Pompes broyeuses et l'évolution des systèmes d'égouts sous pression

Jul 30, 2023

Les systèmes d'égouts gravitaires sont 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 gros tuyaux inclinés vers la canalisation d'égout. Pour toutes les technologies d'égout, les fluides nécessitent une vitesse d'écoulement minimale pour maintenir les solides en suspension. Lorsque des solides se déposent dans un système d'eaux usées, de mauvaises choses se produisent, telles que des blocages ou des problèmes d'odeur.

Les États et les municipalités publient des critères de conception qui dictent les normes pour le débit minimum requis ainsi que les diamètres de conduite minimum et les pentes minimales pour accomplir ces débits. Cela signifie pour les entrepreneurs qu'une canalisation d'égout doit être installée plus profondément que les conduites d'évacuation 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. Globalement, la construction d'infrastructures d'égouts nécessite un important creusement de tranchées, ce qui est coûteux et a un impact sur l'environnement. Ces défis sont plus difficiles dans les zones où les nappes phréatiques sont hautes ou le paysage est vallonné, rocheux ou plat.

Les systèmes d'égouts sous pression ont été conçus au début des années 1970 comme une alternative pour les applications où les systèmes d'égouts gravitaires étaient moins réalisables ou 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 conventionnels par gravité et les systèmes d'égouts sous pression résident dans le réseau de tuyauterie 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 d'un flux de déchets en une bouillie fine à l'aide d'un mécanisme de broyage. Afin de surmonter les terrains difficiles, les tuyaux sont installés juste en dessous de la ligne de gel et suivent le paysage naturel. Les pompes doivent fonctionner à haute pression et à 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'égout sous pression : à cavité progressive ou centrifuge. Avec un broyeur 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 broyeuses centrifuges utilisent une roue vortex pour créer une pression et un débit. Lorsque la roue tourne, elle crée un vortex dans le corps de pompe qui transporte la boue vers l'extérieur de la chambre de la volute au système de tuyauterie.

À l'origine, les broyeurs à cavité progressive étaient la pompe de choix pour les applications d'égout 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 cavité progressive ne sont pas auto-limitantes 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 tête d'arrêt de la pompe, la pompe continuera d'essayer de surmonter 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 ligne brisée ou une pompe endommagée. À tout le moins, 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, de longues durées de fonctionnement ou l'ajout de particules granuleuses dans le flux de déchets, telles que le sable et la saleté. Le stator de la pompe d'une rectifieuse 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 centrifuges broyeuses proposaient le broyeur standard à un étage dans les applications d'égouts sous pression. Ces pompes pouvaient faire l'affaire dans certaines applications et pouvaient offrir plus de débit qu'un broyeur à cavité progressive (55-60 gpm contre 15 gpm, respectivement) mais étaient limitées à environ 100 pieds de tête (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 en tournant au ralenti à la tête d'arrêt sans causer de dommages. Contrairement à la pompe à cavité progressive, la pompe centrifuge attendra simplement que la pression du système se stabilise et recommencera à pomper normalement.

En raison de ces avantages, la pompe à broyeur centrifuge à un étage a été acceptée comme une bonne alternative sur le marché par rapport aux pompes à broyeur à cavité progressive dans les applications à faible hauteur ; cependant, cela a laissé un vide dans les applications à tête plus élevée. Pour répondre au besoin du marché d'un broyeur centrifuge à tête plus élevée, des pompes broyeuses centrifuges à deux étages ont été développées spécifiquement pour les applications d'égouts sous pression. En sacrifiant un peu de débit, l'ajout d'une roue à aubes de deuxième étage a permis de doubler la pression de refoulement. Le résultat de cette innovation a été une pompe broyeuse centrifuge qui peut fonctionner à une pression de refoulement de 200 pieds et qui, dans des situations de basse pression, peut pomper près de 30 gpm. En raison de leurs débits plus élevés, une pompe de broyeur centrifuge fonctionnant dans des conditions normales peut récurer une ligne de deux pouces, contrairement aux unités de broyeur à cavité progressive, qui nécessitent deux à trois pompes fonctionnant en même temps pour récurer une ligne de 2 pouces. Garder les lignes récurées est important pour minimiser les odeurs et prévenir les blocages. Le coût de fonctionnement d'un broyeur centrifuge à deux étages est souvent moins cher en raison des temps de fonctionnement plus courts requis en raison d'un débit plus élevé.

La beauté des systèmes d'égouts sous pression réside dans leur interchangeabilité et leur flexibilité. Les pompes broyeuses sont conçues pour être compatibles, de sorte que tant qu'il y a suffisamment de débit entrant dans un système, ce système fonctionnera correctement, quelle que soit la technologie de pompe broyeuse utilisée. En conséquence, il est possible d'utiliser soit des technologies de broyeur centrifuge à cavité progressive, soit les deux technologies ensemble dans un seul système. Ces stations de broyage résidentielles peuvent être utilisées pour développer des systèmes d'égouts sous pression ou utilisées avec des systèmes d'égouts gravitaires comme outil pour les endroits difficiles d'accès ou des mises à niveau ponctuelles, comme le remplacement d'une fosse septique.

Les fabricants de pompes centrifuges et de pompes broyeuses à cavité progressive proposent des unités de mise à niveau, qui permettent aux utilisateurs d'intégrer facilement leur produit dans une station existante pour améliorer les performances de la pompe ou du système avec des coûts de matériel et de main-d'œuvre minimaux.

Les systèmes changent constamment; la capacité fluctuera au fil du temps car les entrées peuvent augmenter ou diminuer en fonction des facteurs de l'environnement de l'installation. Dans certains cas, la mise à niveau de la technologie de la pompe peut résoudre les problèmes existants dans un système, tels que l'augmentation de la vitesse du fluide. Cela peut aider à garder une ligne récurée et à réduire le temps de rétention des fluides d'eaux usées, en aidant à contrôler les odeurs et à prévenir la corrosion.

Mackenzie May est chef de produit chez Crane Pumps & Systems. Pour plus d'informations, rendez-vous sur cranepumps.com.