Généralités.
Étant donné la diversité des micro-organismes présents dans l'eau à traiter, les conditions de désinfection adoptées doivent permettre un traitement efficace sur toutes les populations de germes. Ceci doit également être valable si l'eau à désinfecter est momentanément turbide, ou possède une certaine teneur en matières organiques, qui pourraient interférer lors de la désinfection. Dans la pratique, pour prendre en compte ces considérations, on recommande des conditions de CT pour chaque désinfectant.
Dans ce cas, T correspond au temps de contact moyen dans la bâche de désinfection, et C au résiduel d'oxydant mesuré en sortie de la bâche.

Chlore.
Conditions bactéricides : maintien d'un résiduel de chlore libre de 0,1 à 0.2 mg/l pendant 10 à 15 minutes (à pH < 8).
Conditions virulicides : 0,3 à 0,5 mg/l pendant 30 à 45 minutes (à pH < 8).

Bioxyde de chlore.
Conditions bactéricides : 0,1 à 0,2 mg/l pendant 5 à 10 minutes.
Conditions virulicides : 0,3 à 0,5 mg/l pendant 30 minutes.

Ozone.
Conditions bactéricides : 0,1 à 0,2 mg/l pendant 1 à 2 minutes.
Conditions virulicides : 0,3 à 0,5 mg/l pendant 4 minutes.

Désinfection U. V. - Notion de dose d'exposition létale :
La quantité d'énergie reçue par un micro-organisme soumis à un rayonnement U.V. est égale à

avec :

• D : énergie reçue par unité de surface ou dose d'exposition (mJ/cm²).
• I : puissance reçue par unité de surface, dépendant de la puissance de lampe utilisée, de sa géométrie, du trajet parcouru par le rayonnement U.V., et du coefficient d'absorption des U.V. dans l'eau à traiter (µW/cm²).
• t : durée d'exposition au rayonnement (secondes).

La dose d'inactivation (dose d'exposition létale), dépend du micro-organisme cible. La résistance des germes au rayonnement U.V. peut varier de manière importante.
D'une manière générale, on considère que la dose de rayonnement appliquée doit être d'au moins 25 mJ/cm² (ou 250 J/m²). Les effets bactéricides et virulicides sont immédiats, mais il n'y a pas de rémanence.

(formation d'acide hypochloreux HClO et d'acide chlorhydrique HCl),
qui s'accompagne de la réaction secondaire :

(formation de l'ion hypochloreux ClO^- et de l'ion hydrogène H⁺,

ceci donc, en fonction du pH (et de la température) :

 
C'est l'acide hypochloreux (formule : HClO - masse molaire : 52,5) qui est le véritable agent désinfectant. Il est désigné par le terme «chlore libre actif» par opposition au chlore libre en réserve sous forme d'hypochlorite ClO^- et au chlore combiné composé de monochloramine, dichloramine et trichloramine, résultant de la réaction du chlore sur l'ammoniaque et les matières organiques qui donnent des chloramines organiques.
Pour une teneur en chlore libre donnée, le pourcentage de formation de chlore libre actif est d'autant plus élevé que le pH et la température sont plus bas.

Formes chlorées en fonction du pH :

EFFICACITÉ COMPARÉE DE HClO ET ClO- POUR L' INACTIVATION DE 99 % DE LA BACTÉRIE E. COLI :

Nota :
Un des mécanismes biocides des réactifs chlorés a été mis en évidence (Université du Michigan - USA, 2008) :
HClO aurait pour effet de déstructurer les chaînes des protéines bactériennes, qui, de ce fait perdraient leur fonction. Par ailleurs, des sites actifs jusqu'alors protégés deviennent "visibles" et actifs, ce qui se traduit par des agrégations de protéines (en "grosses" pelotes) et forment donc des déchets qui amènent finalement la morts des bactéries.

Demande en chlore libre - Point-de-rupture.
Eau sans ammoniaque :
Lorsque l'on ajoute du chlore en quantités croissantes à l'eau et que l'on mesure après un temps de contact donné (en général 30 mn) le chlore résiduel total et le chlore libre, on constate que la teneur en chlore est nulle jusque un certain taux de chlore injecté, à partir duquel il est décelé du chlore résiduel total. Cette consommation de chlore représente la demande en chlore de l'eau.
Ensuite, la teneur en chlore résiduel total augmente proportionnellement avec le taux de chloration.

Eau contenant de l'ammoniaque :
On retrouve le phénomène de la demande en chlore, puis en augmentant le taux de chloration,
la teneur en chlore résiduel total :

• commence par croître,
• puis décroît jusqu'à un minimum,
• et de nouveau, se remet à croître.

Le chlore libre est nul tant que le chlore résiduel total n'a pas atteint ce minimum, et ce n'est qu'au delà qu'il commence à croître.
Le chlore combiné commence par croître puis décroît ensuite constamment.
On appelle "point de rupture" (ou BP, break-point) le taux de chlore nécessaire pour obtenir le minimum de chlore résiduel total.

avec,
A : destruction du chlore par les composés minéraux,
B : formation de composés chlorés organiques et de chloramines,
C : destruction des chloramines par ajout de chlore supplémentaire,
D : production de chlore actif.

La chloration au break-point entraîne la disparition totale de l'ammoniaque.
Pratiquement, pour être sûr de chlorer au delà du BP, il faudra avoir dans l'eau un chlore résiduel libre d'au moins 0,4 mg/l, et une différence entre chlore résiduel total et chlore libre aussi faible que possible.
Des essais montrent que le taux de chloration est égal à environ 10 fois le taux d'ammoniaque à éliminer.
Certain procédé (REGAM - Brevet CGE par exemple) permettent d'ajuster automatiquement le taux de chlore injecté à partir de la mesure du chlore libre lorsque la teneur en ammoniaque de l'eau est variable.

Points d'application du chlore.
Une chloration bactériostatique est réalisée impérativement en fin de filière de traitement (même après une postozonation) à un taux assurant un résiduel de chlore libre de 0,4 mg/l au minimum.
Le point d'injection sera aussi éloigné que possible de la sortie de la tour de postozonation, du fait de la compétition de ces 2 agents désinfectants.
Suivant la configuration du réseau, il se peut qu'en des points éloignés de l'usine de production, il ne soit possible d'avoir un résiduel suffisant qu'au prix d'un résiduel très important en sortie d'usine. Dans ce cas des chlorations en divers points du réseau peuvent être envisagées.
Pour l'élimination de l'ammoniaque il sera recherché un point de chloration intermédiaire où l'eau est débarrassée au maximum des matières organiques et à l'aval duquel il est possible de disposer d'un temps de contact d'une heure environ avant la sortie d'usine, temps nécessaire pour la disparition des chloramines responsables de mauvais goût La formation de Trihalométhanes sera également réduite.
Dans bien des cas, la seule possibilité réside dans la chloration de l'eau décantée (au détriment de l'élimination biologique au cours de la filtration).

Stockage distribution du chlore.
Le chlore est stocké dans des bouteilles de 50 kg ou des tanks de 1 000 kg sous une pression de 5 bars environ : il est donc à l'état liquide.
C'est un gaz jaune verdâtre, irritant, deux fois et demi plus lourd que l'air (d = 2.491) et qui peut occasionner des dégâts importants en cas de fuite.
La constitution d'un dépôt d'une capacité supérieure actuellement à 150 kg est soumise à une réglementation qui impose notamment l'installation dans un local séparé, d'un dispositif de neutralisation des fuites :

• capacité du dépôt comprise entre 150 et 500 kg : la bouteille de chlore où se manifeste la fuite est immergée dans un bac rempli de soude,
• capacité du dépôt supérieure à 500 kg : les vapeurs de chlore sont aspirées par un ventilateur et neutralisées dans une tour de contact à l'aide d'une solution composée de soude et d'hyposulfite de sodium.

L'installation est enclenchée automatiquement à partir d'un détecteur de fuite.

Des dispositions de sécurité sont à prendre par le personnel lors de leur intervention sur les récipients de stockage.

La distribution est assurée à l'aide de chloromètres montés directement sur les récipients et à fonctionnement sous vide, ce qui permet d'assurer une fermeture automatique du récipient en cas de fuite sur la conduite véhiculant le chlore gazeux.
Le chlore étant stocké à l'état liquide et soutiré à l'état gazeux, pour une température de 20° C environ, les débits maxima pouvant être soutirés sont de :

• 1 kg/h pour une bouteille de 50 kg,
• 20 kg/h pour un tank de 1 000 kg.

Nota : 1 litre de chlore liquide = 456,81 litre de Cl2 gazeux (0°C et pression de 1 atm).

Toxicité :

• 50 mg/l pendant 1 h > issue fatale possible,
• 500 mg/l pendant 5 mn > issue fatale,
• 1000 mg/l instantanément > issue fatale.

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Lien (canadien) sur les effets du gaz chlore sur la santé.

 NOTA : voir également les pages spéciales sur l'eau de Javel.

• action du chlore sur le chlorite de sodium, Cl₂ + 2 NaClO₂ >>> 2 ClO₂ + 2 NaCl
• action de l'acide chlorhydrique sur le chlorite de sodium, 4 HCl + 5 NaClO₂ >>> 4 ClO₂ + 5 NaCl + 2H₂O.

Dans ce second procédé pour obtenir la même quantité de dioxyde de chlore, il faut 2,5 fois plus de chlorite de soude. Il est donc plus coûteux et réservé aux usines où il n'est pas possible de disposer d'un dépôt de chlore gazeux.
Pour la fabrication du dioxyde de chlore à partir de chlore gazeux, dans les réacteurs modernes à boucle d'enrichissement d'eau chlorée, il faut :

• 0,6g de chlore
• 1,34 g de chlorite de soude

pour obtenir 1 g de dioxyde de chlore.
La solution de ClO₂ doit être peu concentrée et distribuée immédiatement.

Le chlorite de soude peut être livré :

— soit en poudre pour la préparation d'une solution à une concentration maximale de 200 g/1. Il est alors nécessaire d'utiliser de l'eau adoucie pour éviter la précipitation de carbonates,

— soit en solution concentrée à 300 g/l et de densité 1,23.

C'est un produit dangereux à manipuler et les solutions concentrées sont à conserver à une température supérieure à 10°C.
Les réactifs et le réacteur (générateur) doivent être installés dans des locaux indépendants ouvrant directement sur l'extérieur.
Exemple d'installation :

Les avantages du dioxyde de chlore peuvent se résumer ainsi :

• fort pouvoir germicide indépendant du pH dans les limites de 6 à 10 ;
• il ne génère pas de goût;
• il ne forme pas de trihalométhane ;
• il ne forme pas de chlorophénol ;
• persistance de son pouvoir désinfectant dans le réseau double de celle du chlore.

Mais il présente un certain nombre d'inconvénients :

• il est incompatible avec l'ozone : l'injection du dioxyde doit être effectuée sur l'eau ne contenant plus d'ozone,
• il n'a aucune action sur l'ammoniaque,
• la présence de ClO₂ dans le réseau,
• la nécessité, pour la préparation du dioxyde, d'opérer avec un excès de chlore afin d'éviter la présence de chlorite dans le réseau.

Mode d'action.
Grâce à son potentiel élevé d'oxydation, l'ozone oxyde les composants de cellules de la paroi des cellules bactériennes.
C'est une conséquence de la pénétration des parois de cellules. Une fois que l'ozone entre dans les cellules, il oxyde tous les composants essentiels (enzymes, protéines, ADN, ARN). Quand la membrane cellulaire est endommagée durant ce procédé, la cellule se brise. Ceci est appelé la lyse.
Le mécanisme mentionné ci-dessus diffère des ceux des halogènes (tels que le chlore), qui sont généralement employés. Le chlore est connu pour pénétrer les cellules par diffusion. A l'intérieur de la cellule, le chlore affecte plusieurs types d'enzyme.

Suivant les conditions d'utilisation et les milieux réactionnels, l'ozone peut agir dans l'eau selon quatre procédés d'oxydation :

• oxydation simple due à l'oxygène naissant, résultant de la dissociation de O₃ en une molécule d'oxygène (O₂) et un atome (O^2-),
• catalyse de l'oxydation par O₂ dissous,
• ozonolyse : véritable cracking des molécules organiques par destruction des ozonides formés,
• oxydation radicalaire : formation de radicaux du type hydroxyle et hydroperoxyde, eux mêmes très réactifs.

Ainsi l'ozone possède de nombreuses propriétés qui sont mises à profit pour :

• la destruction de presque tous les goûts et odeurs,
• la décoloration de l'eau,
• la destruction en forte proportion des algues,
• la destruction des germes pathogènes, 20 à 30 fois plus rapide qu'avec le chlore,
• l'inactivation des virus,
• l'élimination de certains pesticides,
• la destruction des détergents en très fortes proportions,
• l'élimination complète des phénols,
• la réduction très sensible des substances extractibles au chloroforme (qui constituent une mesure analytique globale des micropolluants organiques),

L'ozone est sans effet sur l'ammoniaque.

La matière organique se trouve donc partiellement oxydée et devient plus facilement biodégradable. Ceci entraîne une plus grande quantité de carbone organique dissous biodégradable (CODB, ou BDOC en anglais). Par conséquent, l'ozone améliore le procédé d'élimination de la matière organique naturelle par un filtre subséquent, lorsqu'il est utilisé en tant que pré-oxydant.
En combinaison avec un filtre biologique, ce traitement a, généralement, pour conséquence la réduction de 40 à 60% du carbone organique dissous (COD).
Notons que la combinaison coagulation–ozone–bio filtration, permet une réduction du COD d'environ 65%. Lorsque la bio-filtration seule était utilisée, le taux de réduction est seulement de 10-15%.

Nota : une dose d'ozone de 0,4 mg/L pendant 4 minutes est généralement efficace pour de l'eau prétraitée.

Par ailleurs, l'ozone peut être efficace pour l'oxydation de plusieurs pesticides. Dans une unité de traitement de l'eau au Pays-Bas, il a été prouvé que trois barrières (stockage>ozonation>filtre à charbon actif (filtre CAG)) sont efficaces et assez sures pour l'élimination des pesticides. Sur 23 pesticides testés, 50 % furent suffisamment dégradés (80 % de dégradation).
Pour les pesticides très résistant, un plus fort dosage d'ozone est conseillé, ou de l'ozone combiné au peroxyde d'hydrogène.

La combinaison "combinaison coagulation–ozone–bio filtration" a donc plusieurs avantages :

• L'élimination de la matière organique et inorganique
• L'élimination des micropolluants, tels que les pesticides
• L'amélioration du procédé floculation/coagulation-décantation
• L'amélioration de la désinfection et la réduction des sous-produits de désinfection
• L'élimination des goûts et des odeurs
  

Comme c'est le cas pour l'oxydation des pesticides, l'ozone combiné au peroxyde d'hydrogène est plus efficace que l'ozone seul. La geosmine et le 2-méthylisoborneol (MIB) sont des exemples de composés odorants résistants, qui sont souvent présents dans l'eau. Ils sont produits par une algue et ont une faible odeur et un léger goût. Néanmoins, l'ozone a encore une très grande action sur ces composés.

Exemple d'effet de l'ozone et de traitement subséquent pour la réduction de le goût et l'odeur effectués sur un pilote de traitement à Saint-Maur (France) :

Traitement	Seuil de goût moyen	Réduction de la saveur (%)
eau brute	10	-
eau décantée	7	30
eau filtrée	5,3	47
eau filtrée + ozone	3,3	67
filtre à sable (sans ozone)	3	70
filtre à sable + ozone	3	70
sable + CAG	2,8	72
sable + CAG + ozone	1,8	82
CAG	2,3	77
CAG + ozone	2,8	72

(source : lenntech.fr, Pays-Bas)

Désinfection.
C'est l'application la plus ancienne de l'ozone qui est le seul désinfectant capable d'inactiver les virus en un temps relativement court.
Pour cela la quantité d'ozone à appliquer doit être suffisante pour que le résiduel soit encore de 0,4 mg/l après 4 minutes de temps de contact (condition virulicide).
La désinfection est pratiquée après la filtration sur sable et, dans le cas où une usine est dotée d'un second étage de filtration sur charbon actif, à l'amont de celle-ci pour que soit retenu le carbone organique biodégradable (post-ozonation).
Mais l'ozone est instable et ne subsiste pas dans l'eau. Une chloration bactériostatique est alors indispensable avant refoulement de l'eau dans le réseau de distribution.
Exemple :

(d'après Études et Publication Perrine D, Langlais B, Georges P - 1990)

Autres applications.
Nota : ces autres applications ne constituent pas le stade de désinfection par l'ozone appelé
« post-ozonation ».
L'ozone peut donc être injecté :

• directement sur l'eau brute (préozonation) à un taux compris entre 0,5 et 1 g/m3.
  Il modifie la structure de certaines matières qui passent de l'état dissous à l'état colloïdal ou en suspension.
  Le résultat est une meilleure décantabilité qui se traduit par une économie de coagulant de 15 à 20%.
  De plus, la demande en ozone pour la désinfection peut être réduite dans une forte proportion,
  
• sur l'eau décantée (inter-ozonation) pour oxydation du manganèse qui sera retenu sur les filtres et/ou conditionnement de l'eau pour élimination biologique de l'ammoniaque au cours de la filtration.

Principe d'une installation d'ozone.
Une installation d'ozone comprend 4 parties :

1. Traitement de l'air;
2. Génération de l'ozone.;
3. Mise en contact de l'eau et de l'air ozonée ;
4. Devenir de l'ozone des évents.

Exemple de schéma général d'une installation d'ozone :

 

1 - Traitement de l'air.
D'une manière générale le conditionnement de l'air est assuré par les équipements suivants :

• surpresseur ou compresseur;
• réfrigérant primaire (échangeur thermique à circulation d'eau);
• groupe frigorifique ;
• dessicateur.

L'air traité doit être parfaitement dépoussiéré, froid et extrêmement sec

ceci pour la sauvegarde des matériaux entrant dans la fabrication des ozoneurs et pour le rendement de production.
Au cours de la formation ce l'ozone, l'ionisation de l'air forme des composés oxydés de l'azote, principalement N₂O et N₂O₅. En présence d'eau, l'anhydride nitrique se transforme en acide très corrosif.
Les compresseurs ou surpresseurs sont des machines bruyantes dont le réchauffement est important. Ils sont installés dans un local insonorisé et très aéré, soit naturellement, soit par ventilation forcée.
Exemple de schéma de principe d'installation du traitement de l'air:

2 - Génération de l'ozone.
L'ozone étant instable il doit être produit sur les sites d'utilisation.
Une production d'ozone est en réalité l'enrichissement d'un courant d'oxygène (oxygène pur ou air), en ozone, obtenu en soumettant celui-ci à un arc électrique.
Un ozoneur industriel est un assemblage de tubes (générateurs) élémentaires constitués de deux électrodes conductrices situées en regard l'une de l'autre :

• une électrode centrale en acier inoxydable,
• une électrode de masse constituée par un tube en acier inox refroidi par circulation d'eau.

L'espace entre elles est occupé par deux diélectriques dont l'un est en verre très mince à permitivité élevée et l'autre l'air ou tout autre mélange gazeux oxygéné.
Sous l'action d'une tension alternative de faible valeur, le système se comporte comme un condensateur.
Exemple de schéma d'un tube élémentaire :



Pour des tensions supérieures à une limite dite seuil, le gaz s'ionise et devient conducteur de l'électricité, on observe l'apparition de décharges lumineuses et la formation d'ozone.
La production d'ozone peut être ajustée par réglage de la tension appliquée de façon manuelle ou automatique à partir d'un analyseur d'ozone résiduel, par exemple pour une postozonation.
La majeure partie de l'énergie est dispersée sous forme de chaleur qui est évacuée par l'eau circulant autour de l'électrode de masse.
L'eau de refroidissement est en général de l'eau prélevée sur le circuit d'eau de service de l'usine et restituée à la citerne d'eau traitée. Si la teneur de cette eau est quelque peu élevée en chlorures, pour éviter l'attaque de l'acier inox, il est nécessaire de prévoir un circuit fermé d'eau de refroidissement.

Exemple de batterie d'ozoneurs industriels (1995-2000) :

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-
Ozoneurs industriels

3 - Mise en contact de l'eau et de l'air ozonée.
Trois modes de diffusion peuvent être utilisés :

• des diffuseurs poreux qui, insensibles aux variations de débit d'eau ou de gaz, présentent un bon rendement de transfert (90 à 95 %). Mais suivant le point d'application dans la chaîne de traitement, ils peuvent s'encrasser durant les arrêts de l'installation. Une solution consiste à maintenir dans ceux-ci une diffusion d'air non ozonée;
• des turbines auto-aspirantes qui permettent de recycler les évents ozonés. Elles peuvent travailler sous une forte ou faible hauteur d'eau. Elles sont grosses consommatrices d'énergie (50 à 70 Nwh/Nm3) et le rendement de transfert est médiocre sous une faible hauteur d'eau ;
• des émulseurs. Ils permettent une homogénéisation parfaite entre le gaz et l'eau, le recyclage des effluents ozones et ont un excellent rendement (95 %). Par contre ils nécessitent une charge motrice, le débit d'eau et de gaz ozonés doivent être constants et le temps de contact est court.

La diffusion est réalisée dans des cuves en béton armé :

• Préozonation : diffusion dans une cuve assurant un temps de contact de 2 mn, par turbine (ou émulseur) alimentée par les évents de la tour de postozonation et directement par l'ozoneur,
• Inter-ozonation : diffusion dans une cuve assurant un temps de contact de 2 mn par poreux alimentés à partir de l'ozoneur,
• Postozonation : diffusion en deux temps par poreux dans une cuve comportant 2 compartiments :
  • Compartiment 1, déterminé pour un temps de contact de 2 mn. La quantité d'ozone injectée est telle qu'en sortie on dispose d'un résiduel d'ozone dissous de 0,4 g/m3. C'est le stade d'oxydation ;
  • Compartiment 2, déterminé pour un temps de contact de 4 mn. La quantité d'ozone injectée permet de maintenir le résiduel de 0,4 mg/l.

Exemple de tour de diffusion d'ozone :

 

 Avec :

1 - Siphon d'entrée

2 - 1er compartiment

3 - 2ème compartiment

4 - Siphon de sortie

5 - O3 vers le destructeur thermique

Dans le premier compartiment le contact a lieu à contre-courant et dans le second à co-courant. Pour obtenir un rendement satisfaisant, la hauteur d'eau au-dessus des poreux doit être comprise entre 3,50 et 4 m. La tour comporte des «joints hydrauliques» pour que l'air ozone reste emprisonné à la partie supérieure afin d'être évacué par des évents.

4 - Devenir de l'ozone des évents.
L'ozone qui se dégage inévitablement à la partie supérieure de la tour de post-ozonation peut être :

• rejeté directement dans l'atmosphère par des évents d'une grande hauteur. Les évents font que généralement règne une odeur d'ozone dans l'environnement;
• rejeté dans l'atmosphère après dilution par apport de 10 volumes d'air frais dans un volume d'air ozone et une éjection de ce mélange à une vitesse permettant une nouvelle dilution dans l'atmosphère;
• recyclé en préozonation ;
• recyclé en tête de la tour de postozonation qui comporte donc un compartiment supplémentaire à l'aide d'une turbine ;
• détruit par :
  • • chauffage à une température voisine de 350° C pendant quelques secondes,

    • passage sur un lit catalytique (catalyseur à base de palladium ou de manganèse).

Destruction des réactifs.
Destruction de l'OZONE OU CHLORE résiduels :
II peut être nécessaire quelquefois de détruire l'ozone résiduel de l'eau (pompage auxiliaire en sortie de tour de postozonation) ou le chlore résiduel (lavage des filtres à l'aide d'eau non chlorée) par injection de Sulfite de sodium, Disulfite de sodium, Sulfate ferreux ou Dioxyde de soufre (SO2).
Le plus souvent :
du bisulfite de soude ou disulfite de sodium (Sodium Hydrogénosulfite - NaHSO₃).
Celui-ci est livré en solution commerciale à 310g/l de gaz sulfureux SO2 (500 g/I de NaHSO₃, d = 1,32) par 30 l, 60 1 ou vrac.
Dans ce dernier cas l'installation doit comprendre un dispositif de neutralisation par la soude des vapeurs de SO2 qui se dégagent lors du remplissage de la cuve de stockage.
Pour les petites installations, celles-ci seront logées dans un local indépendant bien aéré.

Il faut:

• 2,17 g de disulfite pour détruire 1 g d'O₃,
• 1,47 g de disulfite pour détruire 1 g de Cl,.

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Nota : lien (canadien) sur les effets de l'ozone sur la santé.

• UVA : 400 à 315 nm >> pigmentation de la peau
• UVB : 315 à 280 nm >> production de vitamine D antirachitique
• UVC : 280 à 340 nm >> cette région du spectre U.V. est utilisée pour son pouvoir microbiocide, avec une action germicide maximale à d = 253,7 nm (207 nm selon certains chercheurs de l'Université Colombia, USA, 2013).
• U.V. < 200 nm >> Les rayonnements de cette partie du spectre U.V. induisent la production d'ozone à partir d'oxygène, et sont absorbées par la plupart des substances, y compris l'air.

 

Par rapport aux procédés chimiques de désinfection, la technique utilisant le rayonnement ultraviolet, dont les propriétés bactéricides sont connues depuis de nombreuses années, présente l'avantage de ne pas induire de toxicité, et de ne pas générer de sous-produits sapides (cas du chlore).

Ce procédé est déjà largement utilisé en Suisse, et tend à se développer au Royume Uni, en Allemagne, en Suède, aux Pays-Bas et au Canada. L'une des plus grosses installations du monde se situe à Londres.

Mise en œuvre.
Les rayons ultraviolets sont produits par des lampes à basse pression de mercure, qui présentent un rendement germicide de l'ordre de 30 à 35 % (le rendement des lampes à haute pression n'étant que de l'ordre de ô %).
Néanmoins, tout générateur connaît une baisse de rendement (de l'ordre de 15 à 25 % après 8000 heures de fonctionnement, soit en fin de vie) dont il faut tenir compte lors des calcul de dimensionnement.
La désinfection s'effectue dans une chambre de traitement où l'eau et irradiée par un ou plusieurs générateurs U.V., chaque générateur étant isolé du contact de l'eau par une gaine de quartz perméable aux rayons U.V.
La désinfection est obtenue par circulation d'une mince lame d'eau annulaire (d'épaisseur inférieure à 50 mm) autour de ces gaines. Le régime hydraulique de l'écoulement dans la chambre doit être turbulent et de type piston, afin d'assurer une bonne homogénéité du traitement (même temps d'exposition pour tous les germes).

Dose létale d'exposition :

avec :

• P : puissance germicide de la source U.V. (en w),
• S : surface émettrice d'U.V. (en m²),
• T : temps d'exposition d'un élément de volume (en s),
• k : coefficient d'absorption des U.V. de l'eau à traiter (en m^-1), ce coefficient varie de 2 à 10 m-1 (0,02 à 0,1 cm^-1) pour les eaux de consommation,
• x : épaisseur de la lame d'eau (en m).

En France, la Direction Générale de la Santé préconise, pour le traitement des eaux destinées à la consommation humaine, une dose d'exposition minimale de 250 J/m² (ou 25 mJ/cm²) en tout point de la chambre d'irradiation (circulaire du 19 Janvier 1987).
La résistance des micro-organismes au rayonnement U.V. peut varier de manière importante, de quelques millijoules/cm2 à plusieurs joules/cm2.
Ainsi l'inactivation de certains micro-organismes sporulés et levures, ainsi que de la plupart des moisissures, nécessite une dose d'exposition très supérieure à 250 J/m2.
Pour assurer un effet bactériostatique dans le réseau de distribution, il est nécessaire, dans la grande majorité des cas, de prévoir une injection de chlore ou de bioxyde de chlore pour compléter la désinfection aux U.V.

Le type de générateur est choisi selon les conditions locales, notamment: la qualité de l’eau, la transmittance moyenne de l’eau et les les conditions hydrauliques, et pour le traitement en piscines, la fréquentation du bassin, le taux de chloramines et les options hydrauliques du bassin.

Liens : BIO-UV (un des premiers fabricant français d'appareils de traitement de l'eau par ultraviolets), UVTECH au Quebec/Canada.







Membranes.
Les membranes sont des barrières filtrantes semi-perméables à fines pellicules. On les utilise, en traitement de l'eau, pour éliminer différents solutés et particules de tailles différentes.
Cinq procédés par membranes sont utilisés :

• Microfiltration (MF)
• Ultrafiltration (UF)
• Nanofiltration (NF)
• Osmose inverse (OI)
• Electrodialyse (ED)

Pour de plus amples renseignements, voir :

Le seuil limite de la taille des particules retenue par les différents types de membranes permet d'imaginer les techniques qui pourraient permettre une désinfection efficace :

La Microfiltration seule n'est pas suffisante : une oxydation chimique ou UV s'avère indispensable pour permettre l'arrêt des virus.
Par ailleurs, l'Osmose inverse et l'Electrodialyse qui retiennent une grande partie des sels dissous sont des techniques non adaptées pour la seule désinfection.
On peut atteindre un niveau satisfaisant de traitement en associant les procédés par membranes tels que l'Ultrafiltration ou la Nanofiltration, avec des procédés conventionnels, tels que la filtration classique (sable et/ou avec CAG) ou si la qualité d'eau initiale s'y prête (turbidité correcte) un passage direct sur ces membranes.
A noter donc que les deux procédés (UF à petits pores et NF) qui effectuent une rétention importante des micro-organismes, mais également d'une grande partie des composés organiques, en particulier le COD (Carbone Organique Dissous) et surtout le COD Biodégradable (la "nourriture bactérienne"), donnent une qualité d'eau parfaite du point de vue hygiénique.

Types de configuration possibles :

 Lien pour en savoir plus sur les systèmes disponibles sur le marché français :

• VEOLIA Techniques membranaires,
• DEGREMONT (Grouoe Suez) Technologies,
• STEREAU (Groupe SAUR) > Procédés .