Pompes broyeurs et évolution des systèmes d’égouts sous pression

Oct 09, 2023

Les réseaux d’égouts gravitaires constituent la principale méthode utilisée par les municipalités pour transporter les eaux usées résidentielles vers une installation de collecte ou de traitement. Les égouts gravitaires utilisent la force de gravité pour pousser le fluide à travers des réseaux de grands tuyaux en pente jusqu’au réseau d’égouts. Pour toutes les technologies d’égouts, les fluides nécessitent une vitesse d’écoulement minimale pour maintenir les solides en suspension. Lorsque des solides se déposent dans un système d’égouts, de mauvaises choses se produisent, comme des blocages ou des problèmes d’odeurs.

Les États et les municipalités publient des critères de conception qui dictent les normes relatives au débit minimum requis ainsi que les diamètres minimaux des tuyaux et les pentes minimales pour atteindre ces débits. Cela signifie pour les entrepreneurs qu'une conduite d'égout doit être installée plus profondément que les conduites de refoulement de chaque source qui y est connectée. Les stations de relevage peuvent être utilisées pour pomper le fluide à une altitude plus élevée, ce qui permet de situer la conduite d'égout plus près de la surface ; cependant, les stations de relevage peuvent être coûteuses à construire et plus coûteuses à entretenir. Dans l’ensemble, la construction d’infrastructures d’égouts nécessite de creuser de nombreuses tranchées, ce qui est coûteux et a un impact environnemental. Ces défis sont plus difficiles à relever dans les zones où les nappes phréatiques sont élevées ou où le paysage est vallonné, rocheux ou plat.

Les systèmes d’égouts sous pression ont été conçus au début des années 1970 comme alternative pour les applications où les systèmes d’égouts gravitaires étaient moins réalisables ou moins économiques. Il a fourni un moyen de lutter contre les terrains difficiles et de réduire le coût initial des projets ou des développements lents. Les principales différences entre les systèmes d'égouts gravitaires conventionnels et les systèmes d'égouts sous pression résident dans le réseau de canalisations et la réduction de la taille des solides dans les eaux usées de chaque résidence. Les systèmes d’égouts sous pression utilisent un réseau de pompes broyeuses pour transporter les eaux usées à travers des tuyaux de petit diamètre, directement vers un égout principal, une station de relevage ou un système de traitement. Une pompe broyeuse est une pompe submersible conçue pour réduire les particules présentes dans un flux de déchets en une fine suspension à l'aide d'un mécanisme de broyage. Afin de surmonter les terrains difficiles, les conduites sont installées juste en dessous de la ligne de gel et suivent le paysage naturel. Les pompes doivent fonctionner avec une pression élevée et un débit limité par rapport à un système gravitaire.

Il existe deux formes de base de pompes broyeuses qui peuvent être utilisées dans les applications d'égouts sous pression : à cavité progressive ou centrifuge. Avec une meuleuse à cavité progressive, le pompage est effectué par un rotor en acier inoxydable de forme spéciale qui tourne dans un stator en caoutchouc multilobé. Le frottement développé entre les deux composants développe la pression utilisée pour transporter le fluide. Les pompes centrifuges utilisent une turbine vortex pour créer une pression et un débit. Lorsque la roue tourne, elle crée un vortex dans le corps de la pompe qui transporte la boue vers l'extérieur de la chambre à volute vers le système de tuyauterie.

À l'origine, les broyeurs à cavité progressive étaient la pompe de choix pour les applications d'égouts sous pression en raison de leur capacité à pomper avec une plage de débit étroite (10 à 15 gallons par minute [gpm]) à des pressions de refoulement élevées (jusqu'à 150 pieds). Les pompes à vis excentrée ne sont pas auto-limitées en ce qui concerne la pression ; à mesure que le volume du système augmente, la pression augmente également. Si la pression du système dépasse la pression de refoulement de la pompe, la pompe continuera d'essayer de vaincre la contre-pression jusqu'à ce que quelque chose tombe en panne. La panne peut être aussi simple qu'un capteur thermique déclenché ou aussi grave qu'une conduite cassée ou une pompe endommagée. Au minimum, l'augmentation de la pression entraîne une usure accrue. Étant donné que ces pompes fonctionnent par friction, les composants de la pompe subissent une usure continue.

L'usure est accélérée par une pression élevée, un débit élevé, des durées de fonctionnement longues ou l'ajout de particules granuleuses dans le flux de déchets, telles que du sable et de la saleté. Le stator de pompe d’une meuleuse à cavité progressive est à la fois l’élément d’usure le plus élevé et l’un des composants les plus coûteux à remplacer, ce qui rend les réparations ou les pannes prématurées coûteuses.

Pendant longtemps, les fabricants de pompes de broyage centrifuges proposaient le broyeur standard à un étage dans les applications d'égouts sous pression. Ces pompes pouvaient suffire dans certaines applications et pouvaient offrir plus de débit qu'une meuleuse à cavité progressive (55-60 gpm contre 15 gpm, respectivement), mais étaient limitées à environ 100 pieds de hauteur (contre 150 pieds). L'avantage d'une pompe centrifuge était la caractéristique de fonctionner le long d'une courbe de pompe. La pompe peut fonctionner en toute sécurité au ralenti au niveau de la tête d'arrêt sans causer de dommages. Contrairement à la pompe à vis excentrée, la pompe centrifuge attendra simplement que la pression du système se stabilise et reprendra le pompage normalement.