Un filtre autonettoyant pour un nettoyage clair

Les usines de traitement des eaux usées nécessitent beaucoup d’énergie. Néanmoins, il est toujours possible d’optimiser et réduire cette consommation d’énergie. Dans l’usine centrale de traitement des eaux usées de la ville de Bocholt en Rhénanie du Nord, en Allemagne, deux mesures ont été prises : le remplacement des pompes et des moteurs et la mise en œuvre d’un processus de nettoyage innovant. Une nouvelle technologie de préfiltration était également nécessaire pour que le système fonctionne efficacement et en toute sécurité dans ces nouvelles conditions. La solution : un filtre autonettoyant automatique d’Eaton.

Contexte : Objectifs ambitieux en matière de développement durable à Münsterland, Allemagne

La réduction de la consommation énergétique des usines de traitement des eaux usées constitue un défi majeur pour atteindre les objectifs climatiques. Pour y contribuer, la société d’élimination et de traitement des déchets Bocholt (ESB), l’exploitant de l’usine centrale de traitement des eaux usées du district de Mussum, a décidé d’optimiser l’efficacité énergétique du système, dans lequel les eaux usées de plus de 70 000 foyers et de plusieurs exploitations commerciales sont traitées. Les mesures comprennent non seulement la réduction de la consommation d’énergie grâce à des pompes très efficaces et des moteurs à faible consommation, mais aussi un processus innovant pour améliorer le processus existant de boue activée : après un prénettoyage mécanique avec un râteau et un piège à sable, le nouveau processus accélère la sédimentation des boues grâce à l’utilisation d’hydrocyclones et réduit la charge sur la clarification secondaire.

Défi : Les composants sensibles rendent le fonctionnement difficile

Les hydrocyclones sont des séparateurs centrifuges pour les mélanges liquides qui séparent les particules solides des suspensions lors d’un processus basé sur la force centrifuge. Grâce à ce processus, le traitement des eaux usées à Bocholt est plus stable et plus efficace. Cependant, ce processus innovant pose un problème : certains contaminants plus grossiers tels que des matériaux plastiques ou des feuilles qui passent à travers les râteaux lors du prétraitement mécanique peuvent obstruer les hydrocyclones. Si plusieurs cyclones tombent en panne en même temps, cela peut mettre à l’arrêt l’ensemble de l’usine.

Pour éviter dès le départ les temps d’arrêt non planifiés et ce, autant que possible, l’ESB utilisait auparavant une crépine de panier avec une filtration manuelle qui était installée entre le pré-râtelage mécanique et les hydrocyclones. Le filtre éliminait de manière fiable les contaminants d’une taille supérieure à 9 millimètres. L’inconvénient : l’élément filtrant devait être nettoyé trois fois par jour. Les employés de l’usine de traitement des eaux usées devaient planifier ces temps d’intervention pour une durée cumulée d’une à deux heures par jour pour effectuer ce processus. Ce nettoyage manuel a donc renforcé le besoin critique d’augmenter le degré d’automatisation chez ESB. De plus, les employés se retrouvaient en contact avec des eaux usées simplement prénettoyées à chaque fois. Par conséquent pour des raisons évidentes d’hygiène et de protection des employés, l’ESB cherchait des alternatives fiables et pérennes.

Solution : Une nouvelle tâche pour un système de filtration innovant

La société a trouvé la solution chez Eaton. Sa division Filtration possède des décennies d’expertise en filtration, maîtrise et gestion durable de l’énergie avec une large gamme de produits et de solutions. « Pour de nombreuses applications, les crépines de panier sont idéales pour la filtration des grosses particules », explique Ulrich Latz, ingénieur des ventes du service de filtration d’Eaton, qui a déjà installé plusieurs filtres autonettoyants dans de nombreux process pour les clients de son entreprise. « À notre avis, l’opération dans une usine de traitement des eaux usées avec un milieu très hétérogène et chargé en débris nécessitait une solution différente », explique M. Latz, « d’autant plus que l’étape de filtration ne doit pas être un goulot d’étranglement avec le degré d’automatisation souhaité de l’ensemble du système ».

Après les premières discussions avec le client, nous avons eu l’idée d’utiliser un filtre de la série MCS d’Eaton. Les filtres MCS fonctionnent selon un principe simple mais efficace : un boîtier cylindrique en acier inoxydable contient un élément filtrant. Le liquide à filtrer pénètre dans le boîtier, s’écoule à travers l’élément filtrant de l’intérieur vers l’extérieur et sort du boîtier par la sortie. Pendant ce processus, les solides sont déposés sur la surface intérieure de l’élément filtrant. Les éléments de câblage à encoche sont utilisés comme filtres dans les zones d’application typiques.

« Pour l’instant, la série MCS a été principalement utilisée dans les processus industriels, par exemple dans le traitement de l’eau de traitement et du liquide de refroidissement, ou dans la production de papier, de cellulose ou d’aliments et de boissons », explique M. Latz, en décrivant les domaines d’application. « Pour une utilisation dans une usine municipale de traitement des eaux usées, il était clair dès le départ que nous devions remplacer l’unité de filtration habituelle par un élément filtrant perforé pour éviter l’obstruction soudaine des filtres », poursuit M. Latz. Conformément à la taille du système de Bocholt et aux spécifications des hydrocyclones, son équipe et lui ont décidé d’opter pour un MCS-500, qui fournit des débits allant jusqu’à 114 mètres cubes par heure et un élément filtrant avec une perforation de 6,35 millimètres.

Nettoyage automatique avec actionnement sophistiqué

« Le point fort de la série MCS, c’est le nettoyage mécanique automatique », souligne M. Latz. Le processus est continu : la pression différentielle est mesurée en continu, avant et après — une fois qu’une certaine pression est atteinte, le nettoyage démarre automatiquement. Un disque de nettoyage balaye toute la surface de l’élément filtrant et élimine toutes les particules accumulées de saleté. Lors de cette même étape, la saleté accumulée est dirigée vers une zone de récupération. Une fois cette capacité maximale atteinte, une valve de drainage est ouverte et la saleté dès lors hautement concentrée est déchargée.

« Le temps de parcours total du disque de nettoyage n’est que d’environ cinq secondes par course », explique M. Latz. Seul un à deux processus de nettoyage automatisés par heure sont nécessaires dans l’usine de traitement des eaux usées de Bocholt, ce qui équivaut à quelques minutes par jour. « Par rapport à la technologie précédente, cela représente déjà d’une économie considérable », souligne M. Latz. « Si vous considérez également que le nettoyage manuel précédent est remplacé par une solution entièrement automatique, le résultat est bien sûr nettement meilleur. »

Pour utiliser l’unité de filtration avec nettoyage automatique pour cette application, une mise à niveau considérable était nécessaire : l’actionnement du système de nettoyage est une solution spéciale de chez Eaton. « L’utilisation d’un actionneur linéaire couplé magnétiquement dans les fluides n’avait pas encore été tentée », rappelle M. Latz. « Nous avons ensuite travaillé avec un fournisseur expert en actionnement pour développer une solution déjà testée de façon approfondie et au fonctionnement fiable ».

Résultat : Facilité d’utilisation et employés satisfaits

Le système montre ses forces, en particulier lorsqu’il est utilisé dans l’usine de traitement des eaux usées de Bocholt : sans joints dynamiques, l’unité filtrante est totalement étanche et permet un fonctionnement continu sans interruption. La conception facilite l’entretien et permet également de réduire les coûts d’exploitation et de simplifier les tâches de routine. « Le MCS-500 est facile à entretenir sans outils particuliers », explique M. Latz. « L’unité de filtration peut être complètement démontée et réassemblée en cinq minutes », ajoute-t-il. Pendant la phase de conception, les ingénieurs d’Eaton ont également pensé à l’ergonomie : grâce à son inclinaison à 45 degrés, le filtre peut être démonté sans grue. La filtration en ligne permet également d’obtenir le même niveau d’entrée et de sortie, ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire de procéder à des travaux de tuyauterie supplémentaires et encombrants pendant l’installation.

Le MCS-500 a été utilisé avec succès à Bocholt depuis son installation et assure des conditions de traitement stables, des coûts de maintenance considérablement réduits et des temps de contact réduits des eaux usées avec les employés. « Après de nombreux tests et de longues périodes d’utilisation dans le cadre d’opérations régulières, notre expérience a été systématiquement positive », confirme Andreas Wehren, directeur des opérations de l’usine de traitement des eaux usées de l’ESB. « Avec l’installation du filtre, nous n’avons plus de pannes dans le système hydrocyclone », une condition préalable décisive pour le déroulement sans problème et efficace de l’ensemble du processus de traitement des eaux usées. Comme l’unité filtrante peut être entièrement actionnée automatiquement, elle a été intégrée au système de contrôle de processus de l’usine de traitement des eaux usées afin que tous les paramètres puissent être récupérés de manière centralisée à tout moment.

M. Wehren est particulièrement satisfait de la collaboration transparente avec les experts en filtration d’Eaton. « Nous avons été très satisfaits de la communication entre les partenaires, en particulier pendant la phase de test », rappelle M. Wehren et ajoute : « Pendant la transition du test à l’achat du système, l’ensemble du processus s’est déroulé tout aussi facilement. »

Les clés pour atteindre les objectifs climatiques sont partout : dans l’industrie, avec les consommateurs et dans les municipalités. Avec l’augmentation des économies d’énergie de son usine de traitement des eaux usées, la ville de Bocholt a fait un grand pas en avant pour assumer sa responsabilité en tant que municipalité et réduire considérablement l’empreinte écologique de ses groupes de services. La solution Eaton apporte une contribution indispensable à ce projet, avec sa solution de filtration fiable et efficace pour la préfiltration des eaux usées.