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Les pompes KSB Sewatec contribuent au nettoyage du lac Ontario

Après des décennies de détérioration de la qualité de l'eau dans le port de Hamilton sur le lac Ontario, les 12 pompes KSB Sewatec installées dans l'une des plus grandes stations de traitement des eaux usées de l'Ontario contribuent au programme multi phases; Ports Propres.

Le rivage de 45 kilomètres du port de Hamilton sur le lac Ontario au Canada a été au cœur de ses communautés environnantes depuis des siècles. Alors qu’autrefois une source vierge de poissons frais et un lieu de loisirs pour la population locale, l'industrialisation et la croissance de la ville de Hamilton ont eu un effet néfaste sur la vie du port. Au milieu du XXe siècle, des décennies de sédiments toxiques, le ruissellement des eaux pluviales, la perte d'habitat, la détérioration de la qualité de l'eau et d'autres facteurs avaient causé des dommages graves à l'écosystème du port de Hamilton.

En 1987, la Commission mixte internationale (CMI) - l'organisation supervisant l'Accord canado-américain sur la qualité de l'eau dans les Grands Lacs - a identifié le port de Hamilton de 500 km2 comme l'un des 43 secteurs préoccupants (SP). Figurant sur une liste d'endroits où la dégradation de l'environnement a extrêmement porté atteinte à l'utilisation et à la santé environnementale des Grands Lacs était un appel d’éveil pour la ville. À travers les dernières années, d'importants programmes d'ingénierie environnementale ont été mis en œuvre, le plus important d’entre eux étant le programme multi phase ; Ports Propres.

Le Projet de traitement des eaux usées

En 2008, la Ville a terminé le rapport d'étude environnementale de la zone de service de la station d'épuration des eaux usées de l'avenue Woodward afin de déterminer un plan de mise à niveau de la station. Ceci recommandait l’investissement pour gérer les écoulements en temps pluvieux, fournir une capacité de traitement et atteindre les objectifs de traitement définis par le plan d’action d'assainissement du port de Hamilton, le ministère de l'Environnement, de la protection de la nature et des Parcs et la Loi fédérale sur la protection de l'environnement.

Située près du coin sud-est du port, c'est la plus grande station de traitement des eaux usées du bassin hydrographique du port de Hamilton et l'une des plus grandes en Ontario. Le port héberge également l'un des plus grands sites de sédiments toxiques du côté canadien des Grands Lacs. Étant donné que cette station est la seule et plus grande source d'eau se déversant dans le port de Hamilton, la qualité de cet effluent a un impact aussi bien direct que puissant sur la qualité de l'eau et la santé environnementale du port. Le projet de mise à niveau Woodward est un processus à plusieurs phases et sur plusieurs années comprenant un nombre bien déterminé de sous-projets, ayant chacun ses propres spécifications et échéanciers.

Coûtant 340 millions de dollars, les améliorations comprennent l'élévation du processus final de traitement de la station, du niveau secondaire au niveau tertiaire (troisième). Cela augmente, ainsi, le niveau de traitement des eaux usées traitées par la station et permettra à cette dernière d'atteindre les limites de rejet strictes décrites par le plan d'action d'assainissement du port de Hamilton pour le phosphore, l'ammoniac et les solides en suspension. Un autre sous-projet important est la construction d'une nouvelle station de pompage des eaux usées brutes et le contrôle du système de collecte afin de soutenir les initiatives de gestion et de contrôle des temps pluvieux et des inondations. Le fait d’avoir une station de pompage efficace capable de gérer les flux actuels et prévus est essentiel au bon fonctionnement du traitement des eaux usées et la prévention des risques de débordements dans le port. La construction de cette mise à niveau a commencé en mai 2017 et devrait s'achever en juillet 2021.

Birdseye view of Woodward Ave Pumping Station during construction

La station de pompage de l'avenue Woodward

Ayant approximativement 60 ans d’âge, la station d’épuration existante a une capacité nominale moyenne de 409 millions de litres par jour (MLJ) et une capacité nominale maximale de 614MLJ.si cette dernière est dépassée, le surplus d’eau, qui est un mélange de déchets industriels et domestiques et de ruissellement du sol, est déversé dans le port. Afin de se conformer aux exigences de traitement projetées à long terme, la station aura une capacité de réception maximale de 1700 MLJ. Dans le but répondre à cette exigence, des efforts considérables ont dû être alloués à la conception d'une station de pompage hautement efficace contenant des pompes ayant fait auparavant leurs preuves dans le traitement de gros volumes d'eaux usées non traitées. Après un examen dûment attentif des différentes options de pompes disponibles, Maple Reinders, les entrepreneurs de la station de pompage, ainsi que la ville de Hamilton ont, tous, sélectionné KSB Pump Inc., Canada comme fournisseur de pompes sur la base de la technologie et de la connaissance KSB en matière de conception de stations de pompage.

La conception de la station de pompage existante sur l'avenue Woodward est plutôt inhabituelle dans le sens qu'il s'agit d'une construction circulaire. Il est clair que cela s'est avéré avoir aussi bien des avantages et des bénéfices , car la nouvelle station de pompage, actuellement en cours de construction, est également circulaire, contenant un puits humide divisé circulaire situé à l'intérieur d'un puits sec circulaire où 12 ensemble de pompes verticales de manutention de solides à fosse sèche KSB de modele Sewatec K700-950 G1 VGW installés. La station de pompage a une altitude totale de 81 m au-dessus du niveau de la mer, et le puits humide souterrain est à environ 30 m beaucoup plus profond que son prédécesseur Ce puits humide plus grand et plus profond prévient l'inondation du système et offre un stockage étendu du système.

Il est à noter qu’il existe plusieurs avantages du puits humide à l'intérieur de la configuration du puits sec. Premièrement, les pompes pour puits secs, par opposition aux pompes pour puits humides, permettent un accès facile à toutes les pièces de la pompe pour l'entretien et la réparation sur place. Si des composants doivent être retirés du puits sec, ces derniers peuvent être facilement remontés à la surface. La conception du puits humide divisé, avec six pompes affectées à chaque côté, nous permet de retirer un côté du flux pour le nettoyage sans qu'il y ait d'impact négatif sur l'efficacité de la station de pompage.

Le défi

Avec une station de pompage d’une conception plutôt non conventionnelle, KSB a dû relever un certain nombre de défis de conception imposés par la configuration des supports de pompe. La formulation d'un plan pour les pompes autour de la zone extérieure du puits humide a été le premier problème à résoudre. La réponse était de différer les angles d'installation de pression pour la pièce de raccordement/tuyau d'alimentation. Ce qui implique, ainsi, le fait de proposer des montages propres à la configuration. Pour cela, KSB a fourni une volute sur mesure pour chaque pompe avec un pied de bride de montage intégré, permettant, ainsi, aux pompes d'être ancrées directement aux blocs de fondation coulés sur place, un concept unique à KSB.

Afin de gérer le débit optimal des eaux usées à travers la station, 10 pompes seraient nécessaires pour une disponibilité à temps plein, et deux autres pour les demandes en attente. En outre, les pompes devraient, collectivement, être capables de traiter jusqu'à 23,600l / s et une taille potentielle de contenu en solides de 190mm. La troisième difficulté importante à résoudre était la variation des débits. À des moments où le niveau des effluents est faible, la cavitation doit être évitée et lorsque des conditions orageuses surviennent, des débits élevés doivent être pris en compte. En installant quatre variateurs de fréquence (VF), toutes les pompes répondent automatiquement au débit entrant. Au final, les pompes devaient offrir des niveaux d'efficacité élevés.

Être capable de traiter de gros solides et de contrôler la vitesse d'écoulement donne à la station de traitement la possibilité de drainer les intercepteurs pour le nettoyage grâce à la manipulation et au contrôle de l'intercepteur. Il est à noter que dans la station existante, il n'est pas possible de réduire le niveau dans le puits humide pour contrôler la vitesse dans les intercepteurs. Ainsi, lorsque des tempêtes surviennent, un afflux supplémentaire et une vitesse accrue font que les intercepteurs perdent la capacité de contenir les sédiments accumulés et cela passe directement aux ouvrages de dérivation créant, donc, une condition de surcharge. Avec la nouvelle conception de la station de pompage, il sera possible de drainer les intercepteurs, si nécessaire, et d'éliminer l’excédent de sable et solides de la station.

Les pompes KSB

Toutes les pompes Sewatec montées verticalement sont fournies avec un arbre de transmission en fibre de carbone de 15 m de long, un moteur de 700 hp, une garniture mécanique divisée, un long coude d'aspiration de rayon 1050 x 750 mm et un système de surveillance des vibrations. Les coudes d'aspiration réducteurs, à finition lisse, contiennent un orifice de nettoyage de 200 mm. Les moteurs se trouvent à un niveau élevé dans le puits sec et ne peuvent donc pas être affectés par une éventuelle inondation du puits humide. Bien que la pompe soit conçue pour fonctionner dans un environnement sec, une ligne de rinçage externe à l'eau claire est prévue pour la garniture mécanique. La mise en place d'une technologie de joints mécaniques redondants ajoute une couche supplémentaire de protection qui empêche les eaux usées de sortir de la pompe. Avec une variété d'options de turbine et de méthodes de montage, lae Sewatec offre la réponse parfaite pour le transport des eaux usées brutes ainsi que des fluides  plus épais tels que les bio solides/boues.

« Ce contrat nécessitait une combinaison entre l'efficacité de pompage élevée, une bonne performance NPSH et la capacité de traiter des matériaux solides dans les eaux usées non filtrées et les eaux de ruissellement », commente Marcus Henderson, directeur régional des ventes de KSB Pumps Canada. Chacune des pompes est équipée d'une roue de conception K à écoulement radial multi-aubes non obstruée, offrant un passage libre de 190 mm, et a la capacité de pomper 1968L/s à 21m.w.c. HMT. L'extrémité supérieure du niveau de fonctionnement normal est de 26,25 m.c.e. TDH et l'extrémité inférieure est de 16 m.c.e.

Les pompes Sewatec de KSB constituent un excellent choix pour cette tâche, avec leur excellente réputation et les preuves qu’elles ont faites en fournissant un service fiable dans les stations d'épuration du monde entier", déclare Marcus Henderson. "Cette pompe installée à sec est équipée de variateurs de fréquence, de moteurs IE4 et le système hydraulique optimisé permet d'obtenir un rendement élevé, ce qui contribue à réduire la consommation d'énergie et à minimiser les coûts d'exploitation. Le cahier des charges exigeait un rendement hydraulique de 86 %, KSB garantissant 86,97 % dans les conditions de service prévues, mais lorsqu'elles ont été soumises à des épreuves d'essai en conditions réelles à l'usine KSB de Halle, en Allemagne, les pompes ont fourni 89,1 %, soit un rendement supérieur de 2,1 % à celui que nous avions garanti".

Pour les garnitures mécaniques, KSB a travaillé avec le fournisseur local de garnitures sur une configuration spéciale pour s'adapter à l'installation de la pompe et à l'arbre. Des garnitures mécaniques en deux partie ont été sélectionnées et positionnées au-dessus du corps du palier de roulement, permettant ainsi d'y accéder et de les remplacer in-situ. La conception du puits sec offre l'avantage de permettre un accès facile aussi bien aux joints qu’aux roulements pour la maintenance.

Au printemps 2020, la construction des puits secs et humides, y compris les blocs de fondation coulés sur place pour les pompes, avait été achevée, et les travaux sur les aires de service au niveau du sol et au-dessus étaient en cours. La première des pompes a été mise en place à l'aide d'une grue et ancrée aux supports, et l'installation complète des pompes, des entraînements et des arbres est prévue pour 2021.