LAFAYETTE, COLORADO, ET SWIFT CURRENT, SASKATCHEWAN, CANADA — Deux villes, l’une aux États-Unis et l’autre au Canada, distantes de plus de 700 miles (1 100 km), étaient confrontées à des problèmes quasi identiques liés à l’ajout manuel de charbon actif en poudre dans leurs systèmes municipaux de traitement de l’eau. Les deux villes ont non seulement éliminé un risque sanitaire lié à la poussière de charbon actif, mais elles ont également réduit la main-d’œuvre nécessaire à l’ajout de charbon actif en poudre dans le système grâce à l’installation d’un système de déchargement de sacs en vrac.
La ville de Swift Current puise son approvisionnement en eau municipale dans un réservoir formé par un barrage sur le ruisseau Swift Current, à un débit moyen de 1,5 million de gallons (6,8 millions de litres) par jour, avec un débit de pointe de 5,5 millions de gallons (25 millions de litres) par jour. Du permanganate de potassium est ajouté à une concentration de 1,5 partie par million (ppm), puis du charbon actif en poudre est ajouté sous forme d’une suspension contenant entre 0,13 % et 0,47 % de matières solides, et l’eau est acheminée par gravité vers un puits bas à un débit d’environ 25 gallons (114 litres) par minute. Atteignant une concentration finale de 20 ppm, le charbon a pour fonction d’adsorber les matières organiques, éliminant ainsi les goûts et odeurs indésirables.
Après l’ajout d’alun liquide, d’agents de traitement des boues et de polymères dans le clarificateur, l’eau filtrée est pompée vers un bassin de décantation situé dans la station de traitement de l’eau, d’une capacité de 180 000 gal (820 000 l), ainsi que vers deux réservoirs situés dans la ville même, d’une capacité de 1,5 million de gal (6,8 millions de l chacun), en vue de sa distribution aux habitants de la ville de Swift Current.
La ville de Lafayette puise son eau dans deux réservoirs locaux formés par des barrages sur le Boulder Creek et dans un réservoir situé sur le South Boulder Creek. La consommation est d’environ 2 millions de gallons (7,5 millions de litres) par jour en hiver, mais peut atteindre jusqu’à 10 millions de gallons (38 millions de litres) par jour pendant les mois d’été. Depuis les réservoirs, l’eau est acheminée vers une installation d’aération et de floculation sur site, similaire à celle utilisée par la ville de Swift Current, où du charbon actif en poudre et d’autres produits chimiques de traitement sont ajoutés. Après une filtration finale, l’eau est pompée vers trois réservoirs de stockage, dont la capacité totale peut atteindre 13 millions de gallons (53 millions de litres), en vue de sa distribution aux habitants de la ville de Lafayette.
Du charbon actif en poudre a été ajouté manuellement
Avant l'installation des systèmes de déchargement des sacs en vrac, les opérateurs des deux sites vidaient des sacs de 35 à 45 lb (16 à 20 kg) de charbon actif en poudre, ce qui générait de la poussière de charbon et imposait une contrainte physique aux travailleurs.
Le charbon actif en poudre est une poudre extrêmement fine dont la taille moyenne des particules n’est que de 20 microns et dont la densité apparente est de 21,5 lb/pied cube (34,4 kg/m³). « Le moindre courant d’air propage la poussière de charbon partout ; celle-ci s’agglomère et se dépose sur tout ce qu’elle touche, y compris les vêtements et la peau », explique Rudy Holland, responsable du traitement de l’eau de la ville de Swift Current.
« Nous avons essayé d’utiliser un système de dépoussiérage, mais il n’a jamais fonctionné correctement », explique M. Holland. De plus, la capacité du système était limitée par la petite vis d’alimentation, qui mettait 16 heures à transférer le charbon en poudre de la trémie d’une capacité de 1 000 lb (450 kg) vers l’éducteur de boue liquide. Comme la station de traitement des eaux ne fonctionne que sur une seule équipe par jour — avec du personnel pendant 8 heures et demie, puis sans personnel et contrôlée par ordinateur pendant 15 heures et demie —, la trémie, si elle n’était pas complètement remplie au début de la période sans personnel, risquait de manquer de charbon actif alors que le personnel n’était pas présent pour la réapprovisionner. »
Les opérateurs de la ville de Swift Current ouvraient et vidaient jusqu’à vingt-cinq sacs de 45 à 55 lb (23 à 25 kg) de charbon actif en poudre par jour dans la trémie. Les opérateurs de la ville de Lafayette transportaient un sac de 35 à 40 lb (16 à 18 kg) de charbon en poudre en haut d’un escalier métallique et le vidaient directement dans l’installation d’aération et de floculation. « Non seulement cela générait de la poussière de charbon dangereuse, mais comme nous utilisions environ 2 à 4 sacs par jour en hiver et jusqu’à 10 à 17 sacs par jour en été, cela exigeait également un travail manuel considérable et exposait les opérateurs travaillant seuls pendant le service de nuit au risque de chute et de blessure », explique Ed Zimbleman, chef opérateur. « De plus, il arrivait parfois que des sacs se déchirent, obligeant les opérateurs à nettoyer toute la zone au jet d’eau. »
Les systèmes de déchargement et d'alimentation par sacs en vrac éliminent les risques
Dans ces deux sites, la mise en place d’un système automatisé de déchargement et d’alimentation par sacs en vrac a permis d’éliminer la poussière générée par le dénouage, le déchargement, l’affaissement et le retrait des petits sacs individuels, tout en renforçant la sécurité des opérateurs et en réduisant le travail manuel.
La ville de Swift Current achète désormais des sacs de 1 100 lb (500 kg) et en décharge entre 1 et 3,5 par semaine. La ville de Lafayette décharge entre un sac en vrac de 900 lb (408 kg) par semaine en hiver et jusqu’à 4,5 sacs par semaine pendant les mois d’été de pointe.
Les déchargeurs de sacs en vrac Flexicon intègrent des dispositifs qui retiennent la poussière et favorisent une vidange complète. Une bague de serrage manuelleSPOUT-LOCK® est soulevée pneumatiquement par un tube télescopiqueTELE-TUBE®, permettant à l’opérateur d’établir un raccordement étanche à la poussière et hautement fiable avec le bec verseur du sac. Le tube télescopique est ensuite relâché pour exercer une tension descendante continue sur la bague de serrage et, par extension, sur le bec verseur du sac, ce qui allonge le sac à mesure qu’il se vide afin de favoriser une vidange complète.
Le débit est en outre favorisé par des plaques à commande pneumatiqueFLOW-FLEXER® qui soulèvent et abaissent les bords inférieurs opposés du sac, ce qui fait s’écouler le charbon actif dans et à travers le bec du sac.
Une vanne de régulation de débitPOWER-CINCHER® entoure la partie supérieure du bec du sac, permettant une vidange progressive une fois le cordon dénoué, ainsi que le renouage des sacs partiellement vides.
Un dépoussiéreurBAG-VAC® est monté sur le côté des deux châssis de déchargement ; il aspire l’air déplacé et la poussière par l’évent de la trémie pendant le déchargement, puis affaisse les sacs vides sans dégager de poussière, les rendant ainsi prêts à être fermés et retirés.
Ces deux systèmes présentent des différences importantes
À Swift Current, un palan relié à un monorail fixé au plafond à 24 pieds (7 m) de hauteur charge un sac de 1 100 livres (500 kg) sur un dispositif de déchargement de sacs en vrac à demi-châssis de 5 pieds (1,5 m) de hauteur, monté sur une plate-forme de 6,5 pieds (2 m) de hauteur. Le châssis du déchargeur est intégré à un châssis de 10 pieds (3 m) de haut qui supporte une trémie d’une capacité de 2 000 lb (900 kg) (pouvant contenir le contenu de deux sacs), un doseur volumétrique à double vis, une trémie de lavage et un éducteur de boue liquide. Le charbon actif en poudre s’écoule du sac en vrac vers la trémie, puis vers le doseur qui l’achemine vers la trémie de lavage et l’éducteur afin de le mélanger à l’eau s’écoulant à un débit de 25 gpm (114 l/min) vers le puits bas. Un panneau de commande régule le dépoussiéreur, les activateurs de sacs, le doseur et les coussins d’air favorisant l’écoulement situés sur le côté de la trémie.
Le chargement à l'aide d'un chariot élévateur remplace la vidange manuelle des sacs
À Lafayette, un opérateur charge à l'aide d'un chariot élévateur un sac de 900 lb (114 kg), placé dans un cadre de levage, sur un déverseur de pleine hauteur mesurant 9,75 ft (3 m). Le charbon en poudre s'écoule à travers le tube télescopique et une goulotte de 2 pieds (0,6 m) de long qui traverse le sol jusqu'à une trémie de réception d'une capacité de 5 pieds cubes (0,14 m³), logée dans un châssis de 7 pieds (2,1 m) de haut qui contient également le doseur volumétrique à double vis, la trémie de lavage et l'éducteur de boue liquide. Les commandes régulent le dépoussiéreur, le doseur et les fluidificateurs à air pour le débit de la trémie, et avertissent l’opérateur lorsqu’il faut changer les sacs vides.
Le mélange en continu du charbon actif en poudre provenant du doseur volumétrique avec de l’eau fraîche crée une boue dont la teneur en matières solides varie de 0,006 % en hiver à 0,05 % en été. Cette suspension est injectée dans le clarificateur à un débit de 120 gal (450 l) par minute, ce qui permet d’obtenir une concentration finale en charbon comprise entre 5 et 7 ppm. « En gros, on règle le système et on n’y pense plus », explique M. Zimbleman.
La conception et l'installation : un travail d'équipe
« Nous avons évalué deux autres machines en plus du système Flexicon », explique M. Zimbleman. « Bien qu’elles fussent similaires, les deux autres fabricants n’étaient pas disposés à effectuer les modifications physiques nécessaires dans notre usine, notamment percer un trou dans un sol en béton afin de placer la trémie au-dessus du dispositif d’alimentation. »
Plusieurs modifications ont été apportées après l’installation du système. « Nous rencontrions parfois des problèmes d’obstruction de la trémie de lavage », explique M. Zimbleman. « La trémie mesure 2 pieds (0,6 m) de haut et 2 pieds (0,6 m) de diamètre en haut, mais seulement 6 pouces (15 cm) de diamètre en bas. L’équipe a ajouté des buses équipées d’embouts en plastique afin que l’eau circule autour de la trémie au lieu de simplement y être pulvérisée, ce qui a permis d’éliminer le problème. »