Le transport de boue d’épuration sur de longues distances

Le bon vieux tube pneumatique aurait pu servir de modèle pour une technologie orientée vers l’avenir. Avec la « Smart Air Injection » (SAI), la société Seepex GmbH de Bottrop en Allemagne lance sur le marché une solution système sur mesure combinant les avantages de deux technologies de transport afin de transporter de manière particulièrement efficace sur le plan énergétique et sur d’importantes distances des boues hautement déshydratées. C’est pourquoi les conduites peuvent atteindre jusqu’à 1000 mètres de long, dans lesquelles les boues d’épuration comprimées sont transportées en continu au moyen d’air comprimé jusqu’à la destination. L’alternative aux procédures traditionnelles, déjà testée à l’échelle européenne dans plusieurs installations, peut devenir rapidement rentable pour des entreprises de traitement des eaux.

Avoir une longue conduite, c’est absolument pas un désavantage dans le domaine technique. Actuellement, cela est même plus important que jamais pour la mise au rebut de boues d’épuration déshydratées. 1,8 million de tonnes de ces boues s’accumulent tous les ans au sein du territoire fédéral et doivent subir un traitement ultérieur – que ce soit dans le traitement thermique, le recyclage ou l’agriculture. Selon le nouveau décret allemand sur les boues d’épuration (Klärschlammverordnung (AbfKlärV)) entré en vigueur en 2017, il sera de plus en plus souvent nécessaire de transporter des boues d’épuration sur de longues distances, par exemple jusqu’à une installation de récupération de phosphate. Pour l’une ou l’autre des quelque 10 000 stations d’épuration municipales du pays, l’intervention du nouveau système Seepex pourrait ainsi être intéressant sous bien des aspects. Avec des parcours pouvant atteindre un kilomètre, SAI ne s’adapte pas seulement aux nouvelles exigences, il est de surcroît particulièrement économique, car les coûts totaux d’investissement tout comme les coûts ultérieurs et coûts d’exploitation sont relativement faibles.

La boue est sous pression

Les développeurs utilisent pour la Smart Air Injection une combinaison de transport par pompage au moyen d’une pompe à vis excentrée, et d’un transport pneumatique en phase dense. Le nouveau procédé va de pair avec une tuyauterie peu coûteuse à base de matériau en matière plastique, ce qui pourrait ne pas seulement jouer un rôle dans le cas de nouvelles acquisitions, mais aussi dans le cas de dépenses courantes devant être diminuées telles que des coûts de maintenance ou d’exploitation. Les coûts d’exploitation moindres devraient aussi être attractifs, cette diminution résultant d’une faible consommation en énergie, des longs cycles de maintenance des pompes d’une durée d’environ deux ans et des pièces de rechange moins onéreuses par rapport à d’autres procédés de pompage. Les efforts de maintenance eux-mêmes en termes de temps ne prennent que quelques heures et sont ainsi très courts ; de plus, la maintenance peut généralement être réalisée par une seule personne sans système de levage ou de grue supplémentaire, en raison du moindre poids des composants. Grâce à la « Maintenance sur place », démonter la conduite n’est pas nécessaire. De plus, le niveau de pression moindre garantit une durée de vie accrue des composants qui, du reste, n’emcombrent que peu. Par ailleurs, la solution système automatisée s’intègre avec une surveillance des processus via des interfaces bus courantes aux systèmes d’automatisation et de gestion technique existants. L’ensemble des composants fonctionnels ainsi que tous les capteurs et actionneurs sont compris en tant qu’ensemble complet dans l’étendue de la livraison et intégrés dans le logiciel SAI par technique de commande.

Seepex possède déjà une première référence sur le marché étranger : à l’automne 2018, SAI sera intégré dans le réseau d’une des plus importantes compagnies européennes des eaux. A présent, cette innovation doit être tenue à disposition des compagnies d’épuration des eaux usées comme alternative aux systèmes courants, alternative performante à efficacité énergétique, et comme solution de transport sur mesure, adaptée sur le plan de l’ingénierie aux caractéristiques de l’installation et paramétrée sur place de façon optimale en matière énergétique.

Le défi

Le transport de boues déshydratées sur de longues distances représente un défi important pour le traitement de l’eau dans un cadre municipal : en raison de la viscosité et de l’abrasivité élevées du liquide, une perte de pression importante doit être surmontée dans la conduite de transport. En premier lieu, des solutions de transport séquentielles sont pour cela mises en place avec plusieurs entraînements, tels que des bandes transporteuses ou des transporteurs à vis. Ces solutions présentent cependant une consommation en énergie et un effort de maintenance élevés en raison du nombre d’entraînements. De plus, elles sont fréquemment introduites ouvertes dans l’environnement – causant des nuisances engendrées par les odeurs, un surplus d’eau en raison de la pluie – et sont inefficaces pour un transport vertical ou tortueux. De manière alternative, des tuyaux fermés associés à des pompes à vis excentrée multicellulaires ou en partie à des pompes de piston entrent en jeu et sont particulièrement adaptés à des liquides très visqueux et à des pressions élevées. Ceux-ci nécessitent cependant, en raison d’une contrepression élevée, des coûts d’investissement relativement importants pour des tuyaux présentant une stabilité à la pression (en partie supérieure à PN100). Ils demandent également – en particulier les pompes de piston – des efforts et coûts de maintenance considérables ainsi que de longs temps d’immobilisation en cas de maintenance, une puissance d’entraînement relativement élevée ou une haute consommation en énergie.

La nouvelle solution de transport

Dans le cas de la Seepex SAI, de tels inconvénients n’existent pas. Dans le cas de ce système, une colonne de boue est tout d’abord compactée et comprimée via une pompe à trémie d’entrée Seepex dans le tuyau de refoulement – voir illustration 1.a) et 1.b) – puis continue d’être transportée via des injections d’air comprimé pulsées – cf. voir illustration 1.c). Les injections d’air sont déclenchées par pression via un algorithme optimisé en vue de son application (voir illustration 2). La colonne de boue transportée pneumatiquement est également enveloppée d’une solution polymère. Le frottement des tuyaux est ainsi réduit et l’efficacité énergétique du système global est améliorée.

La pression contenue dans toute la conduite de transport est durablement réduite via la combinaison du transport par pompage et du transport pneumatique en phase dense pour enfin atteindre un niveau de pression très bas inférieur à PN10 (voir illustration 2). Cela résulte directement de la puissance nécessaire au mouvement initial de la colonne de boue comprimée. Dès la force de frottement par adhérence vaincue, l’air comprimé circulant et se développant accélère la colonne de boue, faisant à nouveau baisser le niveau de pression dans la conduite (voir illustration 2). L’ajustement des paramètres du système, tels que la quantité de polymères et d’air, permet de régler sur site un point opérationnel optimal en matière énergétique spécifique aux installations.

La pression moindre dans la conduite permet d’utiliser des tuyaux (PN10 jusqu’à PN16) moins onéreux et aux parois considérablement plus fines, menant à une réduction considérable des coûts d’investissement, en particulier en ce qui concerne les longues distances de transport. De plus, des pompes à trémie d’entrée plus petites et à un niveau peuvent être mises en place avec la « Smart Conveying Technology » (SCT) de Seepex, pompes réduisant l’effort de maintenance à un minimum (remplacement du rotor/stator en moins d’une heure) et présentant une consommation en énergie relativement faible.

Le système global

L’élément central de la SAI est la commande SAI Seepex intégrée régulant toutes les fonctions du système global. Le volume de remplissage dans la trémie avant de la pompe à boue est estimé via un capteur de distance laser ou via des cellules de pesage ; le débit de la pompe à boue est ajusté de manière adaptative en fonction du niveau de remplissage afin de réduire la consommation en solution polymère. De plus, trois fonctions de sécurité sont mises en œuvre dans la SAI comprenant une surveillance de la température, de la surpression et du CF, garantissant le fonctionnement sans friction du système global. En fonction des conditions des lignes de transport, il est nécessaire d’injecter de l’air comprimé et de la solution polymère à plusieurs endroits dans le tuyau (voir illustration 3 représentant deux points d’injection). Les soupapes destinées à injecter de l’air peuvent ici également être commandées manuellement via un élément de commande fourni avec écran. Cela est particulièrement pertinent pour le nettoyage des tuyaux, par exemple avant de longs temps d’arrêt de l’installation ou pour libérer la conduite de transport en cas d’obstructions.

Les paramètres de système de la SAI peuvent être réglés de deux manières. D’une part, une commande (à distance) peut être effectuée via un bus de terrain à partir d’une salle de contrôle ; d’autre part, les paramètres de système peuvent être modifiés localement via un élément de commande. Par ailleurs, la quantité d’air comprimé consommée tout comme la quantité de solution polymère utilisée sont mesurées et affichées sur l’écran local de l’unité de commande, outre d’autres informations importantes du système comme l’état de ce dernier ou les paramètres de service des pompes.

Par Stephan Mottyll (Seepex GmbH)

Photos Seepex GmbH

www.seepex.com