la désinfection

définition

La désinfection est l'étape ultime du traitement de l'eau de consommation avant distribution. Elle permet d'éliminer les micro-organismes pathogènes de l'eau. Il peut subsister dans l'eau quelques germes banals, car la désinfection n'est pas une stérilisation (stérilisation = destruction de tous les germes présents dans un milieu) (voir la section oxydation et réduction et oxydation-désinfection).

effet bactéricide et effet rémanent

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

• Effet bactéricide : c'est la capacité de détruire des germes à une étape donnée du traitement.
• Effet rémanent : c'est un effet du désinfectant qui se maintient dans l’eau, en particulier dans le réseau de distribution, et qui permet de garantir la qualité bactériologique de l'eau jusqu’au robinet du consommateur : 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, en même temps qu’une prévention des développements de micro-invertébrés dont des formes de résistance ou de reproduction auraient pu traverser la station.

Le tableau 6 rappelle les qualités de chacun des désinfectants utilisés (voir la section oxydation et réduction).

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conditions générales pour une bonne désinfection

Pour être efficace, la désinfection doit être effectuée sur une eau de bonne qualité. La teneur en matières en suspension doit être aussi réduite que possible, et au maximum égale à 1 mg/L. En effet, les bactéries et surtout les virus s'agglomérent sur les MES, qui les protègent de l'effet des désinfectants.

La teneur en MO, COT, et surtout en COA ou CODB doit être la plus faible possible,sinon l'eau va consommer le résiduel du désinfectant, ce qui :

• entraînera un surdosage de ce réactif,
• rendra difficile le maintien d’un résiduel dans le réseau sauf rajouts en différent points de celui-ci,
• permettra des reviviscences bactériennes en cours de distribution,
• fera apparaître des sous-produits nuisibles.

Il faut cependant que la recherche de la réduction de formation des THM ne se fasse pas au détriment de l'efficacité de la désinfection elle-même.

conditions d'application des différents réactifs utilisés

Comme vu à la section notions fondamentales sur la désinfection, une bonne désinfection via les réactifs oxydants demande la combinaison d'une concentration résiduelle C avec un temps de contact T ; c'est le facteur C.T :

Cette valeur varie avec les micro-organismes concernés, le type de désinfectant et la température. A titre d'exemple, la figure 11 donne les conditions pour éliminer 99,9 % (3 log) d'une population d'Escherichia coli, plus généralement les sections oxydation et désinfection par le chlore, oxydation et désinfection par le dioxyde de chlore, oxydation et désinfection par l'ozone et la désinfection par ultraviolets précisent les conditions d’emploi et les performances des différents désinfectants y compris l’irradiation UV en fonction de leur condition d’utilisation (CT, temps, pH, dose) et des micro-organismes visés.

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A titre indicatif, on peut donner les règles suivantes :

chlore

Le maintien d'un taux de 0,5 mg.L^-1 de chlore libre, pendant un temps de contact de 30 min (C.T = 15) à pH inférieur à 8, permet d'éliminer les bactéries pathogènes et les virus de la poliomyélite ; mais on risque de voir apparaître des goûts et des THM dans le réseau en présence de COT.

dioxyde de chlore

Le maintien d'un taux de 0,2 mg.L^-1 pendant 15 min (C.T = 3) assure une protection efficace. L'effet rémanent est important. Mais il n'est pas souhaitable, et même interdit dans certains pays comme la France, d'utiliser une dose trop importante de CℓO₂ pour la désinfection. L'action oxydante de CℓO₂ sur les MO libère l'ion CℓO₂^- qui a été reconnu comme toxique et communique à l'eau une saveur métallique désagréable.

ozone

Le maintien d'un taux de 0,4 mg.L^-1 pendant 4 min (C.T = 1,6) est recommandé pour l'élimination des bactéries pathogènes et des poliovirus. A 5° C un C.T égal à 2 semble nécessaire pour assurer l'élimination des kystes de Giardia et supérieur à 15 pour les oocystes de Cryptosporidium. Dans ces conditions il serait impératif de vérifier que la mise en œuvre d'un tel traitement n'entraîne pas la formation de sous-produits d'oxydation indésirables, notamment les bromates (BrO₃^-) qui sont considérés comme dangereux à des valeurs < 10 µg/L. En fait, de telles observations sont à l’origine de la conception des traitements "multibarrières" déjà évoquée : désinfection chimique contre les bactéries et virus en appliquant les critères habituels, alors que l’élimination des kystes reposera surtout sur l’efficacité de la filtration (sur matériaux granulaires ou mieux sur membranes de clarification) ou encore de l’irradiation U.V.

La désinfection par l'ozone exige que l'eau à ozoner ne contienne plus de manganèse soluble (Mn²⁺) sous peine de communiquer à l'eau une couleur rose. Cette couleur évolue ensuite vers le brun-marron par suite de la précipitation de MnO₂.

Au vu de ce qui a été indiqué dans les paragraphes précédents, il convient de ne pas utiliser l'ozone comme désinfectant dans l'étape ultime du traitement : il faut ensuite prévoir une filtration sur charbon actif en grains qui aura pour objectif de réduire les concentrations en CODB afin de limiter les risques de reviviscence dans le réseau de distribution.

chloramines

Elles ne sont pratiquement pas utilisées pour leur effet bactéricide (beaucoup trop faible), mais plutôt comme un "bactériostatique" sur le réseau vu leur effet rémanent, tout particulièrement dans la distribution des eaux relativement chaudes (25°C ou plus), car elles sont plus stables que le chlore libre à cette température. Dans les pays où est accepté un fort taux de désinfectant résiduel au robinet du consommateur, l'emploi des chloramines se développe après une désinfection effectuée soit à l'ozone soit au chlore (effet bactéricide).

rayonnement UV

Ses effets ont été décrits à la section la désinfection par ultraviolets ainsi que les doses recommandées en fonction de la transmittance des eaux traitées, des micro-organismes visés et du rendement d’élimination recherché.

En désinfection d’eau potable, vu les très bonnes transmittances (tr >90% m^-1) sur des eaux <1 NTU, des doses de 20 à 40 mJ/cm² sont recommandable et l’emploi de systèmes utilisant des lampes moyenne pression s’impose (faible nombre de lampes – faible encombrement…), ce que résume le tableau 7 :

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Conditions de mise en œuvre :

• La géométrie et donc l’hydraulique de l’appareil est importante : à l’heure actuelle, l’efficacité des chambres de contact peut être appréciée par des modélisations informatiques des écoulements qui prennent en compte l’hydraulique du système (et donc les temps de passage de l’eau dans la zone d’influence des lampes génératrices d’UV), la puissance du faisceau ainsi que son atténuation consécutive à l’absorption par l’eau et ses substances dissoutes.
• Une bonne élimination du fer et de la couleur est nécessaire tant pour obtenir une bonne transmittance que pour éviter des salissures importantes des gaines de quartz qui protègent les lampes.
• Vu les assez forts dégagements de chaleur, il faut veiller à ce que l’eau soit légèrement agressive pour éviter des entartrages rapides des dites gaines.
• De toute façon, les réacteurs doivent disposer d’un système de nettoyage automatique des dites gaines.

Avantages et inconvénients :

Seul désinfectant sans sous-produit dommageable et efficace pour l’inactivation de tous les micro-organismes y compris des kystes de protozoaire, le rayonnement UV a, si l’on n’y prend garde, deux inconvénients :

• il n’y a pas de possibilité de vérifier l’efficacité de la dose délivrée par la mesure d’un résiduel comme dans le cas des oxydants chimiques ; il est donc indispensable que le réacteur soit muni de capteurs UV (si possible 1 capteur par lampe) permettant de contrôler en continu le rayonnement réellement émis par les lampes, ceci afin de :
  • suivre le vieillissement normal de celles-ci (compensé par une augmentation du courant appliqué à la lampe),
  • être prévenu instantanément d’une éventuelle défaillance de l’une d’elles pour mettre en service automatiquement un réacteur de réserve ou intervenir de suite pour changer la lampe défaillante (quelques minutes d’arrêt seulement),
• sans effet rémanent, et sauf réseau court ou particulièrement bien entretenu, il doit être couplé avec l’injection d’un autre désinfectant à effet rémanent (Cℓ₂ - CℓO₂ – chloramine). Le réacteur UV sera donc installé après affinage mais avant l’injection de ce dernier réactif.