Brevet FR2545518A1 — publié le 19841109

Réseau de transfert des eaux usées et son procédé d'exploita- tion. La présente invention concerne la collecte des eaux usées produites sur l'ensemble d'un bassin d'assainissement réparti en plusieurs bassins de collecte et leur transfert depuis chaque bassin de collecte jusqu a une station d'épuration desservant l'ensemble du réseau dsassainissement, Elle concerne plus spécialement le cas où la topographie du bassin d'assainissement desservi par la station d'épuration ne permet pas un transfert gravitaire jusqu'à ladite station d'épuration et où il faut procéder à des refoulements et à des relèvements des eaux usées. Dans un tel cas, le bassin d'assainissement desservi est réparti en bassins de collecte dans chacun desquels les canalisations de desserte fonctionnant par le système gravitaire convergent vers un point de concentration. A partir de ce point les eaux usées doivent être refoulées jusqu la station d 'épuration. Un premier système connu dit de transfert en cascade-ou en série est un système mixte par transfert sous pression et gravitaire dans lequel les eaux usées sont refoulées du point de concentration jusqu'à un point haut du bassin de collecte d'où elles s'écoulent par gravité vers le point de concentration d'un bassin de collecte voisin ou vers la station d'épuration. Dans ce cas, les eaux usées provenant des points les plus éloignés du bassin d'assainissement doivent être pompées plusieurs fois et leurs durées de séjour dans le réseau sont importantes. En outre la desserte des bassins de collecte amont nécessite que soient réalisés les réseaux de transfert et une partie des réseaux de collecte et de refoulement des bassins de collecte aval alors que, fréquemment, l'équipement de ces bassins situés en aval pourrait être différé.En outre les pompes et la canalisation de transfert en aval desdites pompes doivent avoir un débit suffisant pour refouler la totalité des débits maxima des bassins de collecte qui tran- sitent par le bassin de collecte en cause. Un autre système est dit à réseau de transfert en parallèle, et il est basé sur l'existence d'une-canalisation de transfert principale dans laquelle refoulent directement les pompes des différents bassins de collecte Théoriquement la puissance nominale de la pompe de chaque bassin de collecte doit seulement être un peu supérieure au débit maximun d'effluents ou débit de pointe du bassin de collecte considéré et la section de la canalisation de transfert doit être calculée pour assurer, avec des pertes de charges ne dépassant pas une valeur maximale fixée par la puissance des pompes, 17écou- lement des- débits maxima cumulés de tous les bassins de collecte situés en amont de la section considérée.La section de la partie terminale de la canalisation de transfert correspond donc théoriquement aux débits maxima cumulés de tous les bassins de collecte du bassin dgassainissement. Cette section de la partie terminale de la canalisation de transfert en parallèle est donc théoriquement identique à celle d'un système en cascade. Dans la pratique les pompes ne doivent pas fonctionner en continu et leur débit nominal est en régle générale supérieur d'environ quatre à six -fois au débit de pointe qu'elles ont à transférer. I1 en résulte la nécessité de prévoir, pour la canalisation de transfert, une section correspondant et progressant suivant la somme des débits nominaux des pompes, savoir à un débit quatre à six fois plus élevé que le débit de pointe de la partie en amont du bassin de collecte. Dans le cas d'une canalisation de transfert en parallèle, le débit réel dans cette canalisation peut soit être nul si aucune pompe ne fonctionne, soit varier entre le débit nominal de la pompe la moins puissante du bassin d'assainissement et le total des débits nominaux de toutes les pompes du bassin, si toutes les pompes fonctionnent simultanément. Le système de transfert en parallèle pose donc un problème que l'on ne rencontre pas dans le réseau en cascade, savoir des sédimentations et colmatages qui risquent de se produire lorsque le débit est faible et insuffisant pour disperser les dépôts qui se sont formés pendant les périodes de non fonctionnement. Le seul remède pratique proposé à ce jour est d'avoir pour la pompe la plus faible un débit nominal qui assure un débit suffisant dans la canalisation de transfert. Le relèvement du débit nominal d'un certain nombre de pompes de refoulement entraîne toutefois automatiquement un accroissement de la section de la canalisation de transfert au moins dans sa section finale et un nouveau- relèvement du débit nominal minimum des pompes de refoulement du réseau. Il en résulte que dans un tel réseau et pour respecter des normes de sécurité équivalentes à celles des réseaux en cascade, il faut mettre en oeuvre des pompes surpuissantes et adopter des sections pour la canalisation de transfert qui sont de ce fait supérieures aux sections théoriquement nécessaires. En outre, les variations extrêmement importantes dans le temps du débit de l'alimentation de la station d'épuration rendent la conduite de cette dernière très délicate. En raison de ces inconvénients ce système qui présente l'avantage de permettre une implantation progressive du réseau d'assainissement n'a pas été développé. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et elle a pour objet un réseau de transfert des eaux usées du type en parallèle dans lequel plusieurs bassins de collecte sont reliés à la station d'épuration par une canalisation de transfert principale dans laquelle débitent les pompes des différents bassins de collecte, réseau caractérisé par le fait que les pompes débitant dans ladite canalisation de transfert principale sont asservies à un dispositif de temporisation n'autorisant ou provoquant le fonctionnement en un instant donné que d'une seule ou d'un nombre limité des pompes de l'ensemble. Selon une autre caractéristique, la section de la canalisation de transfert est calculée, en chaque point, pour correspondre à la somme des débits nominaux des pompes, situées en amont de ce point, susceptibles de fonctionner simultanément. Dans un système d'exploitation de ce type à partage du temps d'utilisation de la conduite de transfert commune, il faut nécessairement que chaque pompe ou groupe de pompes en action simultanément ait un débit nominal correspondant au débit de pointe de l'ensemble du bassin d'assainissement. En régIe générale et comme exposé ci-dessus, le débit nominal des pompes est en général de quatre à six fois supérieur au débit de pointe du bassin de collecte. Si, toutefois, dans le cas d'un grand nombre de bassins de collecte, le débit nominal ainsi fixé est inférieur au débit de pointe total du bassin d'assainissement, on peut prévoir de mettre en route simultanément, pendant les périodes de pointe, plusieurs pompes dont le débit cumulé devienne au moins égal au débit de pointe de l'ensemble du bassin d'assainissement. Dans ce cas la canalisation de transfert est calculée en conséquence mais sa section reste toujours très inférieure à celle nécessaire dans un réseau de transfert en parallèle usuel. Avec ce mode de réalisation et du fait que la section de la conduite de transfert commune reste faible, chacune des pompes unitaires assurera en général, lorsqu'elle fonctionne seule, un débit minimal suffisant pour éviter les sédimentations. S'il n'en est pas ainsi, par exemple dans le cars de nombreux petits bassins de collecte, il est possible de prévoir un asservissement entre certaines des pompes unitaires de débit nominal réduit pour assurer ce débit minimal. Le système de réseau de transfert conforme à l'invention présente de nombreux avantages. Certains de ces avantages sont inhérents au fait qu'il s'agit d'un réseau de transfert en parallèle et non d'un réseau de transfert en cascade. Ce sont l'uniformisation et la réduction du dimensionnement des postes de refoulement et de la puissance des groupes électro-pompes puisque chaque poste de refoulement et chaque groupe électro-pompe n'assure le refoulement que du débit d'un bassin de collecte et non des débits cumulés comme dans le cas des bassins en cascade Dlautres sont spécifiques au réseau conforme à 1 ;;nvention et ce sont notamment la réduction de la section de la canalisation principale de refoulement, la réduction sensible du temps de séjour des effluents dans l'ensemble du réseau et une vitesse de circu- lation suffisante pour éviter les sédimentations, une réduction de la consommation d'énergie, les électro-pompes n'ayant pas à tenir compte des pertes de charges de tous les postes fonctionnant simultanément mais seulement de la perte de charge avec le débit du seul poste ou du groupe de postes en action simultanément dans une canalisation de section compatible, la possibilité de réaliser progressivement un réseau dsassainissement par bassins de collecte successifs sans avoir à prévoir une canalisation de refoulement principale surdimensionnée et surtout un débit d'arrivée plus régulier dans la station d'épuration, le débit global étant réparti entre des débits échelonnés dans le temps avec des eaux moins septiques du fait de la durée de séjour réduite. Le réseau de transfert en parallèle des eaux usées, conforme à l'invention, peut être combiné avec un réseau gravitaire situé en aval ou avec une pluralité de réseaux en cascade situés en amont, le réseau de transfert, conforme à I'invention, jouant le rôle de régulateur de débit. Le réseau de tranfert en parallèle, conforme à l'invention, peut être implanté en parallèle avec un réseau en cascade notamment avec un réseau en cascade de forme allongée dans le cas de bassins d'assainissement sujets à de grandes variations saisonnières des débits d'effluents, ce qui permet de fonctionner en période hivernale avec des vitesses d'écoulement suffisantes. Le dispositif de temporisation peut être un simple programmateur horaire l'électro-pompe de chaque bassin de collecte étant mise en route à des heures déìniesR les heures étant échelonnées entre les différents bassins et l'armet du fonctionnement étant commandé par un détecteur de niveau minimum dans la bâche de collecte.Dans un tel cas la bache de collecte doit être dimensionnée pour pouvoir stocker le débit maximum du réseau de collecte pendant l'intervalle entre deux mises en route et en-pratique ce volume est le même que dans le cas d'un réseau de transfert en parallèle normal et le débit de l'électro-pompe doit etre tel quelle puisse refouler, pendant la tranche horaire de fonctionnement qui lui est allouée,le volume stocké dans la bache et le débit de pointe du bassin de collecte.Par contre le dispositif de temporisation peut être éventuellement placé dans chaque poste de pompage quoiqu'un poste central assure beaucoup plus de souplesse et permette une modification du programme horaire par une intervention centralisée Selon un autre mode de réalisation le dispositif de temporisation est un automate central asservi a' des contacts de niveau détectant l'état de remplissage de chaque hache du bassin d'assainissement; l'asservissement par les niveaux peut être le seul facteur d'asservissement, un niveau de mise en route mettant en route l'électro-pompe du poste du bassin de collecte considéré et neutralisant les électro-pompes des autres postes.Cette solution oblige à dimensionner la bâche de chaque bassin pour qu'elle puisse stocker, entre le niveau de mise en marche et le niveau maximum, le débit de pointe du bassin de collecte considéré pendant la durée de vidange de toutes les autres bâches du bassin d'assainissement. I1 est possible de prévoir plusieurs contacts de niveau dans chaque bâche pour déterminer une deuxième priorité ou des priorités d'ordre supérieur lorsque le niveau de remplissage d'une bâche atteint les contacts de niveau supérieurs. Ce système de détection du niveau de remplissage peut être combiné avec un système de temporisation horaire mettant systématiquement en route, selon un programme cyclique horaire, les électro-pompes des différents postes, sauf priorité résultant d'un niveau déterminé atteint dans l'une des bâches, le programme cyclique étant repris après achèvement du vidage de la bâche en cause. Un contact de niveau de remplissage minima peut être combiné avec un système de temporisation horaire pour ne pas mettre en route, au cours du programme cyclique horaire, l'électro-pompe d'une bâche dont le niveau de remplissage est insuffisant. On peut ainsi éviter la mise en route d'une électro-pompe pour une durée insuffisante et libérer du temps pour les électro-pompes d'autres bassins de collecte. Selon un autre mode de réalisation le dispositif de temporisation est un automate central asservi à la fois au temps, au niveau de remplissage et au débit d'entrée de chaque bâche du bassin d'assainissement avec memorisation des valeurs. Avec cette disposition qui permet l'optimisation du système, les électro-pompes peuvent, si cela est recherché, être toutes identiques ou les groupes d'électro-pompes associées avoir tous le même débit nomimal d'ensemble sous réserve que le débit nominal d'une seule électro-pompe ou d'un seul groupe d'électro-pompes corresponde au débit maximal de l'ensemble du bassin d'assainissement, le volume de chaque bâche correspondant au débit maximal du bassin de collecte considéré pendant la durée minimale (fixée par les cahiers des charges) séparant deux cycles de fonctionnement de l'électro-pompe. Avec ce mode de réalisation le dispositif prévoit celle des bâches qui est susceptible d'atteindre, la première, le niveau de remplissage maximal autorisé et il peut mettre en route l'électro-pompe correspondante, si un niveau minimal utile est atteint, pendant une durée assurant le retour du niveau dans cette bâche au niveau minimal de vidage avec possibilité d'arrêter l'opération de vidage, après une durée minimale de pompage et avant que ce niveau minimal soit atteint, si une ou plusieurs bâches est ou sont susceptibles d'atteindre le niveau de remplissage maximal autorisé avant la fin de ladite opération de vidage en cours.Le dispositif peut également, dans le cas d'électro-pompes groupées, détecter le débit global instantané de l'ensemble du bassin d'assainissement et, pour une valeur donnée de ce débit globaltjumeler systématiquement le fonctionnement de certaines des pompes du groupe. On décrira ci-apres le procédé d'exploitation d'un réseau de transfert parallèle, conforme à l'invention, comportant trois bassins de collecte avec référence au dessin ci-annexé qui est un diagramme explicatif théorique. Les bâches des postes de pompage présentent un certain nombre de détecteurs de niveau No ou niveau minimum pour éviter le désamorçage des pompes, N1 le niveau minimum de mise en route des pompes, pour éviter une durée de fonctionnement trop courte de la pompe, cette durée étant limitée par la retombée du niveau au niveau No N2 le niveau maximum limite et Tp le niveau de trop plein dont il ne sera pas discuté ci-après mais qui peut être utilisé pour déclencher la mise en route d'une pompe de secours et donner la priorité absolue à la station de pompage en cause.Les courbes représentent l'évolution du niveau dans les trois bâches respectivement I, II et III, le niveau dans la bâche I étant représenté par la courbe en tireté, le niveau dans la bâche II par la courbe en trait mixte et celui dans la bâche III par la courbe avec des croix, ces courbes pouvant etre calculées à partir des débits à l'entrée des bâches si l'installation est munie d'un automate avec ordinateur à mémoire. Les traits horizontaux en face des ordonnées I, II et III représentent la durée de fonctionnement de l'électro-pompe correspondante. Au temps tl le poste central de coordination déclenche un cycle d'interrogation qui indique que les niveaux sont tpus entre No et N1 et aucune electro-pompe neest mise en route. Au temps t2 le nouveau cycle d'interrogation détecte que le niveau N1 est atteint dans la bâche Il et l'électro-pompe de cette bâche est mise en route Après une duree de fonctionnement préfixée de l'électro-pompe II correspondant au temps t3, le poste central de coordination détecte que l'évolution du niveau dans la bâche I laisse prévoir que le niveau N2 sera atteint avant que le niveau dans la bâche Il en cours de vidage soit retombé à No. Il commande l'armet de l'électropompe II et met en route l'électro-pompe I. Au temps t4 le niveau dans la bâche III atteint le niveau N2 alors que le niveau dans la bâche Il reste. supérieur à N1 et avant que la durée de fonctionnement soit atteinte.Le poste central de coordination arrête lSelectro-pompe I et met en route l'électro-pompe III. Au temps t5, la duree de fonctionnement préfixée de l'électro-pompe III est atteinte mais l'évolution des courbes montre que le niveau No sera atteint dans la bâche III avant qu'aucune des deux autres bâches atteigne le niveau N2. Le pompage par l'électro-pompe III se poursuit jusqu'au temps t5,. A ce ce moment l'analyse des courbes de niveau montre que c'est la bâche I qui va atteindre la première le niveau N2 et l'électro-pompe I est mise en service Au temps t6, le niveau dans la bâche Il atteint le niveau l'électro-pompe I est arrêtée et lBélectro-pompe II est mise en route.Au temps t7 après la durée de fonctionnement préfixée aucune des autres baches n'a atteint le niveau N1 et n'est susceptible d'atteindre le niveau N2 avant que la bâche II soit revenue à No et le pompage est poursuivi jusqu a ce niveau. Au temps t8, le cycle d'interrogation montre qu'aucune bâche n'a atteint le niveau N1. Au temps t9 l'électro-pompe de la bâche III qui a atteint le niveau N1 est mise en route jusqu'à ce que le niveau soit retombé à No. Pour expliquer très schématiquement le mode de détermination des débits nominaux des électro-pompes, on expliquera ciaprès un exemple théorique schématique d'un bassin d'assainissement desservant 15.000 habitants et comportant sept bassins de collecte C1 à C7 ayant respectivement les nombres d'habitants Nb et les débits journaliers Q1 donnés dans le tableau ci après, ce qui correspond aux débits moyens Qm et débits de pointes Q théoriques du tableau p Nb Qj Qm Qp(Qm x 1,5 + 2,5#Qm) C1 3.200 640 35,55 68,26 C2 1.000 200 11,11 25,00 C3 2.400 480 26,66 52,90 C4 3.000 600 33,33 64,43 C5 800 160 8,88 20,77 C6 1.800 360 20,00 41,18 C7 2.800 560 31,11 60,61 Total 15.000 3000 166,64 333,15 Les débits nominaux Qs des électro-pompes de refoulement fixés selon les normes habituelles entre quatre et six fois le débit de pointe du bassin de collecte seraient par exemple en m3/h. Qs1 = 300; Qs2 = 150; Qs3 = 250; Qs4 = 300; QS5 = 100; Qs6 = 200 et Q57 = 250.Dans un réseau de transfert en parallèle du type connu, la canalisation de transfert principale doit être calculée pour un débit de 1550 m3/h puisque toutes les pompes peuvent fonctionner simultanément et lorsque la pompe C5 fonctionnera seule, le débit ne sera que de 6% du débit ce qui peut être insuffisant pour assurer la vitesse minimale de 0,6m/s. imposée. Avec les puissances indiquées, le temps de fonctionnement des pompes pendant l'heure sera théoriquement tm pour un débit Qm et t p pour un débit Q p soit tm tp C1 7min. 7s. 13min. 39s. C2 4min. 26s. 10min. C3 6min. 24s. 12min. 41s. C4 6min. 40s. 12min. 53s. C5 5min. 19s. 12min. 28s. C6 6min. 12min. 21s. C7 7min.28s. 14min. 33s Total 43min. 24 s. 1h. 28min. 35s. On voit donc que les pompes pourront fonctionner successivement lorsque les apports de chaque bassin seront égaux au débit moyen et resteront en tout cas inférieurs à 1,33 fois le débit moyen, mais en période de pointe, le débit est insuffisant. Pour y remédier, il est possible de relever le débit nominal de chacune des pompes pour qu'il soit supérieur aux débits de pointe cumulés de tout le bassin d'assainissement soit pour 334m3 par exemple 350m3, mais, pour éviter de relever le débit nominal de l'ensemble des pompes, on peut jumeler en période de pointe le fonctionnement de certaines des pompes et par exemple Q52 ~ Q56 et Q53 - Q55 ce qui réduit le total de t p de 10 min. + 12 min . 28 = 22 min. 28.Les 6 min.7sec qui subsistent peuvent être gagnées en portant Q57 à 300 m3/h (gain 2 min.28s) et en portant la puissance de Q5lt Q54 et Q57 à environ 330 m3/h ou en équilibrant de façon analogue le réseau en fonction des électro-pompes disponibles. La section de la canalisation de transfert devra, dans ce cas, être calculée pour un débit de 350 m3/h. au lieu du débit de 1550 m3/h. du réseau de transfert parallèle classique, les pompes étant, meme dans le cas d'un bassin d'assainissement avec sept bassins de collecte fortement déséquilibrés, d'une puissance très inférieure à celle des pompes d'un réseau en parallèle classique puisque la perte de charge qu'elles doivent surmonter correspond au refoulement du débit de la pompe en cause ou des pompes fonctionnant simultanément et non au débit global de toutes les pompes du bassin d'assainissement. Dans le cas d'un bassin de collecte allongé en cascade les Q5 des pompes devraient etre Ost = 280; Qs2 = 380; Q53 = 600; Q54 = 810; Q55 = 900; Qs6 = 1065; Q57 = 1125 m3/h., la canalisation de transfert final devant avoir une section correspondant à ce dernier débit. On voit donc qu'avec le procédé d'exploitation de l'invention, il est possible, dans tous les cas, de réduire la section de la canalisation de transfert avec une puissance de pompage installée très inférieure, dans certains cas, à celle d'un réseau de transfert en parallèle usuel et plus faible que pour un réseau en cascade même ramifié. Revendications 1. Un réseau de transfert des eaux usées du type en parallèle dans lequel plusieurs bassins de collecte sont reliés à la station d'épuration par une canalisation de transfert principale dans laquelle débitent les pompes des différents bassins de collecte, caractérisé par le fait que les pompes débitant dans ladite canalisation de transfert principale sont asservies à un dispositif de temporisation n'autorisant le fonctionnement en un instant donné que d'une seule ou d'un nombre limité des pompes de l'ensemble. 2. Un réseau de transfert d'eaux usées selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section de la canalisation de transfert est calculée, en chaque point, pour correspondre à la somme des débits nominaux des pompes, situées en amont de ce point, susceptibles de fonctionner simultanément. 3. Un réseau de transfert d'eaux usées selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il permet de mettre en route simultanément, pendant les périodes de pointe, plusieurs pompes dont le débit cumulé soit au moins égal au débit de pointe de l'ensemble du bassin d' assainissement 4. Un reseau de transfert d'eaux usées selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un asservissement entre un certain nombre des pompes unitaires de faible débit nominal pour assurer le fonctionnement en simultané de plusieurs de ces pompes pour assurer dans la conduite de transfert le débit minimal imposé. 5. Un réseau de transfert d'eaux usées selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de temporisation est un simple programmateur horaire, l'électro-pompe de chaque bassin de collecte étant mise en route à des heures définies, les heures étant échelonnées entre les différents bassins et l'arrêt du fonctionnement étant commandé par un détecteur de niveau minimum (N0) dans la bâche de collecte. 6. Un réseau de transfert d'eaux usées selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de temporisation est un automate central asservi à des contacts de niveau (N1) détectant l'état de remplissage de chaque bâche du bassin d'assainissement. 7. Un réseau de transfert d'eaux usées selon la revendication 6, caractérisé en ce que plusieurs contacts de niveaux (N2 Tp) sont prévus dans chaque bâche pour déterminer une deuxième priorité ou des priorités d'ordre supérieur lorsque le niveau de remplissage d'une bâche atteint les contacts de niveau supérieurs. 8. Un réseau de transfert d'eaux usees selon I1 une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le système de détection du niveau de remplissage est combiné avec un système de temporisation horaire mettant systématiquement en route e selon un programme cyclique horaire, les électro-pompes des différents postes, sauf priorité résultant d'un niveau déterminé atteint dans l'une des bâches, le programme cyclique étant repris après achèvement du vidage de la bâche en cause 9. Un réseau de transfert d'eaux usées selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'un cont-act de niveau de remplissage minima (N1) est combiné avec le dispositif de temporisation pour ne pas mettre en route au cours du programme cyclique horaire, l'électro-pompe d'une bâche dont le niveau de remplissage est insuffisant. 10. Un réseau de transfert d'eaux usées selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de temporisation est un automate central asservi à la fois au temps, au niveau de remplissage et au débit d'entrée de chaque bâche du bassin d'assainissement avec mémorisation des valeurs.