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Fiche sur l'hypochlorite de Calcium
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HYPOCHLORITE  DE CALCIUM , Solide, Ca (Cl0)2

CARACTERISTIQUES :
· Pureté du produit commercial : 650 à 700 g chlore/kg (65 à 70 %).
· Limite de solubilité à 20°C : 225 g/l.
· Réactif alcalin.
· Stabilité : perte de chlore égale à environ 2 % par an.
· Noms commerciaux : HTH, Pittchlore, Hydrochlor 70.

  REMARQUES :
· Utilisation : solution de concentration inférieure à 100 g/l.
· La solution contient toujours des particules insolubles (nettoyage fréquent des bacs).
· Le pH élevé de la solution provoque la précipitation de carbonate de calcium si la dureté et l’alcalinité de l’eau de dilution sont importantes : un traitement de cette eau (par adoucissement ou utilisation d’un dispersant) est alors nécessaire.
· Stockage : loin des sources de chaleur, des substances organiques ou oxydables (risques d’incendie) et des acides (risques de dégagement de chlore).

  MANIPULATION :
Réactif irritant.
Port de vêtements de protection et de lunettes recommandé.
En cas de contact avec la peau, laver abondamment à l’eau
.

VERIFICATION DE LA CONCENTRATION DES SOLUTIONS :
Mesure du chlore par iodométrie.




Comparaison entre deux systèmes de chloration retenus lors de l'avant projet

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Système de chloration

Système hydraulique à galets d’hypochlorite de calcium

Système hydraulique de dosage proportionnel à l'eau de Javel

Type de procédé

Chlorateur sans énergie
Désinfectant solide

Chlorateur sans énergie
Désinfectant liquide

Description Formation d’un film liquide venant balayer la base d’un galet à dissoudre Entraînement de la solution de chlore par la dépression créée par le décollement de la veine fluide suivi de la création de tourbillons (effet Karman).
Données techniques § Traitement proportionnel au débit

§ Pression minimale : 0,05 bars (eau sous pression)

§ Réglage du dosage par une vanne et le diamètre des galets à dissoudre

§ Traitement proportionnel au débit

§ Pression minimale : 0,05 bars (eau sous pression)

§ Réglage du dosage à l’aide de la vanne de régulation du débit d’aspiration du désinfectant

Concentration en chlore 0 à 4 mg/l

0 à 5 mg/l

Autonomie de fonctionnement

9 semaines

+ de 2 semaines avec un réservoir de 20 litres 
Régularité de la chloration bonne avec un incertitude de ± 0,2 mg/l
très précise  
Débit minimal   0,5 m3/h   0,5 m3/h  
Débit maximal   3 à 5 m3/h   5 à 10 m3/h  
Conditions d’installation

Horizontalité de l’appareil
Position de l’appareil par rapport aux robinets de distribution d’eau : au dessus ou au même niveau, jamais en dessous.

Aucunes
Maintenance

Nettoyage des dépôts sur le fond tous les deux mois environ
Réapprovisionnement en galet
Confection des galets

Nettoyage à l’eau du système d’injection, de la soupape de retenue et de la vanne de régulation.
Remplissage du réservoir

Fonctionnement avec une eau chargée (2 g/l de bentonite équivalent à 30 UNT)

bon (légère augmentation de la consommation de chlore)  

bon  









Efficacité comparée de HCLO et CLO- pour l'inactivation de 99% de la bactérie E.Coli

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L’influence de l'équilibre calcocarbonique de l’eau sur le pH

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        L’équilibre de l’eau résulte de l’équilibre calcocarbonique suivant :
                                                                            
                                                     Ca(HCO3)2 <-- -->  CaCO3 + CO2 + H2O
   
                                bicarbonate de calcium <-- --> carbonate de calcium (tartre) + gaz carbonique + eau

    N.B: bicarbonate = TAC ( Titre Alcalimétrique Complet) et Calcium (bicarbonate + carbonate) = TH (Titre Hydrométrique)

    Il est vrai qu’une eau peu équilibrée n’apportera que de petits soucis :
            Correction fréquente du pH
            Détratrage
            Nettoyage pénible des parois lors des remises en eau. 

    Si l’eau est franchement déséquilibrée les soucis peuvent être plus importants :
        - Si le gaz carbonique tend à disparaître (trop d’aération, de chauffage etc.), l’eau devient basique et formera plus de carbonate de calcium et entraînera un entartrage.
       -  Si de la même façon l’eau devient acide, la réaction entraînera une libération de gaz carbonique acide qui conduira à la corrosion.

        Le pH, le TAC et le TH sont étroitement liés. Il existe plusieurs relations et diagrammes (voir exemple ci-dessous) permettant de définir pour un pH d’équilibre donné (pHe) les valeurs optimales du TAC et du TH. On admet une marge de ± 0.3 avant que l’eau ne devienne franchement agressive ou entartrante.

       Exemple : Si TH = 25°F et TAC = 10°F à pHe ~ 7,5 (voir diagramme d'équilibre de l'eau ci-dessous), il n’y aura aucun inconvénient à maintenir le pH entre 7,2 et 7,8.
    Si l’on veut obtenir un pH de 7,3 il faudra modifier le TH et le TAC pour que leur produit soit très proche de 300.

    Le titre hydrométrique : (TH) : la dureté de l’eau se situe idéalement entre 10°F et 20°F.
    Une valeur trop faible entraîne la corrosion, une valeur trop élevée, ce qui est le plus fréquent, entraîne l’entartrage si le pH est trop élevé. Il faudra alors
surveiller attentivement la valeur du pH.

   
Le titre alcalimétrique complet : (TAC) : dans une eau c’est la teneur en bicarbonate. Il représente le pouvoir tampon de l’eau. 
    Une eau avec un TAC faible subira de forte variation de pH. La bonne valeur se situe entre 10°F et 30°F. En général le TAC est légèrement supérieur au TH

    La correction du TAC : Pour le diminuer-il faut détruire le bicarbonate par de l’acide chlorhydrique par exemple, qu’il faudra limiter à cause de la baisse concomitante du pH. Pour l’augmenter il faut ajouter du bicarbonate (16,8 g/m3/°F) ou du carbonate si le pH de l’eau est trop bas.
    La correction du TH : Si le TH est trop haut il faut installer un adoucisseur d’eau. S’il est trop faible on peut amener du calcium soit par adjonction de chlorure de calcium (environ 11 g/m3/°F), soit par passage de l’eau sur un filtre à base de carbonate de calcium.

 


















 

 

 

Tableau des différentes formes de chlore et leur détermination

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Appellation

Synonymes

Composition

Formules

Détermination

Chlore libre

Chlore libre total

Acide 
hypochloreux

Ion hypochlorite

Chlorocyanuriques

Chlore (1)


HOCl

ClO¯

CLCy

Cl2

Pilule DPD1

Chlore actif (2)

Chlore libre actif

Chlore réellement libre

Acide 
hypochloreux

Chlore (1)


HOCl

Cl2

Détermination en fonction du pH et de la mesure DPD1

Chlore total

Chlore résiduel total


Acide hypocloreux

Ion hypochlorite

Chlorocyanuriques

Chlore (1)

Chloramines


HOCl

ClO¯

CLCy

Cl2

NH2Cl
 NHCl2
NCl3

Pilule DPD4 ou DPD1 + DPD3 ou orthodolidine

Chlore total

Chlore résiduel total


Acide hypocloreux

Ion hypochlorite

Chlorocyanuriques

Chlore (1)

Chloramines


HOCl

ClO¯

CLCy

Cl2

NH2Cl
 NHCl2
NCl3

Pilule DPD4 ou DPD1 + DPD3 ou orthodolidine

Chlore combiné

Chloramines

Chloramines minérales et organiques


NH2Cl
 NHCl2
NCl3
NRnCl3-n

Différence entre la mesure chlore total et la mesure chlore libre

 

(1) au pH de fonctionnement le Cl2 est négligeable
(2) cette mesure n’a pas de sens dans le cas de l’utilisation des chlorocyanuriques

    On recense donc deux réactifs utilisés pour la mesure du taux de chlore :

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

    La différence entre ces teneurs donne la teneur en chloramines, ce qui permet de suivre parfaitement la qualité de la désinfection.






Notion de Break Point

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    - 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 :

    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.
    En effet .
        - Le chlore introduit est consommé prioritairement par les matières organiques(azotées, phénoliques)  pour donner du chlore combiné (chloramines, les chlorophénols et trihalométhanes)) à faible pouvoir germicide ;
       -  Dans un deuxième temps le chlore ajouté sert à détruire le chlore combiné (point critique).;
       - Dans une troisième phase, le chlore ajouté possède les propriétés désinfectantes recherchées et constitue le chlore libre résiduel (acide hypochloreux, hypochlorite

    La dose de chlore nécessaire pour atteindre le break point, en présence d'ammoniaque est, selon les auteurs, de 8 à 10 fois la dose d'azote présente dans l'eau à traiter.
    P
ratiquement, 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.

 

Réactions simplifiées pour la formation des chloramines  :

                                                                

 

 

Courbe représentant la teneur en chlore libre en fonction de la quantité de chlore ajoutée :

avec:
A : destruction du chlore par les composés minéraux,
B : formation de composés chlorés organiques et de chloramines, Réduction des monochloramines et des dichloramines (d), formation puis réduction des trichloramines; Break-point, les monochloramines, dichloramines et trichloramines ont quasi disparues
C : destruction des chloramines par ajout de chlore supplémentaire,
D : production de chlore actif. Tout le chlore ajouté sera sous forme d’acide hypochloreux mais il reste un résiduel de trichloramines

    

 

 

 

 

Corrélation entre le CT et la loi de Chick-Watson

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Critère CT.
    Définition: une désinfection est considérée efficace lorsqu'un résiduel d'oxydant (C) est maintenu pendant une durée (T) sur l'eau à traiter.
Cette notion est traduite par l'utilisation du critère CT(mg/l min).


Loi de Chick et Watson.
    La vitesse d'inactivation des germes par les oxydants est donnée par la loi de Chick-Watson :

(dN / dt) = -kCn

Avec :

    Par commodité on a introduit le concept CT, dérivé de l'équation établie par Chick et Watson, en considérant que n = l.
    La loi cinétique d'inactivation des germes s'écrit alors :

log(N/No) = kCT

    No : Nombre de germes à l'instant t = 0
    T : Temps de contact
    
    Dans ce cas, cela signifie que l'inactivation des germes est directement proportionnelle au CT, produit de la concentration en désinfectant, en mg/1, par le temps de contact exprimé en min.

    




Choix de l'efficacité hydraulique

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    Le calcul du CT disponible nécessaire nécessite de connaître le temps de séjour effectif du bassin, lequel tient compte du degré de court-circuit dans le bassin. Par convention, le temps de contact à utiliser est le T(10),c'est le temps de contact nécessaire pour récupérer à la sortie du bassin 10% d'un traceur injecté à l'entrée. Le T(10) est une valeur plus conservatrice que le temps de séjour théorique moyen (V / Q). Son utilisation assure que 90% de l'eau à traiter a été en contact avec le désinfectant pour une période supérieure ou égale au T(10). La valeur du T(10) pourra être déterminée par le suivi d'un traceur chimique qu'on aura introduit en entrée du bassin.
    On doit donc chercher à obtenir le T(10) le plus élevé possible dans notre ouvrage de manière à maximiser le produit CT(10). La façon d'y arriver est de viser, autant que possible, à reproduire un écoulement piston. A l'opposé, un bassin parfaitement mélangé, tel qu'un mélangeur rapide, est un exemple du type d'écoulement à éviter.
    Afin de normaliser l'analyse hydraulique et ainsi pouvoir comparer différents scénarios ou bassins entre eux, le facteur d'efficacité hydraulique ,qui est le ratio T(10) / T, (temps de séjour effectif divisé par le temps de séjour théorique moyen) est utilisé. Ce paramètre a une valeur comprise entre 0 et 1, la valeur de 1 étant accordée pour le cas idéal d'un écoulement de conduite (cas d'une conception par écoulement en serpentin avec de nombreux coudes).
        Le délai d'établissement d'un régime piston, dans les écoulements en conduites lorsqu'il y a un changement de diamètre, ne sera pas pris en considération dans notre cas car on le néglige devant la durée de l'étape de désinfection.

 



    

Détermination du CT requis

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    Pour un désinfectant donné (par exemple le chlore), le CT nécessaire pour l'inactivation de n logarithme (log) de germes dépendra du micro-organisme cible, ainsi que de la température et du pH.
    Pour un même micro-organisme, le CT dépendra de l'oxydant utilisé et des conditions opératoires (pH, température), comme on pouvait le deviner d'après les paramètres influençant la chloration.


    Le tableau ci-après, donne des valeurs comparées de CT pour deux désinfectants chlorés et différents micro-organismes cibles (inactivation de 99,9 % ou 3 échelles log) pour une température de 25°C.
Les valeurs de CT consignées dans ce tableau soulignent notamment :
        - le faible pouvoir microbiocide de la monochloramine,
        - l'inefficacité de la monochloramine pour l'inactivation des parasites enkystés (Giardia lamblia et muris).

Micro-organismes

Chore (pH 6 à 7)

Monochloramine (pH 8 à 9)

E.Coli

0.034 - 0.050

95 - 180

Poliovirus 1

1.1 - 2.5

770 - 3740

Rotavirus

0.01 - 0.05

3800 - 6480

Giardia lamblia

47 - 150

-

Giardia muris

30 - 630

-

N.B: : la concentration C sera la concentration moyenne en oxydant dans la bâche dans laquelle s'effectuera la désinfection.





 

 

Différentes méthodes de calcul pour le critère CT

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        De manière générale, la concentration en désinfectant diminue au cours du temps (figure). Donc la valeur CT est égale à l'aire de la courbe concentration en désinfectant en fonction du temps.

 

    Il existe différentes manières de calculer le critère CT, qui dépendent à chaque fois de la manière dont est évaluée l'aire de la courbe présentée précédemment.
    En règle générale, il est difficile d'avoir le profil complet du résiduel d'oxydant dans la cuve étudié. La plupart du temps, ce sont des valeurs de résiduels pour un temps connu (c'est-à-dire un endroit connu) qui sont disponibles.
Cela permet de tracer la courbe de concentration du résiduel de chlore en fonction du temps par extrapolation.
On pourrait se servir de differents types de méthodes de calcul (non développés ici) :


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