arbre quand elle rencontre un déchet susceptible de la bloquer et permet ainsi d'évacuer les fibres longues ou les débris solides.
La gamme de pompes de surface auto-amorçantes Godwin Dri-Prime, disponible en motorisation électrique ou diesel, bénéficie désormais de la technologie N Flygt.
Xylem propose la solution Flygt Experior qui associe les pompes N Flygt au nouveau dispositif de contrôle intelligent SmartRun™, qui intègre notamment différentes fonctions de nettoyage, de la bâche, des canalisations mais surtout de la pompe. En effet, cette fonction permet de détecter tout blocage anormal de la roue et déclenche un nettoyage automatique en inversant momentanément le sens de rotation de la pompe. Ce système est également doté d'une fonction d'optimisation de la consommation d'énergie, qui permet une réduction de 30 % en moyenne par rapport aux systèmes conventionnels.
La roue S-Tube de Grundfos, sortie il y a un peu plus d'un an, a été spécialement conçue pour éliminer les blocages dus aux éléments problématiques comme les lingettes ou les fibres. La roue combine une grande section de passage, jusqu'à 160 mm, et un angle très large de 30° qui entraîne facilement les solides. De plus, des interstices sur la roue et sur la volute agissent comme des ciseaux quand ils se croisent et découpent les lingettes récalcitrantes. Cette roue équipe les pompes de la gamme SE/SL, immergées ou en fosse sèche, avec des débits pouvant atteindre 1 000 m³/h.
Les constructeurs spécialisés dans les eaux très chargées ont développé des solutions adaptées aux effluents difficiles, allant des
eaux charriant de nombreux corps solides à des effluents très visqueux comme les déchets de papeterie ou les boues d’épuration déshydratées. Là encore, il faut choisir la pompe en fonction de la nature de l’effluent, de l’abrasivité, du débit nécessaire, etc. Weir Minerals France propose une offre étendue en matière de pompage des liquides très chargés. Les pompes centrifuges Warman SCH (Schabaver) permettent par exemple de transporter des matières solides dans un milieu liquide. Elles sont adaptées aux besoins des industries minières ou chimiques qui les utilisent pour véhiculer des liquides corrosifs. L'industrie sucrière y recourt également pour le pompage des eaux boueuses de lavage. Elles trouvent de nombreuses applications en sablières, sur les chantiers BTP et de plus en plus en traitement des eaux usées. Elles sont, par exemple, mises en œuvre au sein du procédé de clarification à grande vitesse Actiflo® développé par Veolia Water Solutions & Technologies.
Les pompes à roue vortex Wemco sont quant à elles utilisées dans le domaine de l’assainissement (extraction et recirculation des boues de décanteurs et des digesteurs ou encore le dessablage des eaux usées). Mais on les trouve aussi dans l’industrie alimentaire (abattoirs, conserveries, équarrissages) ou encore dans la sidérurgie (battiture, eau + calamine). Leur point fort, un diamètre de passage libre égal au diamètre d’aspiration qui permet aux solides aspirés dans le tourbillon creux d’être refoulés par la force centrifuge sans pratiquement toucher l’impulseur qui est complètement en retrait.
Quant aux pompes à vis centrifuge Hidrostal, elles trouvent également de nombreuses applications en stations d’épuration. La construction spéciale de la roue à vis centrifuge (grande section de passage jusqu’au diamètre 230 mm) permet de pomper les liquides chargés sans risque de bouchage avec des rendements approchant ceux des pompes à eaux claires. Ces pompes sont capables de pomper les filasses et les lingettes de plus en plus présentes dans les stations d’épuration. Mais elles sont aussi très prisées lorsque des conditions d’aspiration exceptionnelles sont requises : boues, pâte à papier, liquides visqueux.
Les pompes Ultra V et Super T (de 10 à
Les pompes (900 m³/h) d’Hydro-Group sont équipées d'une plaque d’usure autonettoyante, brevetée par Gorman-Rupp, qui concentre les solides et filasses jusqu’à les réduire à de la poussière au centre de la roue, les empêchant ainsi de s’enrouler autour des aubes. L’ouverture d’un simple clapet permet de vider les résidus qui se sont accumulés.
Axflow est le distributeur de la marque Mono en France, lequel peut néanmoins effectuer des ventes en direct dans les stations d’épuration municipales. Mono dispose d’une large gamme de solutions adaptées à ces situations.
« Le rotor excentré est nécessaire dès que les effluents sont très visqueux ou fortement chargés et que l’on a besoin d’une pression importante, indique Gabriel Keiser, directeur de Mono France. La pompe de transfert EZstrip™ constitue par exemple une solution facile et rapide à démonter ou à décolmater et permet d’entretenir une pompe à rotor excentré sur place, ce qui réduit à moins de 30 minutes les opérations d’entretien qui pouvaient auparavant prendre une journée. La chambre d’alimentation amovible permet un accès direct aux pièces d’usure dont la ligne d’arbre complète, sans avoir à déconnecter la pompe de la tuyauterie ni à la débrancher électriquement. La bielle, brevetée et en deux parties, élimine le besoin d’un espace de dépose, d’où des économies considérables en termes de temps et de coût. »
Les pompes à rotor excentré également développées par Seepex, Netzsch ou Nov Mono sont particulièrement indiquées pour les boues déshydratées, très abrasives, car elles peuvent tourner très lentement et les parties en caoutchouc absorbent aussi l’abrasion. Jusqu’à présent, ces pompes pâtissaient d’un encombrement important avec une grande longueur de démantèlement pour changer le rotor. La nouvelle solution EZ Strip du constructeur élimine cet inconvénient en offrant un accès direct et facile au cœur de la pompe. « Avec ce modèle on peut changer le stator ou décolmater la pompe sans démonter la pompe de la canalisation, souligne Gabriel Keiser. On gagne énormément de temps. »
Les pompes à rotor excentré EcoMoineau™ de PCM sont également conçues pour véhiculer des liquides chargés, visqueux et/ou corrosifs tout en gardant les coûts d’exploitation au plus bas. Les portes de visite en standard permettent un accès rapide, en quatre boulons, au corps de pompe afin de résoudre les problèmes de bouchage rapidement. La maintenance est facilitée grâce à un accès indépendant aux pièces d’usure. L’encombrement est réduit : la pompe PCM EcoMoineau™ est l’une des plus compactes des pompes à rotor excentré disponibles sur le marché. Elles peuvent également être protégées en amont par des broyeurs dilacérateurs.
Autre fournisseur de pompes à rotor excentré, Netzsch propose la pompe Nemo® dont la large gamme de géométries permet de s’adapter à l’effluent. Le stator de cet appareil bénéficie de la nouvelle technologie iFD : son enveloppe est rigide en aluminium et une partie élastomère vient se loger à l’intérieur. Cela permet de réduire les coûts de maintenance car on renouvelle uniquement la partie élastomère. Netzsch propose également, pour eaux usées et industrielles, les pompes Tornado™, une gamme d’appareils à deux, trois ou quatre lobes à profil rectiligne ou hélicoïdal et différentes qualités d’élastomère en fonction des applications, avec des débits faibles, de 3,4 à 14 m³/h, à des débits importants de 181 à 905 m³/h.
Les pompes à pistons oléo-hydrauliques.
KOS® proposées par Putzmeister reposent sur une autre technologie qui ne craint pas les filasses. Adaptées aux effluents très chargés, visqueux ou très pâteux, ces pompes fonctionnent par aspiration dans un cylindre et refoulement dans un autre cylindre, relié au premier par un répartiteur en S, évitant ainsi le contact des effluents avec les parties mobiles. Putzmeister dispose de toute une gamme d’appareils adaptés à des granulométries différentes et selon la présence de corps étrangers, avec des débits allant jusqu’à 200 m³/h.
Side Industrie a breveté une roue hacheuse baptisée DipCut® dédiée aux systèmes Dip de pompage en ligne. La roue est vortex conique dans un sens de rotation et hacheuse en sens inverse. Couplé à la commande intelligente, cet impulseur change automatiquement de sens de rotation quand il le faut, pour déchiqueter les filasses et lingettes entremêlées, puis les évacue. « Contrairement aux systèmes dilacérateurs ou sécateurs, qui coupent et pompent en permanence, la roue DipCut® ne perd pas son rendement hydraulique de pompage. De plus, en position de déchiquetage, toute la puissance moteur n’est utilisée que par les quatre couteaux, qui disposent alors d’une énergie redoutable. Par conséquent, nous parvenons à un rendement doublé par rapport à une hydraulique dilacératrice, et donc pas de surdimensionnement moteur », précise Stéphane Dumonceaux chez Side Industrie.
Protéger les pompes par broyageou dilacération préalable
Pour éviter le colmatage par des corps étrangers, les pompes peuvent être associées à des organes broyeurs ou dilacérateurs, intégrés à la pompe ou montés sur la canalisation en amont.
Le système Biocut® de Vogelsang combine ainsi au sein d’une unité pompes et dilacérateur avec piège à cailloux intégré, capables d’éliminer les problèmes inhérents aux filasses, particules, agglomérats, déchets, graisses, etc. Les débits, couvrant une gamme de 3 à 600 m³/h, permettent de répondre à de nombreuses applications. Le résultat du broyage est calculé en fonction des besoins du client et peut atteindre des valeurs de quelques millimètres seulement.
Vogelsang propose également la gamme de broyeurs X-Ripper, couvrant des débits jusqu’à 800 m³/h. Installé en réseau en amont de postes de relèvement ou sur des dépottages de matières extérieures en station d’épuration, ce broyeur à arbres parallèles tourne à faible vitesse et à faible puissance moteur pour disposer d’un couple élevé face aux corps étrangers. Insensibles à la marche à sec, ses couteaux monolithiques le rendent extrêmement robuste mais aussi très facile d’entretien. Les pompes ou équipements en aval sont ainsi efficacement protégés.
Landia, représenté en France par Atlantique Industrie, sépare également les fonctions broyage et pompage, ce qui permet de déchiqueter les filasses avant que celles-ci ne pénètrent dans la partie hydraulique. Pour les faibles débits très chargés en fibres, le broyeur Muncher CT201 de Mono est plutôt destiné à désintégrer les solides dans un flux. Il s’installe sur la canalisation en amont de la pompe et tourne à basse vitesse.
Xylem
Vitesse à couple élevé. Il est équipé d'une trappe d’accès pour inspecter facilement les couteaux et procéder à la maintenance. Les couteaux sont conçus pour rejeter les matériaux durs et réduire ainsi le risque d’endommagement des dents de coupe. L’inversion du sens de rotation des couteaux s'effectue automatiquement pour les protéger des surcharges. Il peut être utilisé avec toutes les technologies de pompes. Le dilacérateur M-Ovas® de Netzsch se fixe aussi directement sur la canalisation en amont de la pompe et accepte des effluents contenant jusqu’à 7 % de matières solides avec un débit de 300 m³/h. La partie dilacératrice se situe en haut de l'appareil et est intégrée au couvercle, ce qui permet un accès facile aux couteaux et porte-couteaux. Lorsque les résidus sont gros et résistants, l'entreprise propose le broyeur-lacérateur Taskmaster® fabriqué par Franklin Miller, d’une capacité de 270 m³/h avec jusqu’à 10 % de matières solides.
Hydro-Group propose de son côté un panier broyeur qui se place en lieu et place d'un panier dégrilleur. Ce système, composé de couteaux tournant empilés sur deux barres verticales, est piloté par automate et supporte un débit de 512 m³/h. Les filasses sont réduites à une taille suffisamment petite pour protéger la pompe et supprimer la gestion contraignante des déchets, mais suffisamment grande pour être arrêtées par le dégrilleur en entrée de station d’épuration.
Autre équipement, le Sludge Monster® (60 m³/h en DN 100 mm et jusqu’à 126 m³/h en DN 150 mm) proposé par Hydro-Group est un broyeur développé pour faire face aux filasses, déchets solides et autres graisses qui bouchent les installations. Il est équipé d’un motoréducteur de 1,5 kW, entraînant deux arbres à une vitesse très faible, offrant ainsi un couple de broyage cinq fois plus important qu'un dilacérateur. La chambre de coupe se compose d'un empilage de couteaux et d’entretoises de 5 ou 8 mm à très haute dureté. Les deux arbres sont maintenus de part et d’autre par des roulements surdimensionnés, évitant ainsi tout flambage et casse. Il ne requiert pas de piège à cailloux en amont.
Dans la catégorie des pompes dilacératrices, le spécialiste des eaux très chargées CE2A Tsurumi a mis au point une technologie particulièrement efficace qui permet de détruire aussi bien les lingettes que les collants, les couches, les bouteilles en plastique ou les canettes en aluminium. Les pompes de la série C de ce constructeur fonctionnent par l’action d'une turbine équipée d’une lame au carbure tournant au-dessus de la surface interne de la plaque d’aspiration munie de plusieurs lames en dents de scie.
Sur la base de la technologie de l'hydraulique N Flygt, Xylem propose en option un plateau dilacérateur en fonte au chrome qui constitue une solution de broyage adaptée pour les applications eaux usées contenant de très fortes concentrations de fibres longues ou de déchets solides puisqu'il permet de hacher les solides les plus difficiles, sans colmatage ni perte de rendement de la pompe.
Détourner les corps étrangers de la pompe
Une autre solution consiste à empêcher les corps étrangers de traverser la pompe, ce qui évite aussi en partie leur émiettement. C’est le principe à l’œuvre dans le séparateur de matière AmaDS³ que KSB met aujourd’hui en avant lorsque le problème de lingettes devient critique. Cette solution, encore peu utilisée en France, consiste à capter les corps étrangers dans un système de dégrillage et à récupérer l’eau clarifiée dans une bâche.
Lorsque le niveau d’eau est suffisant, la pompe démarre et refoule à travers la grille pour reprendre les corps étrangers et les remonter avec l'eau. « C'est une vraie solution car dans ce système les filasses ne vont pas aux pompes, souligne Jean-Michel Robin. Il est alors possible d’utiliser une pompe de plus faible section de passage, et donc d’améliorer le rendement et faire des économies d’énergie. On économise aussi sur les coûts d'exploitation, ce qui fait qu'au final le surcoût d’investissement, qui est de l’ordre de 10 %, est amorti en un an. Ce système est plébiscité dans les pays de l'Est de l'Europe qui développent actuellement leur réseau. »
En France, où les trois quarts du parc sont constitués de pompes de faibles débits, inférieurs à 80 m³/h, l'AmaDS3 répond à ce besoin avec des HMT jusqu'à 85 m.
Dans le cas d’effluents très chargés, les dégrilleurs automatiques constituent la meilleure solution pour protéger les pompes des objets présents dans les eaux usées. Avec un parc de plus de 700 dégrilleurs installés en France, Xylem propose des solutions fiables, modulables et éprouvées. Le nouveau dégrilleur vertical automatique FJX permet un dégrillage efficace avec une largeur de grille de 400 à 600 mm et une hauteur sous déversoir jusqu'à 6 m. Le FJX est très compact et permet un gain de place précieux. Il peut être installé dans les stations de pompage préfabriquées Flygt en polyester. Il permet d’optimiser les coûts de maintenance et la durée de vie des pompes de relevage. Son fonctionnement est silencieux, avec un carénage intégral, tout en permettant un accès aisé.
Wilo propose également un système de séparation-restitution des solides, l'EMUport. Intégrée à une station de pompage préfabriquée avec deux pompes en cale sèche, cette solution est très utilisée pour le drainage de localités ou de complexes industriels ou commerciaux.
« Les lingettes ne posent pas simplement un problème technique de pompage, prévient Jean-Michel Robin chez KSB. Le dégrillage fin effectué en tête de station d’épuration arrête les fibres longues mais non les petites fibres. Ces dernières s’agglutinent autour des aubes, nécessitant parfois une intervention de nettoyage après quelques mois seulement de fonctionnement des bassins. La résolution de ce problème passe aussi par un changement des comportements. »
