5 - Désinfection au chlore et UV

Traitement des eaux de consommation Chapitre 8 : Désinfection au chlore Généralités sur la désinfection physico-chimique Utilisation du chlore – notion de CT

MS en Génie Sanitaire et Environnement – Traitement des eaux de consommation – Enseignant : Olivier BOUSIGE

Sommaire I.

Généralités ......................................................................................................................... 6 A.

L’eau et les germes pathogènes ......................................................................................... 6

B.

Définitions....................................................................................................................... 7

1.

Désinfection & Stérilisation ............................................................................................. 7

2.

Effet bactéricide - Effet rémanent .................................................................................... 7

C.

Comparatif des principaux agents de désinfection ................................................................ 8

D.

Normes et contrôle de la désinfection ................................................................................. 9

1.

Microbiologie ................................................................................................................ 9

2.

Désinfectants ............................................................................................................. 10

3.

Sous-produits de désinfection ....................................................................................... 10

E.

Importance d’une clarification primaire ............................................................................. 11

II.

La désinfection physico-chimique ..................................................................................... 12

A.

Principe chimique ........................................................................................................... 12

B.

Concept de CT ............................................................................................................... 12

1.

Définition ................................................................................................................... 12

2.

Notion de T10 .............................................................................................................. 14

C.

Conception des réacteurs de contact ................................................................................ 15

D.

Le chlore ....................................................................................................................... 16

III.

1.

Action du chlore .......................................................................................................... 16

2.

Formes du chlore dans l’eau ......................................................................................... 16

3.

Impact de la température et du pH sur l’efficacité du chlore en désinfection ....................... 17

4.

Le chlore gazeux – stockage et dosage .......................................................................... 19

5.

Stockage de chlore liquide & Installations classées .......................................................... 19

6.

L’eau de javel ............................................................................................................. 20

7.

Le chlore dans le réseau de distribution ......................................................................... 20 Exemple de dimensionnement d’une bâche de contact ........................................................ 21

2

Table des illustrations Figure 1: Exemples de micro-organismes pathogènes .................................................................... 6 Figure 2: Quelques images de micro-organismes........................................................................... 6 Figure 3: Causes des maladies d’origine hydriques (USA, 1991-2000) ............................................. 6 Figure 4: Effet bactéricide et effet rémanent de certains désinfectants ............................................. 7 Figure 5: Comparatif des capacités des principaux agents de désinfection ........................................ 8 Figure 6: Extraits des législations européenne et française sur la microbiologie des eaux de boissons .. 9 Figure 7: Récapitulatif des législations OMS, Europe, France, USA pour les teneurs en agent désinfectant ........................................................................................................................... 10 Figure 8: Récapitulatif des législations OMS, Europe, France, USA pour les teneurs en sous-produits de désinfection ............................................................................................................................ 10 Figure 9: Crédits d’élimination/inactivation aux Etats-Unis ........................................................... 11 Figure 10: Efficacités du chlore sur 2 micro-organismes (pH=6,6 - T=5°C) ................................... 12 Figure 11: Efficacité de divers désinfectants sur Escherichia Coli ................................................... 12 Figure 12: Valeurs de CT pour l'inactivation de 2 log de différents microorganismes ........................ 13 Figure 13: Relation entre T10/Tau et L/l dans un réacteur de chloration .......................................... 15 Figure 14: Dissociation de HOCl en fonction du pH ...................................................................... 17 Figure 15: Illustration des différences d’efficacité entre formes de chlore ....................................... 17 Figure 17: Le chlore sous ses différentes formes ......................................................................... 18 Figure 16: Valeurs de CT en mg.min/L pour l'inactivation des virus par le chlore ............................. 18 Figure 18: Chlore gazeux Cl2 - stockage en bouteilles (15, 30 ou 50 kg) ........................................ 19 Figure 19: Ensemble de dosage d'eau de javel, avec bac et pompe doseuse ................................... 20

3

Objectifs spécifiques liés au chapitre A la fin du chapitre, l’apprenant sera capable de: Comprendre les principes et objectifs d’une désinfection physico-chimique Maitriser le concept de CT Dimensionner une bâche de contact pour la désinfection au chlore

Activités d’apprentissage liées au chapitre Activités d’apprentissage liées à cette partie du cours : Lecture du cours Exercices de dimensionnement

4

Introduction Une mauvaise désinfection de l’eau de boisson peut engendrer de graves problèmes de santé publique. Par exemple, dans les années 1990 – 2000 (début), on a hélas observé : des retours d'épidémies que l'on croyait disparues (choléra en Amérique latine ou en Afrique au Pérou, la crainte des THM avait conduit les autorités à restreindre l'usage du chlore) Découverte de nouveaux parasites : Giardia et Cryptosporidium, kystes très résistants, responsables d’une épidémie de gastro-entérites aiguës dans la ville de Milwaukee (USA), atteignant 50 % de la population (400 000 personnes), dont 4 400 hospitalisations et 40 décès parmi les patients immuno-déprimés en Avril 1993. C’est pourquoi la désinfection est la priorité n°1 du traiteur d’eau . En effet, toutes les étapes de traitement précédant la désinfection sont faites pour "préparer" l’eau à subir une désinfection efficace (sauf les traitements prévus pour l’élimination d’un élément toxique spécifique) : Eau claire de turbidité < 5 NTU Eau exempte de matières organiques ou d’agents réducteurs (fer, manganèse, etc.) Eau exempte d’ammonium NH4+ Ce sont ces conditions qui assurent une désinfection efficace et durable de l’eau. Nous allons voir dans ce chapitre comment concevoir une bonne désinfection au chlore.

5

I. Généralités A.

L’eau et les germes pathogènes

Les eaux naturelles contiennent de très nombreux composés qui peuvent être classés par taille (MeS, colloïdes, composés dissous tels que matières organiques ou minérales et ioniques) Elles contiennent entre autres de nombreux et divers micro-organismes dont certains peuvent être pathogènes. L'objectif de la désinfection est donc d'éliminer ou au moins d'inactiver ces agents pathogènes afin d'éviter toute maladie hydrique qu'elle soit d'origine bactérienne ou virale.

Figure 2: Quelques images de micro-organismes

Figure 1: Exemples de micro-organismes pathogènes

Giardia Lambia

6-14 µm de long

Echelle = 10 µm

Figure 3: Causes des maladies hydriques (USA, 1991-2000)

Cryptosporidium Adénovirus (particules larges) Parvum 2-6 µm

Echelle = 10 µm

Parvovirus (petites particules entre les adénovirus)

Echelle = 0,1 µm

d’origine

6

B.

Définitions

1. Désinfection & Stérilisation La

désinfection est l'élimination : des bactéries des virus pathogènes des bioindicateurs (coliformes fécaux et totaux, streptocoques fécaux, etc ... ) de certains parasites animaux (kystes d'amibes, de Giardia ou de Cryptosporidium.; oeufs d'helminthes, etc.)

La

stérilisation est la destruction de tous les organismes vivants.

2. Effet bactéricide - Effet rémanent Effet bactéricide, virulicide ou biocide en général : c'est la capacité de détruire les germes et autres organismes indésirables en une étape donnée du traitement

Effet rémanent : c'est l’effet du désinfectant qui se maintient dans le réseau de distribution et qui permet de garantir la qualité biologique de l'eau.

Figure 4: Effet bactéricide et effet rémanent de certains désinfectants

Désinfectants

Effet bactéricide

Effet rémanent

Ozone

+++

0

Chlore

++

+

ClO2

++

++

Chloramines

+

++

UV

++

0

7

C.

Comparatif des principaux agents de désinfection

Le désinfectant idéal doit : Pouvoir éliminer les virus, bactéries et autres Pathogènes Avoir une bonne rémanence, Ne pas former de sous-produits indésirables en réagissant avec les éléments présents dans l’eau (absence d'haloformes, etc.) Ne pas générer de goûts et d'odeurs, Pouvoir éliminer le fer et le manganèse, Pouvoir éliminer l’ammonium Vous l’aurez deviné, ce désinfectant idéal n’existe pas !! le schéma ci-dessous donne une idée des « capacités » des agents désinfectants les plus utilisés dans le traitement d’eau.

A g e n t id é a l

O z one V ir u s

V ir u s

A m m o n iu m

A m m o n iu m

B a c té r ie s

F e r e t m a n g a n è se

A u tr e s p a th o g è n e s

A b s e n c e d e g o û ts e t

R é m a n e n ce

d 'o d e u r s

B a c té r ie s




R é m a n e n ce

d 'o d e u r s A b s e n c e d 'h a lo fo r m e s

A b s e n c e d 'h a lo fo r m e s

D io x y d e d e c h lo r e

C h lo r e V ir u s

A m m o n iu m

V ir u s

B a c té r ie s




R é m a n e n ce

d 'o d e u r s


A m m o n iu m

B a c té r ie s




R é m a n e n ce

d 'o d e u r s


Figure 5: Comparatif des capacités des principaux agents de désinfection

8

D.

Normes et contrôle de la désinfection

La réglementation sur la désinfection des eaux de boisson concernant principalement 3 paramètres : la microbiologie, la teneur de l’eau en agent de désinfection et la teneur de l’eau en sousproduits de désinfection.

1. Microbiologie Pour l’OMS, dans l’eau de boisson il doit y avoir absence de coliformes totaux et coliformes thermotolérants, comme Escherichia coli (indicateur de pollution fécale). Pour l’Union Européenne, la directive 98/83/CE du 5/12/1998 est basée également sur des critères bactériens, absence d'E.Coli et d'entérocoques.

Législation Européenne (extraits de la directive 98/83/CE du 5/12/1998)

Limites de qualité pour les eaux de distribution Paramètres microbiologiques

Valeurs paramétriques

Escherichia coli (E. coli)

0/100 ml

Entérocoques

0/100 ml

Paramètres indicateurs Bactéries coliformes

0/100 ml

Clostridium perfringens

0/100 ml

(y compris les spores)

Teneur en colonies à 22°C

Aucun changement anormal

Législation Française (extraits décret n°2001-1220 du 20/12/2001) Limites de qualité pour les eaux de distribution Paramètres

Limites de qualité

Escherichia coli (E. coli)

0/100 ml

Entérocoques

0/100 ml

Références de qualité Paramètres indicateurs de qualité témoin du fonctionnement des installations

Figure 6: Extraits des législations européenne et française sur la microbiologie des eaux de boissons

Paramètres

Références de qualité

Bactéries coliformes

0/100 ml

Bactéries sulfito-réductrices y compris les spores

0/100 ml

Numération de germes aérobies revivifiables à 22°C et à 37°C

Variation dans un rapport de 10 par rapport à la valeur habituelle

9

2. Désinfectants Le tableau ci-dessous récapitule les législations en vigueur dans le monde pour les teneurs en agent désinfectant dans l’eau de boisson.

Récapitulatif des législations OMS, Europe, France et Etats Unis Désinfectants

monochloramine di- et trichloramine

OMS

UE

France

Valeur guide (mg/L)

1998

2001

2002

Valeur paramétrique (mg/L)

Lim. de qualité Réf. de qualité (mg/L)

MRDL / MRDLG (mg/L)

4.0 / 4 as Cl2

3

-

-

Données insuffisantes

-

-

5

-

-

*

-

-

4.0 / 4 as Cl2 0.8 / 0.8 as


-

-

ClO2 -

chlore dioxyde de chlore iode

Etats-Unis

* la valeur guide pour les chlorites assure une protection suffisante contre le risque de toxicité de ce composé MRDL = Maximum Residual Disinfectant Level MRDLG = Maximum Residual Disinfectant Level Goal Figure 7: Récapitulatif des législations OMS, Europe, France, USA pour les teneurs en agent désinfectant

3. Sous-produits de désinfection Le tableau ci-dessous récapitule les législations en vigueur dans le monde pour les teneurs en sousproduits de désinfection dans l’eau de boisson. OMS 1998 Produits de dégradation Valeur guide (µg/L) des désinfectants

UE 1998

France 2001

Etats-Unis 2002

Valeur paramétrique (µg/L)

Lim. de qualité Réf. de qualité (µg/L)

MCL MCLG (µg/L)

10 / 0

bromates chlorates chlorites Chlorophénols

25 (provisoire) Données insuffisantes

10

10

-

-

200 (provisoire)

-

200

1 000 / 800

2-chlorophénol 2,4-dichlorophénol 2,4,6-trichlorophénol formaldéhyde MX


-

-

-


-

-

-

200 900

-

-

-


-

-

-

Somme < 1 mg/L

.Somme < 100 µg/L

.Somme < 100 µg/L

80 / NA

Trihalométhanes (THM) bromoforme dibromochlorométhane bromodichlorométhane chloroforme

100 100 60 200

0 60 0 -

Figure 8: Récapitulatif des législations OMS, Europe, France, USA pour les teneurs en sous-produits de désinfection

10

E.

Importance d’une clarification primaire

Une bonne désinfection s’effectue sur une eau débarrassée de : ses MeS et colloïdes qui “protègent” les micro-organismes (dont spores, kystes, œufs, bactéries, etc.) ses matières organiques pour limiter la formation de sous-produits de désinfection et limiter la reviviscence microbiologique dans le réseau (grâce au Carbone Organique Dissous Biodégradable - CODB) C’est pourquoi le bon fonctionnement des étapes de clarification et filtration sont primordiales, car elles participent à produire une eau claire et sans matières organiques, en retenant également une bonne partie des micro-organismes (cf. illustration dans tableau ci-dessous).

Process

Giardia

Cryptosporidium

Viruses

Total log removal/inactivation required

3.0

4.0 to 5.5**

4.0

Conventional sedimentation/filtration credit*

2.5 0.5 2.0 1.0 2.0 1.0 2.0 1.0 0.0 3.0

3.0 1 to 2.5 2.5 1.5 to 3.0 3.0 1 to 2.5 3.0 1 to 2.5 0.0 4.0 to 5.5

2.0 2.0 1.0 3.0 2.0 2.0 1.0 3.0 0.0 4.0

Disinfection inactivation required Direct filtration credit* Disinfection inactivation required Slow sand filtration credit* Disinfection inactivation required Diatomaceous earth credit* Disinfection inactivation required No filtration* Disinfection inactivation required

* Credits for guidance only. The State may allow a different credit. ** depending on the Cryptosporidium concentration Source : EPA 1989 – 2003 Figure 9: Crédits d’élimination/inactivation aux Etats-Unis

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II. La désinfection physico-chimique A.

Principe chimique

La désinfection physico-chimique d’une eau fait appel à des réactifs de désinfection qui sont des oxydants forts : chlore, dioxyde de chlore, ozone, peroxyde d’hydrogène (peu utilisé). Une fois introduit dans une eau exempte de turbidité et/ou Matières Organiques, cet oxydant va détruite les micro-organismes présents. Une désinfection complète et efficace requiert cependant une certaine dose de désinfectant (ou concentration C) et un certain temps de réaction, noté T : il s’agit ici du concept de CT qui permet d’évaluer l’efficacité d’une désinfection et que nous explicitons ci-après.

B.

Concept de CT

1. Définition  C est la concentration résiduelle en désinfectant dans l’eau en (mg/L)  T est le temps de contact (ou de réaction) en min Le CT est le produit de ces 2 paramètres et s'exprime donc en "mg.min/L" Il est évident que plus le produit CT est grand, plus la désinfection sera efficace. Cependant le CT requis pour chaque désinfectant est fonction de la puissance de ce dernier. Le CT permet donc de : classer divers désinfectants par ordre d'efficacité vis-à-vis d'un micro-organisme déterminé comparer la sensibilité de divers micro-organismes à un même désinfectant

Figure 11: Efficacité de divers désinfectants sur Escherichia Coli

Figure 10: Efficacités du chlore sur 2 micro-organismes (pH=6,6 - T=5°C)

12

Ozone

Chlore

Chloramine

pH : 6 à 7

pH : 6 à 7

pH : 8 à 9

Dioxyde de chlore pH : 6 à 7

0,02

0,03 - 0,05

95 - 180

0,4 - 0,75

0,1 - 0,2

1,1 - 2,5

770 - 3500

0,2 - 6,7

0,006 - 0,06

0,01 - 0,05

3810 - 6480

0,2 - 2,1

Kyste de Giardia lambia

0,5 - 0,6

15 - 150

2200

26

Kyste de Giardia muris

1,8 - 2,0

30 - 630

1400

7,2 - 18,5

2,5 - 18,4

7200

7200*

78*

Microorganismes

E. Coli Poliovirus 1 Rotavirus

Kyste de Cryptosporidium

* pour une inactivation de 90 % (log). Figure 12: Valeurs de CT pour l'inactivation de 2 log de différents microorganismes

Nota important Pour exprimer l’abattement des micro-organismes dans l’eau, on s’exprime souvent en nombre de "log". Cela signifie : 1 2 3 4 5

log log log log log

= = = = =

90 % d’abattement 99 % d’abattement 99,9 % d’abattement 99,99 % d’abattement 99,999 % d’abattement

Et ainsi de suite…

13

2. Notion de T10 Un réservoir de contact n’est jamais hydrauliquement parfait. Aussi, le temps de contact théorique qui correspond au temps de séjour hydraulique

Désinfection insuffisante Entrée

Sortie

n’est en

Passage préférentiel

fait pas respecté dans des réservoirs de désinfection mal conçus avec des passages préférentiels (schéma ci-contre).

On définit alors le T10, qui est le temps au bout duquel 10% de l’eau entrant dans le réacteur en est déjà sortie. C’est ce temps T10 qui servira de référence pour le calcul du CT.

Temps de contact théorique : 60 min

C

Temps de contact mesuré : 10 min

Zones mortes

T10 = temps au bout duquel 10% de l’eau entrant dans le réacteur en est déjà sorti T10 : temps réel (design contacteur)

 : temps de séjour hydraulique

Chaque réservoir se verra affecté d’un coefficient T10/ζ, fonction de sa disposition géométrique.

= V/Q (conditions d’exploitation) CT10 = C  x T10/  T10

 = V/Q

Time

 La fiabilité d’une désinfection physico-chimique peut donc se résumer avec le schéma suivant :

OBJECTIFS : Fiabilité de la désinfection (ozone, chlore,…)

(concentration)

C x

T

(temps de contact)

Limites :

- Maîtrise du temps de contact : optimisation de T10/ 

- Niveau de résiduel

- Connaissance de

- Qualité organoleptique - Sous produits d’oxydation

l’ hydrodynamique du système - Modélisation :CFD

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C.

Conception des réacteurs de contact

De ce qui précède, on comprend aisément qu’un bon réacteur de contact un réacteur :

Exemple de ratio T 10/  pour une bâche de chloration

Permettant un bon mélange du désinfectant avec l’eau Evitant les passages préférentiels et les zones mortes Mieux le réacteur sera conçu, plus son coefficient T10/ζ sera élevé, comme illustré sur le schéma ci-contre.

Mauvais

T10/  = 0,1 à 0,3

Bâche classique T10/  = 0,3 à 0,5

Contacteur optimisé T10/  = 0,5 à 0,7

La figure ci-contre nous donne une estimation de la valeur du rapport T10/ζ, en fonction du rapport longueur/largeur d’une bâche de chloration. Il est évident que plus ce rapport est grand, meilleur est le temps de contact (bâche en forme de couloir) car les zones mortes sont limitées.

Figure 13: Relation entre T10/Tau et L/l dans un réacteur de chloration

Les 2 schémas ci-dessous montre que pour deux réservoirs de même volume, le CT peutêtre très différent selon qu’on ajoute des chicanes ou non.

CT = 7 mg/l.min

CT = 3 mg/l.min

15

D.

Le chlore

Le chlore est l’agent désinfectant le plus utilisé en traitement des eaux. On le trouve sous forme de : chlore gazeux Cl2 : ▪ liquéfié en bouteilles ou en tanks, ▪ utilisé par prélèvement direct en phase gazeuse, ou en phase liquide par l'intermédiaire d'un évaporateur, ▪ et introduit dans l'eau après dosage et mise en solution dans un appareil appelé chloromètre) d'hypochlorite de sodium: NaOCl (liquide: eau de Javel), d'hypochlorite de calcium: Ca(OCl)2 (en poudre)

1. Action du chlore Le chlore a les effets et propriétés suivants : Il est bactéricide, virulicide et algicide Il oxyde la matière organique sur les matières organiques Il oxyde le fer (Fe) et le manganèse (Mn) en les transformant en hydroxydes insolubles Il présente de nombreux avantages et cependant quelques inconvénients résumés dans le tableau ci-contre.

Avantages du chlore  Rémanence en désinfection  Aide la coagulation et la filtration  Bon marché et simple de mise en œuvre

Inconvénients eau ne doit pas contenir de Matières Organiques à cause du risque de production de sous-produits toxiques (haloformes/chlorophé nols, etc.)

2. Formes du chlore dans l’eau Réactions du chlore avec l'eau : dissolution – hydrolyse Dans l’eau, en l’absence de MO et d’agents réducteurs, le chlore forme l’acide hypochloreux HOCl selon la réaction ci-contre. L’acide hypochloreux se dissocie partiellement ensuite pour former H+ et OCl- (ion hypochlorite) au pouvoir désinfectant beaucoup moins grand que HOCl.

 Cl2 + H2O



HOCl acide hypochloreux

+

HCl

acide chlorhydrique

 NaOCl + H2O  OCl- + Na+ puis

OCl- + H+  HOCl Définitions

L'acide hypochloreux et l'ion hypochlorite sont aussi appelés chlore libre, en opposition au chlore combiné (en particulier les chloramines). L'acide hypochloreux est aussi dénommé chlore libre actif.

16

3. Impact de la température et du pH sur l’efficacité du chlore en désinfection La répartition des 2 formes de chlore libre (HOCl et OCl -) dans l’eau est un équilibre acido-basique fonction du pH de l’eau. Plus le pH est acide, plus HOCl est majoritaire (cf. figure ci-dessous). Cela signifie que la désinfection est d’autant plus efficace que le pH est acide Au-delà de pH = 8, il faut largement augmenter le CT pour une désinfection complète.

!!

Figure 14: Dissociation de HOCl en fonction du pH

Figure 15: Illustration des différences d’efficacité entre formes de chlore

17

Pour des pH inférieur à 8, on considère généralement qu’un temps de contact de 30 minutes avec un résiduel de chlore libre de 0,5 mg/L est suffisant pour assurer une bonne désinfection.

Valeurs de CT en mg.min/L pour l'inactivation des virus par le chlore Figure 16: Valeurs de CT en mg.min/L pour l'inactivation des virus par le chlore

Température 0,5 °C 5 °C 10 °C 15 °C 20 °C 25 °C

2 log d'inactivation pH 6-9 10 6 45 4 30 3 22 2 15 1 11 1 7



Désinfection finale : abattement de 4 log de virus 0,5 mg/L pendant 30 min à pH < 8

Chlore gazeux

Stabilité

Forme physique du produit commercial

Teneur en chlore actif (%)

gaz liquéfié

99

(dans le temps)

Sécurité

Dissolution

excellentes

très toxique

Cl2 Hypochlorite de sodium (eau de javel)

Stabilité très moyenne liquide jaune

4 à 15

risque d’entartrage

NaOCl Hypochlorite de calcium Ca(OCl)2 Dioxyde de chlore ClO2

bonne solubilité

solide blanc (poudre, granulés, galets)

gaz en solution

très stable 60 à 70

se prépare normalement

mauvaise solubilité

très irritable corrosif

corrosif inflammable dangereux

peu stable

0.1 à 1 %

explosif corrosif

Figure 17: Le chlore sous ses différentes formes

18

4. Le chlore gazeux – stockage et dosage Stockage  Liquide sous pression  Locaux indépendants

Système de distribution/dosage  Evaporateur (éventuel)  Détente  Réglage et contrôle de Qgaz (chloromètre)  Mise en solution du gaz (hydroéjecteur)  Injection de l’eau chlorée avec mélange

Figure 18: Chlore gazeux Cl2 - stockage en bouteilles (15, 30 ou 50 kg)

5. Stockage de chlore liquide & Installations classées Le chlore étant un gaz très toxique, son stockage et son utilisation sont soumis à des règles de sécurité strictes (port de gants, lunettes de protection, masque / stockage séparé des autres produits / etc.). En France, en fonction de la taille de l’installation, celle-ci est soumise à une déclaration ou une autorisation des autorités publiques avant exploitation (cf. tableau ci-dessous)

Capacité récipient

Volume stocké

Installation soumise à

Rayon d'affichage

> 100 kg et < 500 kg

déclaration

-

> 500 kg et < 1 t

autorisation

1 km

> 60 kg

> 60 kg et < 1 t

autorisation

1 km

-

> 1 t et < 25 t

autorisation

3 km

-

> 25 t

autorisation avec servitude

3 km

< 60 kg

19

6. L’eau de javel On trouve l’eau de javel à différentes concentrations de Chlore Actif (CA) : Industrielle : 47-50 °Cl = 149-159 g/L CA Commerciale : 15 °Cl = 47,5 g/L CA L’eau de javel est obtenue par électrolyse de chlorure de sodium NaCl C’est une solution alcaline, c’est-à-dire qu’elle libère des ions OH- en réagissant avec l’eau : NaClO + H2O  Na+ + OH- + HOCl C’est pourquoi il y a un risque de précipitation de calcaire lorsqu’on injecte de l’eau de javel dans une eau dure.

Stabilité de l’eau de javel L’eau de javel est un réactif moyennement stable, qu’il est conseillé de ne pas stocker plus de quelques jours à quelques semaines. La décomposition est accélérée par : Une hausse de la température La présence de Nickel, Cobalt, Fer En période froide, on peut observer une

Figure 19: Ensemble de dosage d'eau de javel, avec bac et pompe doseuse

chute de 10 g/L CA en 4 semaine (~10%)

En période chaude, on peut observer une

chute de 40 g/L CA en 4 semaines (~30%)

7. Le chlore dans le réseau de distribution Le chlore doit non seulement servir à la désinfection de l’eau en fin de traitement, mais également permettre un transport de l’eau sécurisé dans le réseau de distribution , et ce jusqu’au robinet du consommateur. En général, on vise un résiduel de chlore libre de 0,3 à 0,5 mg/L au robinet du consommateur. La dose de chlore à injecter en sortie de station de traitement est donc fonction de la qualité de l’eau et de la taille du réseau. Pour les réseaux très grands, il y a possibilité de rechloration ponctuelle en des points choisis.

20

III. Exemple de dimensionnement d’une bâche de contact Enoncé et questions     

Débit d’eau à traiter : 1 000 m3/h Inactivation de virus souhaitée : 4,0 log Température de l’eau : 10°C pH : 7,5 Concentration en chlore résiduel : 0,5 mg/L

Quel doit être le volume de la bâche de désinfection au chlore? Combien de chicanes sont nécessaire si la hauteur d’eau Heau = 3m ? On prendra une bâche ayant un rapport T10/Tau = 0,6

Solution  Pour obtenir 4 log d'inactivation de virus à 10°C, il faut un CT de 6 mg/L.min (cf. figure 16) d'où T10 =

6 = 12 mn 0,5

 = 0,6

Si T10/

alors

=

12  20 mn 0,6

d'où le volume du réservoir de contact

=

1000 x 20 = 334 m3 60

 Si la hauteur d'eau est de 3 m, alors la surface de la bâche est 334/3 = 111 m2 soit environ 10 x 11 m (L x l). Pour avoir un T10/

 de 0,6

avec 4 chicanes on obtient :

l'abaque donne L/l

=

L / l = 22

5 x 10 x 5 11



22,7

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Questions supplémentaires Quel serait les volumes de la bâche de désinfection pour : 1 2 3 4

2 chicanes un pH de 10 (et 4 chicanes) une température de 0,5°C (et pH de 7,5) éliminer 1 log de Giardia (CT= 57)

Question 1 :

L 3 x 10 x 3 = =8 l 11

Si l'on ne mettait que 2 chicanes Il faudrait alors un volume de

et T10/

 ne serait plus que de 0,4.

12 = 30 mn, soit 500 m3 pour garantir une même efficacité de la 0,4

désinfection. Question 2 : Pour un pH de 10, le CT est de 45 D'où V = 1000/60 * 45/0,5/0,6= 2 500 m3! Question 3 : A 0,5 °C et pH 7,5, le CT = 12 mg/L.min ce qui correspond au double du CT à 10°C. Le volume de la bâche est donc doublé par rapport au premier calcul d'où V = 668 m3 Question 4 : Pour 1,0 log d'inactivation de kystes de Giardia à 10°C et pH=7,5, avec du chlore, il faudrait un CT de 57 mg/L.min. soit un T10 de

un

57 = 114 mn, 0,5

 de 114 = 190 mn, 0,6

soit un volume de 3200 m3 !

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Conclusion Il est très important, lorsque l’on met en œuvre une désinfection physico-chimique au chlore, de savoir : Quels sont les organismes pathogènes à éliminer Quelles sont les conditions physico-chimiques de l’eau (température et pH notamment) C’est avec ces données que l’on peut définir un CT adéquat et donc un volume de bâche de contact pour une désinfection efficace. C’est la condition pour la fourniture au consommateur d’une eau sans danger pour la santé.

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Bibliographie Les principaux ouvrages, textes et articles de référence dans lesquels les informations ayant permis d’élaborer le présent document sont cités ci-après :  Mémento technique de l’eau – Degrémont – édition n°10, 2005  Le traitement des eaux, 2ème édition revue et améliorée – Raymond DESJARDINS – édition de l’Ecole Polytechnique de Montréal, 1997

Webographie  Sans objet

Acronymes et glossaire  Sans objet

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5 - Désinfection au chlore et UV

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