Désinfection par ébullition et chloration
L’ébullition et la chloration sont les procédés de désinfection de l’eau et des eaux usées les plus couramment utilisés dans le monde. L’ébullition est principalement utilisée dans les zones rurales des pays en développement pour éliminer les organismes vivants, en particulier les bactéries, présents dans l’eau. Elle est également utilisée en cas d’urgence, lorsque d’autres méthodes de désinfection plus sophistiquées ne sont pas disponibles. Avant le développement de la chloration, l’ébullition était la principale méthode utilisée pour tuer les organismes pathogènes.
Description technique
– L’ébullition
L’ébullition est une méthode très simple de désinfection de l’eau. Le fait de chauffer l’eau à une température élevée, 100°C, tue la plupart des organismes pathogènes, en particulier les virus et les bactéries à l’origine des maladies d’origine hydrique. Pour que l’ébullition soit la plus efficace possible, l’eau doit bouillir pendant au moins 20 minutes. L’ébullition nécessitant une source de chaleur, des méthodes rudimentaires ou non conventionnelles de production de chaleur peuvent être nécessaires dans les régions où l’électricité ou les combustibles fossiles ne sont pas disponibles.
– Chloration
La chloration est devenue le type le plus courant de désinfection des eaux usées et de l’eau. Il convient de noter qu’elle est conçue pour tuer les organismes nuisibles et qu’elle ne permet généralement pas d’obtenir une eau stérile (exempte de tout micro-organisme). Deux types de procédés sont généralement utilisés : l’hypochloration, qui utilise une pompe d’alimentation chimique pour injecter une solution d’hypochlorite de calcium ou de sodium, et la chloration gazeuse, qui utilise du chlore gazeux comprimé.
Hypochloration. L’hypochlorite de calcium est disponible dans le commerce sous forme sèche ou humide. L’hypochlorite de calcium à haute concentration (HTH), la forme la plus fréquemment utilisée, contient environ 60 % de chlore disponible. Les granulés ou pastilles d’hypochlorite de calcium étant facilement solubles dans l’eau et relativement stables dans des conditions de stockage adéquates, ils sont souvent préférés à d’autres formes. La figure 24 montre une installation typique d’hypochlorite.
L’hypochlorite de sodium est disponible dans des concentrations allant de 1,5 % à 15 %, 3 % de chlore disponible étant la concentration généralement utilisée dans les applications de traitement de l’eau. Plus la concentration de la solution de chlore est élevée, plus elle se décompose rapidement et plus elle est facilement dégradée par l’exposition à la lumière et à la chaleur. Elle doit donc être stockée dans un endroit frais et dans un réservoir résistant à la corrosion. En général, 30 minutes de contact avec le chlore sont nécessaires pour une désinfection optimale avec un bon mélange. Les doses de traitement pour l’approvisionnement en eau sont établies sur la base du maintien d’une concentration résiduelle de chlore dans l’eau traitée.
Des solutions aqueuses d’hypochlorite liquide ou sec sont préparées à des concentrations prédéterminées. Les solutions sont injectées dans l’eau à l’aide de pompes doseuses spéciales appelées hypochlorinateurs. Les pompes volumétriques sont les plus précises et les plus fiables et sont généralement préférées aux hypochlorinateurs utilisant d’autres principes d’alimentation (généralement basés sur l’aspiration). Les hypochlorinateurs à déplacement positif sont facilement disponibles à des prix relativement modestes. Ces petites pompes d’alimentation en produits chimiques sont conçues pour pomper (injecter sous pression) une solution aqueuse de chlore dans le réseau d’eau. Elles sont conçues pour fonctionner à des pressions allant jusqu’à 100 psi, mais peuvent également être utilisées pour injecter des solutions de chlore dans des conditions ambiantes (atmosphériques) ou de hauteur de chute négative. Les hypochlorinateurs existent en différentes capacités allant de 3,8 à 227 I/jour. En général, le débit de pompage est réglé manuellement en faisant varier la course du piston ou de la membrane de la pompe. Une fois la course réglée, l’hypochlorinateur introduit avec précision du chlore dans le système à ce rythme, en maintenant une dose constante. Cette méthode fonctionne bien si le débit d’alimentation en eau et le débit de la pompe sont relativement constants.
Montserrat utilisait des chlorateurs flottants, mais en réponse aux préoccupations exprimées par le directeur des services de santé, qui estimait qu’ils laissaient des résidus de chlore dans l’approvisionnement en eau et que « les valeurs de chlore étaient généralement trop faibles pour garantir la sécurité », l’Autorité de l’eau de Montserrat a étudié diverses autres méthodes et a opté pour le chlore gazeux. Elle procède actuellement avec prudence au remplacement des chlorateurs flottants par la chloration gazeuse, tandis que les opérateurs des stations d’épuration sont formés au nouveau système.
Chloration gazeuse. Dans les systèmes de chloration gazeuse, le chlore est fourni sous forme de gaz liquéfié sous haute pression à partir de conteneurs dont la taille varie de 100 Ib à 1 tonne ou à partir de wagons-citernes pour les tailles plus importantes. Les bouteilles utilisées doivent être placées sur des plates-formes de pesée au ras du sol ; la perte de poids sert à mesurer le dosage. Les précautions suivantes doivent être prises lors de la manipulation du chlore gazeux :
– Le chlore gazeux est à la fois très toxique et très corrosif ; une ventilation adéquate au niveau du sol doit être assurée car le chlore gazeux est plus lourd que l’air.
– Les liquides et les gaz contenant du chlore peuvent être manipulés dans des tuyaux en fer forgé ; toutefois, les solutions de chlore sont très corrosives et doivent être manipulées dans des tuyaux en plastique revêtus de caoutchouc ou résistants à la corrosion, avec, le cas échéant, des raccords en caoutchouc dur.
– Le chlore gazeux sous pression ne doit jamais être transporté dans des tuyaux en argent, en verre, en téflon ou dans d’autres matériaux qui ne peuvent pas supporter la pression ; l’exposition au chlore gazeux concentré peut être fatale.
L’ébullition est l’une des principales techniques utilisées pour lutter contre la propagation des maladies d’origine hydrique. Il s’agit d’une technologie traditionnelle qui était utilisée avant l’avènement des technologies existantes. Elle est encore utilisée dans les régions où l’approvisionnement en énergie et les installations modernes nécessaires aux autres technologies font défaut, et dans les régions où la qualité de l’approvisionnement en eau est douteuse.
Le système de désinfection le plus courant en Amérique latine et dans les Caraïbes est la chloration. Les comprimés de chlore, les liquides, les poudres et les gaz sont largement utilisés. La chloration des réserves d’eau en cas d’urgence a été pratiquée dans la région dès 1850 environ. À l’heure actuelle, la chloration de l’eau potable et des eaux usées est très répandue. La chloration à des fins de désinfection est utilisée pour prévenir la propagation des maladies d’origine hydrique et pour contrôler la croissance des algues et les odeurs. L’économie, la facilité d’utilisation et la commodité sont les principaux facteurs utilisés pour évaluer les procédés de désinfection.
Pour des raisons de sécurité et pour garantir un approvisionnement constant en chlore, il est recommandé de produire le chlore sur place. La plupart des équipements de production de chlore disponibles dans le commerce fonctionnent avec des eaux dont la salinité varie de l’eau douce à l’eau de mer, ainsi qu’avec des solutions de saumure préparées à cet effet. Les solutions d’hypochlorite préparées à partir d’eau de mer sont généralement limitées à environ 1 800 mg/l de chlore disponible, et celles produites à partir de saumure à environ 8 000 mg/l. Les ions de métaux lourds présents dans l’eau de mer interfèrent avec la stabilité des solutions d’hypochlorite préparées à partir de l’eau de cette source.
Fonctionnement et entretien
Chlorateurs à gaz. Les chlorateurs à gaz présentent un avantage dans les situations où les débits d’eau sont variables, car les débits d’alimentation en chlore peuvent être synchronisés pour injecter des quantités variables de chlore dans l’eau du produit. Les coûts d’investissement de la chloration au gaz sont toutefois un peu plus élevés, mais les coûts des produits chimiques peuvent être moindres. Le fonctionnement normal d’un électrolyseur à gaz nécessite une observation de routine et un entretien préventif. Les tâches quotidiennes de l’opérateur doivent comprendre les éléments suivants
* Lecture quotidienne du rotamètre de l’électrolyseur et enregistrement des informations.
* Lecture des compteurs de débit d’eau et enregistrement de la quantité d’eau pompée.
* Vérifier les niveaux de chlore résiduel dans le système de distribution et, le cas échéant, ajuster le rotamètre pour augmenter le débit d’alimentation s’ils sont trop bas et le diminuer s’ils sont trop élevés.
* Calculer la consommation de chlore et commander des stocks de chlore supplémentaires si nécessaire.
* Nettoyer l’équipement et le bâtiment chaque semaine, nettoyer la crépine en « Y » trois fois par semaine et remplacer les joints périodiquement.
* Effectuer l’entretien préventif de l’équipement.
* Vérifier le fonctionnement du clapet anti-retour.
* Inspection et nettoyage des vannes d’alimentation. Les solutions commerciales d’hypochlorite de sodium (telles que Clorox) contiennent un excès de soude caustique (hydroxyde de sodium, NaOH) ; lorsqu’elles sont diluées avec de l’eau très alcaline, elles produisent une solution sursaturée en carbonate de calcium, qui a tendance à former un revêtement sur les vannes de l’alimentation en solution. De même, dans les systèmes utilisant de l’hypochlorite de calcium (HTH), lorsque du fluorure de sodium est injecté au même endroit que la solution d’hypochlorite, les ions calcium et fluor se combinent et forment un revêtement. Les vannes recouvertes d’un revêtement ne se mettent pas en place correctement et le doseur ne parvient pas à chlorer correctement l’eau du produit. (Les petits hypochlorinateurs sont scellés de manière à ne pas pouvoir être réparés sans remplacer l’ensemble de l’unité. Par ailleurs, ils ne nécessitent que très peu d’entretien, qui consiste principalement en une vidange d’huile et une lubrification périodiques).
Des visites fréquentes sont nécessaires aux points de chloration dans le système de distribution pour effectuer des réglages, pour débarrasser les tuyaux en PVC des boues qui empêchent les comprimés de se dissoudre et pour recharger les comprimés.
