L’entretien des usines de traitement des eaux usées est essentiel pour répondre au besoin critique d’eau potable. Aux États-Unis seulement, environ 34 milliards de gallons d’eaux usées sont traités chaque jour. Une grande partie de cela peut être attribuée à des réglementations gouvernementales de plus en plus strictes, mais nécessaires pour l’environnement, qui obligent désormais les entreprises traitant des produits chimiques, des pesticides et d’autres matériaux nocifs à récupérer quatre-vingt-quinze à quatre-vingt-dix-neuf pour cent de l’eau des flux de déchets avant de la rejeter dans l’environnement. . D’autres facteurs contribuant à l’augmentation de la demande sont la croissance démographique mondiale, l’urbanisation rapide et l’expansion des exploitations agricoles.
Le changement climatique a aggravé le problème en perturbant les cycles hydrologiques et en augmentant la gravité des inondations et des sécheresses. Si cela ne suffisait pas, la crise de l’eau est encore compliquée par le vieillissement des 16 000 usines de traitement des eaux usées américaines. La plupart des usines aux États-Unis ont été conçues avec une durée de vie moyenne de 40 à 50 ans. Les usines qui ont été construites dans les années 1970, autour de l’adoption de la Clean Water Act en 1972, arrivent en fin de vie et nécessitent des révisions massives. L’Environmental Protection Agency estime qu’environ 271 milliards de dollars d’infrastructures seront nécessaires au cours des 25 prochaines années pour entretenir et améliorer les installations d’eau en difficulté du pays.
Les équipements électriques constituent une grande partie de cette infrastructure. Des quantités massives d’électricité sont consommées dans le traitement des eaux usées. En fait, environ 4 % de la consommation d’électricité aux États-Unis est liée au traitement de l’eau, ce qui correspond à 30,2 milliards de kWh par an. Alors que l’équipement électrique fonctionne en grande partie dans les coulisses des usines de traitement des eaux usées, il est devenu progressivement plus important à mesure que la demande d’eau propre continue de monter en flèche. Malheureusement, en raison de la corrosion et des produits chimiques, les usines de traitement des eaux usées présentent une atmosphère extrêmement hostile pour les équipements électriques, provoquant une détérioration et forçant des réparations coûteuses et des remplacements coûteux. Un entretien constant de l’équipement est nécessaire pour éviter les pannes prématurées qui peuvent entraîner des pénuries d’eau massives.
Étant donné que les équipements électriques doivent fournir une fiabilité absolue dans les stations d’épuration, vous devez connaître les trois caractéristiques qui se sont avérées essentielles pour leurs performances et leur sécurité à long terme : résistance à la corrosion, classification des emplacements dangereux et efficacité énergétique élevée. Ci-dessous, nous abordons chacun.
Défi 1 : Corrosion
La plus grande menace pour les produits électriques métalliques est la corrosion. Les conditions sont encore pires lorsque la plante se trouve dans une zone côtière humide exposée aux embruns salés.
La corrosion dans les stations d’épuration se présente sous plusieurs formes. La corrosion filiforme, par exemple, est induite par une pénétration ponctuelle de l’humidité. Les produits chimiques courants trouvés dans les centres de traitement attaquent également gravement les métaux, notamment le chlorure ferrique, le chlore, les acides et les alcalis. L’interaction des composants des eaux usées produira des produits chimiques secondaires aux propriétés encore plus toxiques et corrosives, entraînant une destruction plus rapide des surfaces métalliques et même du béton. Le sulfure d’hydrogène (H2S) ou “gaz d’égout” est une autre menace pour les composants métalliques, causant tellement de problèmes de corrosion pour les installations de traitement des eaux usées qu’il a justifié un avertissement de l’EPA. Une simple corrosion de « fatigue » se produit dans les métaux ductiles, entraînant une fissuration ou une rupture. Les bactéries présentes dans les eaux usées attaquent les composants métalliques, les laissant vulnérables à la corrosion par l’acide sulfurique.
Bien sûr, l’environnement extérieur expose également les composants métalliques à la corrosion. Les composants électriques tels que les appareils d’éclairage montés à l’extérieur sont mis en danger par la pluie, la neige, les rayons UV, le brouillard salin et les fortes fluctuations de température, en plus des aérosols provenant des bassins de décantation et de la chloration extérieure. Ce type de corrosion, connu sous le nom de corrosion atmosphérique, représente plus de défaillances matérielles, tant du point de vue du tonnage que du coût, que tout autre.
Puisque ce n’est pas un monde parfait, nous ne pouvons pas éliminer la corrosion. Mais sa destruction peut être très limitée. Voici comment:
- Utiliser des produits résistants à la corrosion. Pour les environnements corrosifs et à forte humidité, la première ligne de défense est la sélection des matériaux. Les boîtiers en aluminium ou en acier inoxydable sont des matériaux généralement acceptés. Dans des conditions extrêmes, des boîtiers en polyester renforcé de fibre de verre peuvent être nécessaires au lieu d’une construction métallique.
- Spécifiez une finition protectrice. Lorsqu’une application nécessite des dispositifs dotés de la résistance à la traction et de la ductilité élevées de la fonte malléable, le moyen le meilleur et le plus rentable de lutter contre la corrosion consiste à choisir un revêtement qui scelle efficacement l’eau, les produits chimiques et autres contaminants corrosifs. La peinture seule suffit rarement. Un choix plus durable est une finition à trois couches composée d’un placage de zinc, d’un trempage au chromate et d’un revêtement en poudre époxy appliqué électrostatiquement.
- Contrôlez l’environnement. Dans la mesure du possible, abritez les installations électriques des intempéries et des produits chimiques corrosifs. Éliminez les contaminants industriels de l’air grâce à la ventilation et maintenez les équipements de combustion en bon état pour minimiser les émissions.
Défi 2 : Emplacements dangereux
La majorité des stations de pompage, des espaces clos et des bâtiments qui composent les usines de traitement des eaux usées doivent être considérés comme des emplacements dangereux. La décomposition des déchets génère du méthane et de l’hydrogène, qui sont tous deux des gaz potentiellement inflammables si une source d’inflammation électrique ou autre est présente. Les produits chimiques utilisés pour la purification peuvent également être potentiellement inflammables, à savoir le peroxyde d’hydrogène et le dioxyde de chlore, même à des concentrations relativement faibles.
Les produits électriques installés dans ces zones doivent être homologués pour une utilisation dans des zones dangereuses conformément au National Electrical Code (NEC). Le NEC fait référence à la norme NFPA 820 lors de la classification des emplacements dangereux dans les installations de traitement et de collecte des eaux usées. Selon la norme NFPA 820, les systèmes électriques associés aux installations d’élimination des projections, aux puits humides et aux puits secs doivent être conçus sur la base d’un emplacement dangereux de classe I. L’application d’une ventilation et d’une surveillance appropriées peut permettre d’assouplir la classification des risques électriques, c’est-à-dire Classe I, Div. 2 ou à “non classé”.
Défi 3 : Efficacité énergétique
Face à des coûts opérationnels plus élevés et à des budgets plus serrés, l’efficacité énergétique est devenue une priorité absolue dans le secteur des eaux usées. Les exploitants d’installations et les gouvernements redoublent d’efforts pour réduire les coûts énergétiques et améliorer la performance environnementale. En particulier, ils se concentrent sur l’éclairage qui peut représenter 25 à 40 % de la consommation électrique d’une usine et représente une part importante de sa facture énergétique totale.
Traditionnellement, les installations de traitement des eaux usées utilisaient trois types d’éclairage à décharge à haute intensité (HID) : lampes au sodium haute pression (HPS), aux halogénures métalliques et à vapeur de mercure. Des lois ont été promulguées en 2007 interdisant aux fabricants de produire et de vendre des lampes à vapeur de mercure et des ballasts aux halogénures métalliques à haute puissance. La modernisation de l’éclairage HID existant avec des LED économes en énergie, combinées à des cellules photoélectriques, des capteurs de présence et des capacités de gradation, peut réduire la consommation d’énergie de l’éclairage jusqu’à 70 %. En cours de route, cela peut également réduire les émissions de CO2 de soixante-cinq pour cent. En prime, les LED offrent une capacité “d’allumage instantané”, même à des températures extrêmement froides, éliminant ainsi le temps de préchauffage prolongé associé aux HID. L’installation de LED peut également permettre à l’usine de bénéficier d’un rabais incitatif de la part de son fournisseur d’énergie local.
Dernières pensées
Chaque partie prenante de l’industrie du traitement des eaux usées a une énorme responsabilité envers la communauté locale en ce qui concerne la sécurité, la disponibilité et la durabilité de l’eau. Une façon d’assurer un débit continu d’eau propre consiste à installer des produits électriques spécialement conçus pour ces environnements. En spécifiant un équipement électrique résistant à la corrosion, correctement évalué et économe en énergie, les ingénieurs peuvent garantir le fonctionnement des usines sans maintenance fastidieuse, même dans les sites industriels et municipaux les plus difficiles et les plus chargés.
Jim Medeiros est gestionnaire de compte chez Appleton Electric. Il fait partie de l’entreprise depuis 25 ans, spécifiant et vendant des produits pour emplacements dangereux.
