Pompes : hacheurs, broyeurs, dilacérateurs mâchent le travail…

"La demande en broyeurs augmente sans cesse, d’environ 10 % par an, que ce soit en France, en Europe ou dans le monde », affirme Pascal Perache chez Börger, premier fabricant mondial de pompes et, depuis 15 ans, de broyeurs, pour le traitement des eaux usées, ces derniers assurant environ 50 % du chiffre d’affaires de l’entreprise. En cause, la composition des effluents qui rejoignent les stations de traitement des eaux usées (STEU) : ils contiennent de plus en plus de produits jetables tels que les lingettes de ménage, des consommables qui ne devraient pas rejoindre les réseaux d’eaux usées du fait de leur dégradation trop lente (entre 50 et 60 h). Ces lingettes produisent des filasses qui s’agglomèrent en pelotes de 20 à 40 cm et finissent par obstruer les canalisations et bloquer les pompes. Il faut alors faire intervenir du personnel d’astreinte, relever, déboucher et replacer la pompe, soit plusieurs heures de maintenance avec à la clé des coûts souvent élevés. « Jusqu’à une période récente, on installait des broyeurs par précaution, pour mettre en sécurité les pompes, résume Pascal Perache. Aujourd’hui, ils sont dans bien des cas jugés indispensables ». 

Il pourrait paraître plus logique d’extraire ces corps étrangers en amont par tamisage ou dégrillage mais c’est plus onéreux (d’environ un facteur 10) et souvent difficile à intégrer aux stations, sans oublier que les déchets extraits doivent être ensuite séchés, empaquetés, transportés et valorisés. Même s’ils ne sont pas totalement désintégrés, les déchets broyés, en général réduits à des particules de quelques millimètres jusqu’à 1,5 voire 2 cm, sont plus facilement désagrégeables, bien plus digestes pour les bactéries. En  voie humide, les broyeurs ont également de multiples autres applications : ils sont utilisés pour découper les déchets d’abattoirs, d’élevages de poissons, de la grande distribution, les déchets agricoles (en vue d’une production de biogaz par méthanisation ou de biodiesels), dans l’agriculture (pour transférer les lisiers pailleux), l’industrie (huiles usagées, pulpe de pâte à papier), etc.

Dilacérateurs : un arbre autour duquel tournent des couteaux

Selon la nature de l’effluent à déchiqueter, deux principales familles de produits sont proposés par Börger, Vogelsang, Netzsch, HydroGroup (JWC), Atlantique Industrie (Landia), Axflow (Nov Mono) ou encore PCM, etc. : des dilacérateurs et des broyeurs, en installation fixe ou mobile. Nous n’évoquerons pas ici dans le détail les pompes à passage intégral ou équipées de roues dilacératrices, objets de précédents articles.

Les dilacérateurs, assez simples de conception, s’apparentent aux presse-purée de nos ancêtres : un arbre autour duquel tournent des couteaux qui viennent affleurer sur une grille perforée que le produit traverse. Autrement dit, le calibre de la grille définit, avec précision, la taille maximale des produits broyés. Pour cette raison, les dilacérateurs sont des solutions adaptées à la normalisation européenne de destruction de déchets d’abattoirs qui impose une granulométrie inférieure à 12 mm pour éviter la prolifération bactérienne (on parle aussi de criblage).

Un “piège à cailloux” peut séparer les corps étrangers durs comme les pierres et autres éléments métalliques. « Notre dilacérateur (Multichopper) existe en deux modèles (avec ou sans séparateur de matières solides) jusque 400 m3/h avec 3 disques de broyages de 24 à 740 trous, précise Pascal Perache de Börger. Il est adapté à tous les effluents liquides, des eaux usées aux boues, à l’exception des filasses trop épaisses et sèches qui forment de gros paquets, ou des boues trop abrasives, contenant par exemple du sable, qui usent les pièces mécaniques. Nous l’installons aussi pour traiter les eaux usées de grands ensembles d’immeubles (avec la P150 de 20 m3/h) ».

Le dilacérateur RotaCut de Vogelsang couvre 10 modèles allant jusqu’à 1 200 m3/h  avec des grilles calibrées de 4 à 34 mm. « Il assure un broyage efficace de matières grossières et fibreuses dans des fluides tout en assurant une protection efficace contre les corps étrangers et les lourds, indique Fred Giordan. Grâce à notre système ACC (Automatic Cut Control), la pression de serrage reste optimale entre les couteaux et la grille de coupe. Nous l’installons dans des Step pour réduire les lingettes, filasses et graisses. C’est notre plus gros marché en France, où avec les domaines de la méthanisation et de l’hygiénisation. Nous proposons également la solution BioCut avec broyeur et pompe sur un seul châssis. En revanche, en entrée de station de traitement des eaux usées, sur un poste de relèvement, un dilacérateur ne sera pas capable de découper des matières telles que couches ou serpillières. Pour cela, nous proposons nos broyeurs XRipper ».

Chez Netzsch, le dilacérateur M-Ovas permet le passage de boues jusqu’à un débit de 300 m3/h et une teneur en matières sèches de 7 % maximum. 

Quant aux pompes Landia distribuées par Atlantique Industrie, elles intègrent un dilacérateur et sont adaptées au transfert de liquides très chargés grâce à des fonctions broyage et pompage. Les couteaux et contre couteaux sont situés à l’extérieur de la pompe, ce qui permet de limiter l’usure et l’endommagement de la volute et de la turbine. La gamme s’élargit avec l’inox de fonderie utilisé pour les produits corrosifs et l’acier durci pour les applications comportant des risques d’abrasion.

Broyeurs : deux arbres parallèles avec une vitesse réduite

Le principe des broyeurs est très différent : alimentés par tapis roulant, trémie ou godet (par voie humide et parfois sèche), ils découpent la matière contenue dans des liquides pompés ou en vrac, entre de nombreux couteaux empilés sur deux arbres parallèles qui tournent lentement à des vitesses différentes, en sens inverse et en s’enchevêtrant.

Le degré de broyage dépend des couteaux, de leur largeur, des formes de dents, et de la vitesse. « Un broyeur peut découper, branches, emballages plastiques, baskets, os, verres, etc. poursuit Fred Giordan chez Vogelsang. Notre XRipper est adapté jusque des débits de plus de 800 m3/h. Depuis un an, nous proposons en France une nouvelle série à installer en position verticale dans le canal d’un poste de relèvement à la suite par exemple d’une grosse pluie pour découper tous les déchets entraînés par les eaux de ruissellement ». Polyvalent, le XRipper est par exemple utilisé en amont d’un process de traitement des eaux pour découper les matières de vidange récupérées par camion dans les fosses septiques ; sur les bateaux de pêche qui préparent les poissons surgelés pour découper arrêtes et peau de poissons ou les poissons abîmés, invendables, pour hacher menu les déchets méthanogènes des magasins, etc. « Les couteaux monolithiques sont l’un de ses points forts, ajoute Fred Giordan. Ils sont fabriqués d’une seule pièce suivant un procédé unique, assurant ainsi un passage de couple plus conséquent ce qui garantit une efficacité de découpe redoutable. Cela limite les blocages, permettant de broyer des matières plus importantes ».

Chez Börger, le broyeur Unihacker s’inspire directement du fonctionnement des pompes à lobes. « Avec 9 appariements de couteaux possibles, nos 5 séries broient les substances grossières comme les matières fibreuses, les bouts de bois, les plastiques, les peaux, les textiles, etc. jusque 320 m3/h, indique Pascal Perache. Les nombreuses cylindrées, les combinaisons variables de couteaux et les vitesses optimisées permettent une adaptation à pratiquement toutes les situations, y compris avec des matériaux spécifiques pour l’eau de mer ou les fluides corrosifs ou des modèles spécifiés Atex (atmosphère explosive). Le Unihacker est également adapté au traitement des boues primaires de STEU, des boues de fosses septiques, voire des boues visqueuses de goudron. Nous en avons aussi installé en sortie d’eaux usées de prison ou de campings pour protéger le réseau d’eau. Et tout comme nous installons souvent des pompes mobiles pour les besoins spécifiques de STEU, nous y ajoutons parfois un broyeur sur le même châssis. C’est plus facile à installer que de plonger ces lourds équipements dans un poste de relèvement ».

Netzsch propose également cinq broyeurs pour des débits allant jusqu’à 300 m3/h et une teneur en matière sèche maximale de 10 %. Ils sont autonettoyants grâce à la vitesse de rotation de l’arbre variable et très lente. La puissance d’entraînement faible, liée à un débit particulièrement important, est économique.

Associer les fonctions broyage et dilacération 

« Pour faire face aux débits croissants des stations de traitement des eaux usées en Europe et surtout au Moyen Orient, nous avons récemment étendu notre gamme en associant les fonctions dilacérateur/broyeur à travers le Rotocrusher qui accepte 800 m3/h », indique Pascal Perache. C’est un broyeur grossier à un arbre sans risque de colmatage avec débit radial caractérisé par une bonne séparation des matières dures. Grâce à sa puissance de broyage, le Rotocrusher peut par exemple être utilisé pour broyer les tresses en traitement des eaux usées. L’effluent chargé en matières solides passe par les contre-couteaux fixes disposés de manière oblique. Les matières solides retenues par les contre-couteaux sont saisies par les couteaux rotatifs et broyées par l’effet de cisaillement. Les corps solides broyés sont  entraînés par le liquide. Les pièces grossières qui ne peuvent pas être broyées sont convoyées vers le séparateur des matières solides.

Même démarche chez Vogelsang. « L’évolution constante de nos machines nous permet de les proposer dans de nouveaux contextes, indique Fred Giordan. Depuis l’an dernier, par exemple, la Ripp&Cut, machine compacte, associe XRipper et RotaCut, le premier permettant de dégrossir éventuellement par voie sèche, le second de calibrer en voie liquide, par exemple à moins de 12 mm pour la destruction de déchets de la grande distribution par méthanisation ».

Pour les faibles débits très chargés en fibres, la solution développée notamment par Side Industrie, avec son Dip Système breveté en 2013, repose sur un pompage en ligne associant les avantages du vortex ouvert pour le pompage des sables, gaz ou gros solides et le déchiquetage des filasses et lingettes. Le système passe automatiquement du mode pompage au mode hacheur et inversement selon le couple moteur (commande OmniDip) sans que le rendement hydraulique s’en trouve pénalisé. Pour cela, les divers impulseurs DipCut sont à vortex conique dans un sens de rotation, hacheur en sens inverse. Une séquence en mode hacheur peut aussi être lancée sur demande (via un bouton poussoir sur le panneau de commande) ou à distance via l’interface OmniDip. Les impulseurs sont montés sur des plateaux amovibles, faciles à démonter et remonter. « Nous avons préféré développer un système qui coupe les déchets en morceaux sans les réduire en miettes, impossibles à retenir par la suite dans les prétraitements si ceux-ci ne sont pas pourvus de maille (ou tambours) très fins », précise Stéphane Dumonceaux chez Side Industrie qui ajoute que la société axe ses développements sur l’efficience énergétique et des configurations à la carte pour des applications sur mesure. Des retours d’expérience sont également disponibles sur le forum FluksAqua. 

Une maintenance facilitée et raccourcie

La maintenance se rapportant à des matériels très sollicités est un point essentiel, de même que la durée de vie et le coût des pièces de rechange. Par ailleurs, les arrêts pour intervention prennent du temps et génèrent également des coûts qui peuvent s’avérer élevés. Très logiquement, les solutions démontables en ligne sont plébiscitées par les exploitants, de même que les dispositifs permettant de ne pas interrompre le process. Le concept MIP (Maintenance in Place), breveté par Börger, inspiré de leurs pompes à lobes, permet de démonter l’ensemble des composants internes par la façade avant pour extraire un à  un les couteaux du broyeur ou le disque du dilacérateur et réparer. Fabriquées et assemblées à Wittersheim, en Alsace, ces machines, couvertes par de nombreux brevets sans cesse renouvelés, sont proposées avec un contrat annuel de maintenance.

Les équipements développés par Vogelsang, quant à eux, sont démontables par l’ouverture aisée d’un couvercle, qui permet l’accès direct pour changement des pièces d’usure. Les gammes évoluent sans cesse pour proposer des machines toujours plus faciles à maintenir, chaque nouvelle machine étant testée pendant un an sur le marché allemand, chez des clients volontaires : « Cette validation in situ nous permet d’assurer des tests en conditions réelles et d’adapter au mieux nos machines aux besoins », justifie Fred Giordan.

Même souci chez PCM dont le support de coupe des broyeurs dilacérateurs, composé d’une plaque perforée et d’une tête de coupe rotative constitue une cartouche interchangeable dotée d’un système de rattrapage d’usure. Cet ensemble permet de raccourcir les temps d’intervention lors des opérations de maintenance.

De même, chez Axflow, la conception du broyeur à couteaux Muncher CT permet d’extraire facilement l’ensemble de dilacération pour les révisions et l’entretien, tout en gardant le corps du broyeur en place entre tuyauteries. Si besoin, une grille de maintenance peut être installée en lieu et place de ce corps pour assurer la continuité de fonctionnement du procédé de traitement pendant l’intervention sur l’ensemble de coupe.