Traitement des eaux de boisson

Introduction :

Le traitement à appliquer aux eaux destinées à l’alimentation humaine consiste dans la majorité des cas à les débarrasser de toutes les matières en suspension et colloïdales qu’elles contiennent ainsi que de certaines substances dissoutes.
Pour atteindre ce but, il est généralement nécessaire de combiner plusieurs opérations élémentaires mettant en œuvre des phénomènes physiques, chimiques et biologiques.

Par ailleurs, il convient parfois de corriger certaines caractéristiques de l’eau résultant des modifications apportées par les  traitements ou préexistantes.

Objectifs du traitement des eaux:

Eliminer:

Les colloïdes

Les métaux toxiques

Une partie des micropolluants minéraux autres que les métaux toxiques

La majeure partie des micropolluants organiques.

Une grande partie des micro-organismes.

I.Prétraitement

I.1 prétraitement physique:

Objectif:

Éliminer par des procédés mécaniques tous les éléments grossier qui pourraient détériorer les équipements de la filière ou constitue un gène pour les traitements ultérieur.

I.1.1 Dégrillage:

Consiste à retenir tous les gros déchets (branches d’arbres, bouteilles,).

Pour ce faire, on met en place un système de grilles, dont l’espacement est d’environ 50 mm.

I.1.2 Tamisage:

L’eau traverse un tamis constitué de mailles fines, qui permettent d’arrêter les petits déchets.

I.1.3 dessablage:

Utilisé lorsque les eaux brutes dépassent  1 g/l en M.E.S (matières en suspension).

I.2 Le prétraitement chimique ou pré-oxydation :

Intérêt:

augmentation de l’efficacité de la coagulation/floculation,

réduction des matières organiques et de l’azote ammoniacal,

oxydation de certains métaux (précipitation améliorée),

amélioration du traitement de certains composés (pesticides, solvants chlorés),

réduction des goûts et des odeurs,

ré-oxygénation de l’eau.

Maintenir la propreté des installations, en luttant contre la prolifération des algues qui nuisent au bon fonctionnement de certains ouvrages : décanteurs et filtres notamment.

On utilise  comme oxydant soit :

–         Les agents chlorés: chlore gazeux (Cl2), hypochlorite de sodium (NaClO), dioxyde de chlore (ClO2).

–         le permanganate de potassium,

–         l’ozone.

II. Traitement de clarification

II.1 Clarification physique:

II.1.1 Coagulation-Floculation- décantation- filtration:

Intérêt

–         Élimination des particules colloïdales.

Définition de particules colloïdales :

  • Elles ont un diamètre (< 1µ), ce sont des MES d’origine minérale ou organique, en plus des microorganismes de  petite taille,
  • hargés  négativement
  • la décantation est excessivement  lente.
  • Génératrices de turbidité et de couleur.

1. Coagulation:

  • A pour objectif d’agglomérer les particules entre elle.
  • Les colloïdes sont en effet naturellement maintenus en suspension sous l’action de forces électrostatique de répulsion. Pour rompre ces forces et déstabiliser les colloïdes, on injecte des réactifs appelés coagulants qui conduisent à la formation de précipités insolubles appels FLOCS  capables de décanter.
  • L’injection des réactifs se fait dans  un compartiment sous forte agitation

Réactifs utilisés:

v  le sulfate d’aluminium Al2(SO4)3, 18 H2O

v  l’aluminate de sodium NaAlO2

v  le chlorure ferrique FeCl3, 6 H2O

v  le sulfate ferrique Fe2(SO4)3, 9 H2O

v  le sulfate ferreux FeSO4, 7 H2O.

2. Floculation :

  • A pour objectif d’accroitre le volume, le poids et la cohésion de floc formé.
  • Dans un compartiment distinct de celui de la coagulation, on réalise une agitation lente qui permet grâce à l’injection d’un réactif appelé floculant l’agglomération des flocs et le grossissement.

Les réactifs utilisés:

  • Silices activées
  • Alginates de Na

Figure 1 : schéma de l’étape coagulation- floculation

3. Décantation:

  • A pour objectif de séparer par gravité, le floc formé de l’eau.
  • Le floc est récupéré par décantation au fond de l’ouvrage et constitue des boues, qui sont extraites périodiquement.
  • Il existe deux grands types de décanteur

Les décanteurs à flux horizontal
Les décanteurs à flux vertical

  • A ce stade là la majore partie de colloïdes est éliminée

4. Filtration:

Objectifs :

Retenir les dernières particules en suspension non éliminées dans le décanteur en faisant circuler l’eau à travers un milieu poreux qui est le plus souvent du sable.

  • La filtration permet d’éliminer:
  • les métaux lourds tels que le zinc (Zn), le cuivre (Cu) et le plomb (Pb).
  • Les  particules dont la taille est supérieure à 20 μm.
  • L’efficacité  de la filtration dépend de la taille des grains de sable, de la hauteur des couches de sables et de la vitesse de la filtration

II.2 Clarification chimique : désinfection

La désinfection de l’eau potable consiste à rendre cette eau exempte de :

germes pathogènes pour la consommation humaine,

virus,

la majeure partie des germes banaux.

La désinfection est une étape commune à tous les traitements même si les eaux souterraines présentent naturellement moins de germes pathogènes que les eaux de surface.

La désinfection des eaux comporte deux étapes importantes, correspondant à deux effets différents d’un désinfectant donné.

Effet bactéricide : capacité de détruire les germes en une étape donnée du traitement.

Effet rémanent : c’est un effet du désinfectant qui maintien dans le réseau de distribution et qui permet de garantir la qualité bactériologique de l’eau c’est à la fois un effet bactériostatique contre les reviviscences bactériennes et un effet bactéricide contre des pollutions faibles et ponctuelles survenant dans le réseau.

– Les principaux types de désinfection utilisés actuellement pour parvenir à cela sont :

  • la désinfection physico-chimique qui consiste à ajouter des réactifs chimiques tels que :

– des composés chlorés comme le chlore gazeux, le dioxyde de chlore, l’eau de Javel ou les chloramines,

– l’ozone,

  • la désinfection physique notamment :

– la stérilisation par les rayonnements ultraviolets,

– la désinfection par le biais de traitement membranaire tel que l’osmose

inverse.

Désinfection avec chlore:

  • il est employé essentiellement sous forme de chlore gazeux ou d’hypochlorite de sodium (eau de Javel).
  • Doté d’un pouvoir oxydant très important, il est de plus rémanent.

Dans l’eau, le chlore libre se trouve sous trois formes d’états en équilibre : l’acide hypochloreux (HOCl), l’ion hypochlorite (ClO-) et l’ion chlorure (Cl-).

 Réactions d’équilibre de base :

  • Les concentrations respectives de ces trois formes dépendent du pH et de la température.
  • l’acide hypochloreux qui est le composé le plus actif dans les mécanismes de la désinfection (l’ion hypochlorite est peu oxydant et peu bactéricide),
  • Les concentrations respectives de ces trois formes dépendent du pH et de la température.
  • l’acide hypochloreux qui est le composé le plus actif dans les mécanismes de la désinfection (l’ion hypochlorite est peu oxydant et peu bactéricide),

Mécanisme d’action du chlore:

  • L’acide hypochloreux possède l’action biocide la plus efficace.
  • En effet il ne porte pas de charge électrique et sa forme ressemble à celle de l’eau. La membrane cytoplasmique le laisse donc passer en même temps que l’eau contrairement au ClO- qui ne pénètre pas du fait de sa charge négative.
  • A l’intérieur de la cellule, l’HOCl bloque toute activité enzymatique, entraînant ainsi la mort de la cellule.

Facteurs influençant l’efficacité de la chloration:

Influence de pH :
La proportion des deux composés dépend essentiellement de la valeur du pH de l’eau, comme l’indiquent les courbes ci-dessous. Pour un effet rapide du chlore et une économie en produits, il convient de traiter l’eau à des valeurs de pH proches de la neutralité.

Remarque :

  • La forme prédominante est l’acide hypochloreux au pH< 7,4 et l’ion hypochloreux aux pH> 7,4.
  • La réaction d’oxydation par le chlore a néanmoins l’inconvénient de former des composés organique chlorés tels que les trihalométhanes et générer des mauvais gouts.

Influence de la température :

  •  La diminution de la température de l’eau entraine une baisse de l’efficacité du désinfectant, bien qu’elle augmente légèrement  la proportion d’HOCl par rapport à ClO⁻

Temps de contact avec l’eau

Le temps de contact réel du chlore avec l’eau à traiter est un paramètre important qui oblige à  une conception des bassins de contact

Formation de chlore combiné :

Le chlore est très réactif chimiquement et va oxyder un certain nombre de matières minérales ou organiques contenues dans l’eau avec des vitesses différentes:

  • Les substances facilement oxydables : les ions métalliques tels que le fer et le manganèse présent dans l’eau alimentaire ou résultant d’une corrosion.
  • Action sur les matières azotées :  le chlore réagit avec l’azote  pour donner des composés appelés « chloramines »augmente

Schémas réactionnel de formation de chloramines :

NH3 + HOCl <– –> NH2Cl + H2O monochloramine

NH2Cl + HOCl <– –> NHCl2 + H2O dichloramine

NHCl2 + HOCl <– –> NCl3 + H2O trichloramine

  • et ainsi de suite.  En final on obtient : du NO3¯ (nitrate qui reste dan l’eau), du N2 (azote) et du NCl3 (trichlorure d’azote),
  • Les organohalogénés (trihalométhanes) sont formés par action du chlore sur les matières organiques.
  • Après action du chlore sur les matières organiques, azotées et autres composés oxydables, il subsiste un résiduel de chlore se présentant sous différentes formes.

Figure : différents forme de chlore

Contrôle de la désinfection

Pour une bonne surveillance en continu de La désinfection il convient donc de

mesurer le chlore actif, soit :

  • directement à l’aide d’une sonde ampérométrique à membrane sélective,
  • soit en mesurant le chlore libre et le pH pour en déduire par calcul le chlore actif, en sachant que la mesure du chlore libre est celle la plus fréquemment employée.
  • pour ajuster la quantité de chlore nécessaire et éviter la formation de chloramines, il faut déterminer le point d’inversion (= point critique ou « break point« ) marquant la fin de la formation des chloramines (odorantes et peu désinfectantes) et leur destruction ; à partir de ce point, le chlore que l’on ajoute se retrouve sous forme libre, on a alors une action désinfectante.

Méthode de dosage :

Méthode iodométrique :  (dosage du chlore actif)

L’orthodolidine : réactif en solution donnant une couleur jaune en présence du chlore.  Il ne mesure que le chlore total et ne donne aucune indication sur les chloramines ;

La diéthylparaphénylènediamine (DPD) :  réactif sous forme de pastille donnant une couleur rose rouge en présence du chlore.

– La pastille DPD n°1 donne la teneur en chlore libre ;  décelé

– La pastille DPD n°4 (ou DPD n°1 + DPD n°3) donne la teneur en chlore total ;

Détermination du point critique ou break point (BP):

Principe : cette méthode consiste à ajouter à un volume d’eau des doses croissantes de chlore. Le taux de chloration à adopter est indiqué par le premier flacon dans lequel il peut être, au bout d’un temps déterminé, des traces de chlore libre.

A : destruction du chlore par les composés minéraux réducteurs,

B : formation de composés chlorés organiques et de chloramines,

C : destruction des chloramines par ajout de chlore supplémentaire,

D : production de chlore actif.

III.Traitement spécifique:

III.1 adoucissement et  décarbonatation:

Éliminer le Ca et Mg de l’eau de manière à diminuer l’entartrage des canalisations et des appareils ménagers.

Adoucissement calco-sodique

Consiste à faire passée l’eau à traitée à travers une résine échangeuses d’ions.

L’ion Na de la résine est remplacé par les ions Ca et Mg de l’eau.

La précipitation à la chaux :

Ce procédé ne permet d’éliminer que la dureté carbonée, et en particulier celle liée au calcium. Elle n’a pas d’effet sur la dureté permanente.

III.2 Déférisation :

Objectif : éliminer le fer ferreux naturellement dans dissous dans l’eau, pour éviter une mauvaise qualité organoleptique de l’eau (couleur rouge, gout métallique), ainsi que les risque de bouchage ou corrosion des canalisations du réseau, favorisé par le développement de bactéries spécifique.

Deux traitements peuvent être mise en œuvre :

L’oxydation physico-chimique :

Consiste à oxyder le fer ferreux en fer ferrique capable de précipiter. L’oxydation du fer  est assurer la majorité des temps par l’oxygène de l’air.

L’oxydation biologique :

Certaines bactéries comme leptothrix sont capables d’oxyder le fer pour tirer l’énergie nécessaire à leur métabolisme.

III.3 Démanganisation

Objectif : éliminer le manganèse dissous dans l’eau, pour éviter une mauvaise qualité organoleptique de l’eau (couleur noire, gout métallique)

Les procédés mis en œuvre pour éliminer du manganèse suivent les mêmes principes que ceux utilisés pour la déferrisation.

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Un commentaire pour Traitement des eaux de boisson

  1. wanou dit :

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