Dans une station d’épuration municipale, diverses pompes acheminent l’eau depuis les étapes de prétraitement jusqu’à la distribution. Différentes applications nécessitent différents types de pompes, en fonction des exigences du système, de la pression de refoulement et de la capacité de débit souhaitées et de l’espace disponible.
Les pompes sont des équipements essentiels dans tout système qui déplace des fluides d’un point A à un point B. Dans un organisme, le cœur envoie les substances désirées (oxygène, nutriments) vers les différentes parties du corps et évacue les substances indésirables (dioxyde de carbone, déchets). Les pompes des installations de traitement des eaux usées ont un rôle similaire :
- Ajouter les quantités désirées de divers produits chimiques :
– Eliminer les nutriments et autres composants indésirables
– Désinfecter en tuant les parasites, les bactéries et les virus
– Ajuster le pH pour améliorer le goût et minimiser la corrosion des canalisations
– Fluoriser l’eau potable pour renforcer les dents
- Éliminer les boues des bassins de sédimentation en vue d’un traitement et d’une élimination ultérieurs.
Dans les systèmes de distribution, les pompes refoulent l’eau sous pression dans le réseau de canalisations et l’élèvent à une altitude plus élevée, par exemple dans les châteaux d’eau.
Lorsqu’elles sont correctement utilisées et entretenues, les pompes fournissent un service fiable et efficace pendant de nombreuses années.
Types de pompes dans les stations d’épuration municipales
Différentes applications nécessitent différents types de pompes, en fonction des exigences du système, de la pression de refoulement et de la capacité de débit souhaitées et de l’espace disponible. Une station d’épuration typique utilise trois types de pompes :
- Pompes centrifuges
- Pompes submersibles
- Pompes volumétriques
Pompe centrifuge
Composants d’une pompe centrifuge
Ce type de pompe utilise la force centrifuge pour créer une vitesse suffisante pour déplacer les liquides. Dans une station d’épuration municipale, les pompes centrifuges déplacent les eaux usées brutes, les eaux usées influentes, les boues primaires et secondaires et les eaux usées effluentes.
Les eaux usées ou les boues pénètrent dans la pompe par la buse d’aspiration (« suction nozzle » sur le croquis) et rencontrent la turbine (« impeller » sur le croquis), un rotor en forme de ventilateur installé dans un boîtier et monté sur un arbre horizontal (« shaft » sur le croquis) ; un moteur électrique ou diesel fait tourner l’arbre. Le liquide entre par le centre de la turbine.
En tournant, la turbine fouette le liquide dans le sens radial, ce qui lui permet d’acquérir de l’énergie cinétique en le centrifugeant vers l’extérieur. L’enveloppe en forme de spirale ralentit l’eau, convertissant la hauteur dynamique en hauteur de charge lorsque le liquide sort par la buse de décharge (« discharge nozzle » sur le croquis). Un joint ou des bagues d’étanchéité empêchent les fuites.
Il existe trois types de turbines : fermées, semi-ouvertes et ouvertes.
Plus le fluide est occlusif, plus les aubes de la turbine doivent être ouvertes.
Turbine semi-ouverte
Les pompes centrifuges peuvent générer une grande variété de débits et de pressions de sortie, qui dépendent tous deux de la taille de la pompe, de l’espace entre la turbine et le corps, et de la vitesse de rotation.
Certaines pompes sont des unités autonomes, tandis que d’autres sont connectées en série pour générer une pression de sortie plus importante. Dans ces pompes multicellulaires, la pression souhaitée détermine le nombre d’étages nécessaires ; chaque étage peut atteindre une pression de sortie allant jusqu’à 76 mètres.
Les pompes centrifuges sont populaires dans les stations d’épuration pour plusieurs raisons :
- La capacité de déplacer de grands volumes d’eau à une pression de sortie constante
- Polyvalence, avec des capacités allant de quelques litres par minute (l/min) à 225000 l/min
- Un débit et une vitesse de sortie uniformes avec des têtes de pression de 1,5 m à 200 m.
- Fonctionnement fiable même en cas de présence de matières en suspension dans l’eau
- Technologie simple et coûts initiaux faibles à modérés
Pompe submersible
Pompe submersible
Comme son nom l’indique, une pompe submersible est utilisée sous le niveau de l’eau et sa fonction première dans une station d’épuration est d’amener de l’eau douce d’un lac, d’une rivière, d’un réservoir ou d’un puits. Il s’agit essentiellement d’une pompe centrifuge multicellulaire dans un seul équipement.
Plusieurs turbines, montées sur un seul arbre et installées verticalement, font passer l’eau vers le haut de la pompe. Des diffuseurs placés au-dessus de chaque turbine garantissent que l’eau s’écoule verticalement jusqu’à l’étage suivant. La pression de sortie souhaitée détermine le nombre d’étages de turbines et de diffuseurs dans une pompe submersible ; plus il y a d’étages, plus la pression est élevée.
La pompe est entraînée par un moteur submersible étanche alimenté par le réseau électrique ou des panneaux solaires. Le câblage est également étanche.
Pompe à piston
Pompe à piston à simple effet
Contrairement à une pompe centrifuge, qui convertit l’énergie de rotation en énergie cinétique, une pompe volumétrique utilise l’énergie mécanique d’un élément en mouvement constant pour transférer le fluide de la cavité de la pompe à sa prochaine destination. Il existe deux types de pompes volumétriques : les pompes à piston et les pompes rotatives.
Les pompes à piston ont un piston qui se déplace d’avant en arrière ou de haut en bas à l’intérieur d’un cylindre fermé. Si le liquide est déplacé uniquement lors de la course aller, la pompe est à simple effet ; si le déplacement se produit à la fois lors de la course aller et de la course retour, la pompe est à double effet.
Le liquide entre dans le cylindre par le tuyau d’aspiration et par un clapet anti-retour. L’assemblage du piston, de la tige de piston, de l’articulation et de la bielle pousse le volume vers le tuyau de refoulement via un autre clapet anti-retour. Comme le mouvement est alternatif, le déplacement positif du liquide est inégal ; un amortisseur permet de lisser le flux.
Pompe rotative avec engrenages (à gauche) et lobes (à droite)
La plupart des pompes rotatives sont des pompes rotatives, dans lesquelles le liquide est déplacé hors de la cavité au moyen d’une turbine. Cette turbine peut se présenter sous la forme d’un engrenage, de lobes, d’une vis ou d’une lame, et se déplace dans un mouvement circulaire régulier. Il en résulte un déplacement régulier du fluide à chaque révolution de l’arbre.
Les pompes à pistons rotatifs ne conviennent pas pour déplacer de grands volumes de liquide, mais elles excellent dans les services à faible débit, et chaque type a sa place dans les opérations d’approvisionnement en eau.
- Les pompes à piston sont utilisées dans les applications nécessitant des pressions très élevées. Elles conviennent également au pompage de liquides corrosifs, abrasifs ou visqueux, y compris tous les types de boues et de lisiers.
- Les pompes rotatives sont mieux adaptées aux basses pressions en raison du glissement à des pressions plus élevées. Bien qu’elles aient tendance à se bloquer si des solides pénètrent dans les petits espaces entre la turbine et son corps, les fluides de viscosité variable ne posent pas de problème. Les pompes rotatives sont utilisées pour le dosage de produits chimiques à différents stades du process de traitement.
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