Phase 3: Désinfection

 

Phase 3 : Désinfection

 

  Bien qu'il existe plusieurs méthodes d'élimination des maladies causée par la présence de micro-organismes dans l'eau, la chloration est la plus couramment utilisée. La chloration est efficace contre de nombreuses bactéries pathogènes, mais à des doses normales, elle ne tue pas tous les virus, les kystes, ou les vers. Lorsqu'elle est combinée avec la filtration, la chloration est un excellent moyen de désinfection de l'eau potable.

 1) Principe de la chloration

   Lorsque le chlore pénètre dans l'eau, il commence immédiatement à réagir avec des composés présents dans l'eau. Le chlore réagit avec des composés organiques et les trihalométhanes se forment. Ils vont également réagir avec des agents réducteurs tels que le sulfure d'hydrogène, les ions ferreux, les ions manganeux, et les ions nitrites.

    Il y a un exemple, dans lequel le chlore réagit avec le sulfure d'hydrogène dans l'eau. Deux réactions différentes peuvent se produire :

 H2S + Cl2 + O2- → S + H2O + 2Cl-

sulfure d'hydrogène + oxygène + chlore ion → soufre élémentaire + eau + ions chlorure

H2S + 4Cl2 + 4H2O → H2SO4 + 8HCl

sulfure d'hydrogène + chlore + eau → acide sulfurique + acide chlorhydrique

     Dans la première réaction, le sulfure d'hydrogène réagit avec le chlore et l'oxygène pour créer du soufre élémentaire, de l'eau et des ions chlorure. Le soufre élémentaire précipite hors de l'eau et peut causer des problèmes d'odeurs. Dans la deuxième réaction, la réaction de sulfure d'hydrogène avec du chlore et de l'eau crée de l'acide sulfurique et de l'acide chlorhydrique. Chacune de ces réactions utilise le chlore dans l'eau, produisant des ions chlorure ou de l'acide chlorhydrique qui n'ont pas de propriétés désinfectantes. La quantité totale de chlore qui est utilisée dans des réactions avec des composés dans l'eau est connue sous le nom 'la demande en chlore'.

Figure 1. Point critique de la chloration

   La demande totale en chlore doit être convaincue, puis l'ajout de plus de chlore va produire une augmentation rapide de chlore résiduel libre. La figure 1 illustre la façon dont le chlore résiduel est produit plus on ajoute de chlore. Le point auquel le chlore résiduel libre commence à s'élever en proportion directe avec la quantité de chlore ajoutée est appelé le point critique. Au point critique, la demande en chlore a été satisfaite, et l'addition de plus de chlore produit un chlore résiduel libre dans un rapport de un-à-un. La plupart des systèmes de traitement des eaux essaye de produire un taux de chlore résiduel libre de 0,6 mg/l dans une eau traitée et de maintenir au moins 0,2 mg/l résiduel total dans le système de distribution.

 2) Calcul du bassin de la chloration

   Le temps de contact et la dose de chlore sont extrêmement importants pour atteindre une bonne désinfection. Le temps de contact de 30 minutes est un minimum, et il peut être nécessaire de l'augmenter à basse température ou d'élever le pH pour atteindre un même niveau de désinfection si la dose reste constante. Une dose plus élevée de chlore peut permettre un temps de contact plus court, mais il ne peut pas être la meilleure façon d'optimiser le processus de désinfection.

  2.1) Dose de chlore

      La dose de chlore nécessaire peut être calculée en déterminant la dose résiduelle souhaitée, le débit et le chlore demandé. Dans notre cas, nous avons 1,0567.10-2 millions de gallons par jour (MGD) d'eau à traiter et un chlore résiduel de 0,2 mg/l avec de l'eau ayant une dose de 3,0 mg/l de chlore demandé. La dose de chlore est calculée ci-dessous :

Le chlore [pound/jour] = Vol. [MGD] * 8,34 [lbs/gal] * concentration totale [mg/l]

                                                           = 1,0567.10-2 [MGD] * 8,34 [lb/gal] * 3,2 [mg/l]

                                                           = 0,282 lbs/jour

                                                           = 0,62 kg/jour

  2.2) Temps de contact avec les micro-organismes

      Le temps de contact dans la chloration est la période entre l'introduction du désinfectant et le moment où l'eau est utilisée. Il doit augmenter dans des conditions de température faible et un pH élevé de l'eau.

Tableau 1. K valeurs pour déterminer le temps de contact

      Pour calculer le temps de contact, il faut utiliser le pH le plus élevé et la température la plus basse de l'eau prévue et la formule est présentée ci-dessous :

Minutes nécessaire = K / chlore résiduel [mg/l]

     Nous avons 7,4 comme pH le plus élevé et la température la plus basse de l'eau est 50 °F. La valeur 'K' (à partir du tableau 1) à utiliser dans la formule est de 12. Par conséquent, un taux de chlore résiduel de 0,2 mg/l nécessite 60 minutes de temps de contact.

  2.3) Géométrie du bassin

      Pour une journée, il faut produire 40 m3 d'eau. Cela nous impose un débit de environ 1,67 m3 d'eau par heure à l'entrée du bassin de chloration. Le temps de contact devant être de 60 minutes et le facteur d'efficacité hydraulique étant de 0,7, ceci nous impose un volume de bassin supérieur à environ 2,6 m3.

     Nous avons donc un bassin circulaire qui a 1,6 m de diamètre et 1,2 m de hauteur. Afin de bien mélanger l'eau avec le chlore, nous avons mis des chicanes de 1 m de hauteur avec différentes longueurs (cf. Figure 2).

Figure 2. Bassin de la chloration avec des chicanes

 

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Source :

● Principe de la chloration et Dose de chlore : Tech Brief, Lorene Lindsay, Chlorination, http://www.nesc.wvu.edu/pdf/dw/publications/ontap/2009_tb/chlorination_DWFSOM68.pdfhttp://water.me.vccs.edu/concepts/chlorchemistry.html

● Temps de contact avec les micro-organismes : Wilkes university, chlorination of drinking water, http://www.water-research.net/watertreatment/chlorination.htm