Dans le domaine du traitement de l'eau, il est primordial de garantir la sécurité et la pureté de l'eau grâce à des méthodes de désinfection efficaces. Il existe plusieurs approches clés des méthodes de désinfection pour le traitement de l'eau, chacune ayant des mécanismes et des applications uniques. Nous examinerons ici les différentes méthodes de désinfection utilisées dans le traitement de l'eau, afin de garantir la sécurité de la consommation et de l'utilisation de l'eau.

Impact des habitants microscopiques

Les habitants microscopiques des milieux aquatiques peuvent être divisés en deux groupes en fonction de leur impact :

1. Les bactéries, les champignons et les algues qui encrassent les canalisations, les échangeurs de chaleur, les réservoirs de stockage de l'eau, les composants des filtres, etc. Elles sont généralement introduites dans l'eau à partir de sources superficielles et se reproduisent dans des conditions favorables.
2. Micro-organismes pathogènes et conditionnellement pathogènes : virus, bactéries, champignons, œufs d'helminthes, qui peuvent provoquer des maladies infectieuses chez l'homme et les animaux.

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Quelles sont les méthodes de désinfection de l'eau ?

Les méthodes de désinfection de l'eau sont basées sur leur principe d'action :

• Les méthodes physiques ou non chimiques, où la désinfection se produit sous l'influence de facteurs physiques (ébullition, ultraviolets, électrolyse, osmose inverse) ;
• Les méthodes chimiques ou réactives, où certains réactifs (chlore, ozone, agents non oxydants) sont ajoutés à l'eau ;
• Les méthodes combinées, qui associent les deux technologies, comme l'ultrafiltration et la chloration.

Nous allons maintenant examiner de plus près les méthodes de désinfection de l'eau énumérées, ainsi que les avantages et les inconvénients de chacune d'entre elles.

Méthodes physiques de désinfection de l'eau

Les méthodes physiques s'appuient sur des processus physiques pour éliminer les contaminants sans utiliser de produits chimiques. Il s'agit notamment des méthodes suivantes

L'ébullition

En portant l'eau à ébullition, la plupart des organismes pathogènes sont tués, ce qui en fait l'une des méthodes de stérilisation de l'eau les plus simples et les plus accessibles.

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Il est important de noter que pour une désinfection complète de l'eau, il ne suffit pas de la porter à ébullition, mais de la faire bouillir pendant au moins cinq minutes.

AVANTAGES :

• simplicité d'exécution ;
• pas besoin d'équipement supplémentaire ;
• efficacité contre la plupart des micro-organismes pathogènes ;
• en plus de la désinfection, réduit la dureté et la turbidité de l'eau.

INCONVÉNIENTS :

• augmentation significative de la consommation d'énergie avec l'augmentation du volume d'eau ;
• durée élevée ;
• possibilité de contamination secondaire.

Ultraviolets

Depuis l'Antiquité, l'humanité connaît les effets bénéfiques de la lumière du soleil. Grâce aux rayons ultraviolets, qui sont l'une des composantes du spectre UV, ils sont capables de décomposer la structure de la thymine dans l'ADN des micro-organismes. Les bactéries et les virus perdent ainsi leur capacité à se reproduire dans l'eau et dans le corps humain.

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La méthode la plus simple de désinfection de l'eau par UV est la méthode SODIS. L'eau, filtrée pour éliminer les grosses particules mécaniques de plus de 50 microns, est versée dans des bouteilles en PET (polyéthylène téréphtalate), qui sont placées sur une surface exposée à la lumière directe du soleil. Le principal inconvénient de cette méthode est la nécessité d'un ensoleillement actif. La méthode est la plus efficace dans la bande située entre 35 degrés de latitude nord et sud, où la désinfection dure environ six heures. La durée de la désinfection augmente avec la diminution de l'intensité de la lumière solaire.

Les appareils de désinfection de l'eau se présentent sous la forme de tubes mécaniques cylindriques dotés d'un émetteur à manchon de quartz. L'eau s'écoule dans le boîtier et circule autour du manchon, ce qui l'expose au rayonnement UV et la désinfecte. La longueur d'onde de la plupart de ces appareils est d'environ 250 nm.

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Aujourd'hui, ces dispositifs sont utilisés pour la désinfection préventive de l'eau potable et de l'eau domestique après des systèmes de purification complexes. L'installation d'un tel émetteur permet d'éviter le colmatage des canalisations, des éléments filtrants, des machines à laver, etc.

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AVANTAGES :

• méthode facile à utiliser ;
• ne nécessite pas d'équipement encombrant ;
• pas de dosage constant des réactifs ;
• n'introduit pas de pollution secondaire dans l'eau, contrairement à la désinfection avec des réactifs ;
• faible consommation d'énergie.

INCONVÉNIENTS :

• pas efficace contre une large gamme de micro-organismes, les méthodes combinées sont recommandées pour les eaux contaminées par des agents pathogènes ;
• il est nécessaire de remplacer régulièrement la source d'irradiation ;
• l'eau doit être exempte de particules mécaniques avant de passer dans l'appareil, car elles peuvent réduire l'efficacité de la méthode de 50 % ;
• pas d'action prolongée.

Osmose inverse et ultrafiltration

La taille des pores des membranes d'osmose inverse est 4000 fois plus petite que celle des plus petites cellules bactériennes et 200 fois plus petite que celle des particules virales. Ces filtres sont donc capables de retenir 100 % des micro-organismes. Cette technologie est principalement utilisée pour purifier l'eau potable. Elle est à la base des filtres domestiques, des distributeurs automatiques, des kiosques de distribution d'eau et même de la production d'aliments et de boissons.

AVANTAGES :

• élimination de 100 % des virus et des bactéries ;
• taille compacte et productivité élevée ;
• respect de l'environnement ;
• élimination d'autres toxines que les polluants microbiologiques : métaux lourds, substances organiques, chlore, etc.

INCONVÉNIENTS :

• coût relativement élevé de la technologie ;
• grande quantité d'eaux usées - de 20 à 70 % de la production, en fonction de la taille et de la pression de la membrane ;
• absence d'action prolongée, ce qui limite l'utilisation de l'eau directement au point de consommation. Par ailleurs, l'eau nécessite une désinfection combinée.

Les membranes d'ultrafiltration ont des pores relativement grands qui peuvent partiellement laisser passer les particules de virus, de sorte que cette méthode ne peut être utilisée qu'en combinaison avec des réactifs ou la lumière ultraviolette.

Méthodes chimiques de désinfection de l'eau

Les méthodes de désinfection par réactifs, comme vous l'avez peut-être deviné, impliquent l'ajout de certaines substances à l'eau. Ces composés se répartissent en deux groupes :

• Les agents oxydants - détruisent la structure cellulaire des micro-organismes en les oxydant, tout en étant réduits à des composés moins actifs.
• Les agents non oxydants - qui exercent une action bactéricide par le biais d'effets spécifiques sur les micro-organismes, en stoppant leur reproduction.

Nous examinerons ci-dessous les principales méthodes de désinfection de l'eau, leurs inconvénients et leurs avantages.

Chloration

Cette méthode consiste à ajouter à l'eau des composés contenant du chlore actif, capables d'oxyder les micro-organismes et les matières organiques.

Vous trouverez ci-dessous les principaux désinfectants à base de chlore :

• L'eau chlorée - a un bon effet désinfectant et peut être facilement dosée dans l'eau. L'inconvénient est que les exigences de sécurité en matière de stockage sont plus élevées.
• L'hypochlorite de sodium ou de calcium sont les désinfectants les plus courants aujourd'hui. Ils sont produits sous forme de granulés qui se dissolvent dans l'eau et sont dosés sous forme liquide. Ils sont pratiques à transporter, mais ne sont pas efficaces contre les kystes et leur efficacité diminue en cas de stockage prolongé.
• Les sels d'acide chloroisocyanurique, qui sont principalement utilisés à des fins techniques pour les piscines, les réservoirs, les systèmes d'approvisionnement en eau secondaire, mais aussi parfois pour désinfecter l'eau potable sur le terrain. Les préparations sont produites sous forme de comprimés, pratiques pour le transport et le stockage, et ont une grande efficacité.
• Les chloramines sont utilisées dans les stations d'épuration centralisées et sont dosées dans l'eau sous forme de solution. L'avantage de cette méthode est qu'elle a un effet durable. Les inconvénients sont une odeur plus forte et une efficacité moindre.
• Le dioxyde de chlore est l'un des oxydants chlorés les plus puissants, il forme peu de produits secondaires, mais il ne peut être obtenu que sur place et n'est donc pas largement utilisé dans le traitement de l'eau.
• Chaux chlorée (mélange d'hypochlorite de calcium, de chlorure et d'hydroxyde).

Aujourd'hui, la chloration est la méthode de désinfection de l'eau la plus courante. Cela est dû à la grande efficacité du chlore contre 99 % des micro-organismes et à son effet durable. Cela signifie que l'eau fournie à la canalisation contient une petite quantité de chlore. Il peut oxyder les impuretés, y compris les micro-organismes, le chlore et les matières organiques qui provoquent la décoloration de l'eau.

EN QUOI LE CHLORE EST-IL DANGEREUX POUR L'HOMME ?

La chloration

Deux facteurs sont à prendre en compte lorsque l'on parle des dangers du chlore. Le chlore actif, qui est à l'origine de l'odeur de chlore dans l'eau du robinet ou des piscines, a des propriétés qui peuvent dessécher la peau et les cheveux et provoquer une irritation des muqueuses nasales et oculaires. Cependant, il se dissipe rapidement de l'eau lors du stockage et ne présente pas de réel danger pour l'homme.

L'utilisation du chlore comme désinfectant a toutefois des conséquences cachées. Il s'agit notamment de la formation de sous-produits résultant de la réaction du chlore avec les matières organiques présentes dans les eaux de surface et de la croissance microbiologique à la surface des canalisations. Ces composés sont appelés "trihalométhanes" (hydrocarbures dont un ou plusieurs atomes sont remplacés par du chlore). Le polluant de l'eau le plus courant est le chloroforme (70-90% de tous les trihalométhanes).

La toxicité de ces composés relève de deux mécanismes :

• En participant au métabolisme, les chloroorganiques favorisent la libération de substances toxiques ayant des effets systémiques ;
• Dans la seconde voie d'interaction, des radicaux libres sont formés et ont un effet cancérigène.

Des études menées à plusieurs reprises dans différents pays montrent une corrélation entre la consommation d'eau chlorée pour la boisson et le développement de cancers du tractus gastro-intestinal.

Cependant, le problème des chlororganiques peut être résolu avec succès, même avec les filtres à charbon les plus simples.

Ozonation

L'ozone est un oxydant puissant. Il est efficace contre tous les micro-organismes et leurs spores. Cependant, il n'est pas efficace pour éliminer les biofilms et n'est donc pas adapté à la désinfection des conteneurs et des piscines.

L'ozone est généré directement dans l'usine de traitement de l'eau sur des générateurs d'ozone spéciaux, qui contiennent un générateur d'ozone, une colonne pour le dissoudre et le faire interagir avec l'eau, et un filtre mécanique pour éliminer les particules oxydées. Le diagramme illustre le processus.

L'interaction de l'ozone avec l'eau entraîne la formation d'aldéhydes, de cétones et d'acides organiques, qui ont également un effet toxique. C'est pourquoi, après l'ozonation, l'utilisation de filtres à charbon actif est également nécessaire.

AVANTAGES :

• Haute efficacité contre tous les micro-organismes ;
• Absence de trichlorométhanes comme sous-produits ;
• Élimine les goûts et les odeurs étrangers.

INCONVÉNIENTS :

• Nécessite un équipement coûteux ;
• Exigences accrues en matière de sécurité et de formation du personnel ;
• Formation de produits secondaires toxiques pour l'homme.

Réactifs non oxydants pour la purification de l'eau

Il s'agit de composés organiques complexes qui peuvent endommager la structure cellulaire des micro-organismes, ce qui entraîne l'arrêt de leur reproduction. Ces réactifs sont principalement utilisés pour la désinfection des conduites d'eau, des eaux ménagères et domestiques, et plus rarement pour l'eau potable, car ces réactifs, comme les dérivés du chlore, doivent être éliminés à l'aide de charbon actif immédiatement avant l'utilisation de l'eau.

AVANTAGES :

• grande efficacité contre les micro-organismes, y compris le biofilm ;
• absence d'odeurs désagréables ;
• forme pratique pour le transport et le stockage.

INCONVÉNIENTS :

• effets sur l'homme insuffisamment étudiés et nécessité d'éliminer l'excès de réactif de l'eau potable ;
• impossibilité d'être utilisé en combinaison avec des oxydants.

Utilisation de l'argent et d'autres métaux

Depuis l'Antiquité, l'argent est utilisé comme désinfectant lorsque l'eau est versée dans des récipients en argent. Aujourd'hui, il a été prouvé que cette méthode de désinfection de l'eau n'est pas efficace. Certains résultats ont été observés après avoir ajouté à l'eau de l'argent ionique et d'autres métaux tels que le cuivre et l'étain. Toutefois, aux concentrations maximales autorisées, le temps de désinfection est d'au moins deux heures. Il faut également souligner que l'argent n'est pas efficace contre les kystes, la plupart des bactéries et les virus. Aujourd'hui, des solutions d'argent sont parfois dosées dans l'eau potable pour réduire l'encrassement biologique des récipients et des équipements.

Méthodes combinées de désinfection de l'eau

La combinaison de méthodes physiques et chimiques peut améliorer l'efficacité des méthodes de désinfection dans le traitement de l'eau.

Par exemple, l'ultrafiltration permet d'éliminer les bactéries et la plupart des impuretés organiques. En même temps, elle assure un niveau élevé de transparence de l'eau, ce qui permet la désinfection finale de l'eau contre les virus à l'aide de rayons ultraviolets. L'utilisation du chlore pour ce type d'eau est également efficace, car la faible teneur en matières organiques garantit une faible teneur en composés organiques chlorés, qui sont dangereux pour l'homme, tout en préservant l'action prolongée du chlore.

Technologies émergentes

Des technologies innovantes sont continuellement développées pour améliorer les types de désinfection de l'eau :

• Laphotocatalyse: Elle utilise la lumière pour activer un catalyseur, généralement du dioxyde de titane, qui produit des radicaux libres capables de décomposer les polluants organiques et de tuer les micro-organismes.
• Sonication: L'application d'ondes ultrasonores pour agiter et perturber la structure cellulaire des agents pathogènes dans l'eau.

Conclusion

Le choix de la méthode de désinfection dépend de plusieurs facteurs, dont le type d'eau à traiter, la nature des contaminants présents et le niveau de pureté requis pour l'utilisation prévue de l'eau. Comprendre ces différentes méthodes de désinfection de l'eau permet de sélectionner la technologie la plus appropriée pour garantir une eau saine et propre.

N'hésitez pas à approfondir chacune de ces méthodes ou à poser des questions sur des aspects spécifiques de la désinfection dans le traitement de l'eau dans les commentaires ci-dessous. Vos questions sont toujours les bienvenues !