Purification de l'Eau Dans l'Industrie

Purification de l’eau dans l’industrie

Enrico Riboni

Remerciements

Ce livre est issus des cours Pratiques et economie de la purification de l’eau dansl’industrie organises par la Fondation Suisse pour la Recherche en Microtechnique. Cescours de formation continue s’adressent a des praticiens de l’industrie. Tout comme cescours, le present livre ne s’adresse donc pas a des personnes ayant deja des connaissancesapprofondies en chimie de l’eau ou en traitement de l’eau, mais a des ingenieurs ettechniciens ayant des bases techniques generales mais pas de connaissances particulieresconcernant l’eau : ce livre constitue une introduction a ce domaine.

Depuis 1997, je donne ces cours en cooperation avec Madame Uta Moerschell, IngenieurChimiste Diplome de la Haute Ecole specialisee de Nurenberg.

Mes remerciements vont donc tout naturellement a Madame Uta Moerschell, qui abeaucoup contribue au developpement du cours et en particuliers a ses chapitres relatifsa la chimie de l’eau, a la demineralisation de l’eau et les etudes de cas, et aussi bien sur a laversion allemande du cours. Je tiens aussi a remercier Monsieur Fischer, responsable descours de formation continue a la Fondation Suisse pour la Recherche en Microtechnique,qui nous a permis de faire ces cours et nous a encourage a les ameliorer continuellement.

Mes remerciements vont aussi a tous les participants des cours de purification de l’eaude la Fondation Suisse pour la Recherche en Microtechnique depuis 1997, qui, par leursavis et propositions d’amelioration du cours nous ont permis d’ameliorer le cours et ontdonc une part de merite significative pour ce qui est de la qualite du present ouvrage.

L’auteur

Ingenieur mecanicien diplome de l’Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EnricoRiboni a acquis sont experience de traitement de l’eau d’abord en travaillant commechef de projet aupres d’un grand bureau d’ingenieurs-conseils, puis comme responsablede la filiale Europe et Moyen-Orient d’un fabriquant de materiel de traitement de l’eaupour l’industrie (Osmonics). Enrico Riboni est actuellement gerant de ozone.ch (Boudry,Suisse). Cette societe propose des services d’ingenieurs-conseil et des produits innovantspour le traitement de l’eau et l’utilisation de l’ozone.

Version et disponibilite

Vous avez entre vos mains la version 21.2 de ce livre. Elle a ete preparee en decembre2002 et amelioree en mars 2003. Des versions futures sont prevues. Le manuel est dis-ponible gratuitement en telechargement en format PDF a partir du site de ozone.ch :http ://www.ozone.ch. La version imprimee peut etre obtenue contre une participationforfaitaire aux frais d’impression et d’envoi de CHF 100.00 (Suisse) EUR 70.00 (UnionEuropeenne). Format : classeur A4, noir et blanc. Conditions speciales pour clients deozone.chet ceux qui ont participe a un cours FSRM sur la purification de l’eau surdemande.

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Copyright

c©Enrico Riboni, Chezard-Saint-Martin, Suisse, 1997-2003. Le manuel peut etre utiliselibrement pour un usage en enseignement, entreprise et en cadre prive. Il ne peut enaucun cas etre propose a la vente, sauf par Enrico Riboni, ozone.chet la FondationSuisse pour la Recherche en Microtechnique.

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Table des matieres

I. Introduction et rappels 1

1. Introduction 21.1. L’eau : aussi omnipresente que meconnue . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2. Rappel historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3. Tendances actuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Introduction a la chimie de l’eau 62.1. Qu’est-ce que l’eau ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2. Les classes de polluants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.3. Une classification alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3.1. Polluants primaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.2. Polluants secondaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.3. Polluants tertiaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.3.4. Les traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3.5. Composants non permanents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4. Les unites de mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.4.1. Unites de mesure des substances dissoutes . . . . . . . . . . . . . 102.4.2. Unites de mesure des solides en suspension . . . . . . . . . . . . . 112.4.3. Durete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5. pH, acides et bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.6. Oxydo-reduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.7. Conductivite de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.8. Dissolution et precipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.9. L’equilibre calco-carbonique de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3. Les polluants dans l’eau 213.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2. Calcium – Ca++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.3. Magnesium – Mg++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.4. Bicarbonate – HCO−

3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.5. Fer – Fe++, Fe+++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.6. Silice – SiO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

iii

Table des matieres

3.7. Gaz carbonique – CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.8. Chlore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223.9. Trihalomethanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.10. Que faut-il analyser ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

II. Les technologies de la purification de l’eau 26

4. Filtration et microfiltration 274.1. Quelques definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.2. Filtration particulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.2.1. Pourquoi filtrer ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.2.2. Les mecanismes de filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284.2.3. Types de filtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.2.4. Filtres a cartouches consommables . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.3. Microfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5. Procedes membranaires 445.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.2. Osmose inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

5.2.1. Principe de l’osmose inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.2.2. Equations fondamentales de l’osmose inverse . . . . . . . . . . . . 475.2.3. Exemples d’unites d’osmose inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

5.3. Ultrafiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555.4. Nanofiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

6. La maintenance des osmoseurs 586.1. Suivi des performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

6.1.1. Parametres a enregistrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586.1.2. Parametres a calculer sur la base des enregistrements . . . . . . . 59

6.2. Nettoyage des membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

7. La desinfection de l’eau 62

8. Sterilisation U.V. 638.1. Principe et limites de la desinfection par ultraviolets . . . . . . . . . . . . 63

8.1.1. Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 638.1.2. Limites de la sterilisation par ultraviolet . . . . . . . . . . . . . . 638.1.3. Longueur d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648.1.4. Les lampe ultraviolet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

8.2. Dimensionnement d’un sterilisateur UV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 658.2.1. Dose de rayonnement UVc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

8.3. Doses de rayonnement UV pour differentes classes de micro-organismes . 678.3.1. Exemples d’estimations de la dose necessaire . . . . . . . . . . . . 69

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Table des matieres

8.3.2. Biodosimetrie ou calcul ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

9. Chloration 73

10.Ozonisation 7410.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

10.1.1. Desavantages de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

10.1.2. Avantages de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

10.1.3. Potentiels Redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

10.1.4. Materiaux resistants a l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

10.2. Dosage d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

10.3. Systemes de melange ozone - eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

10.3.1. Colonnes de contact et injecteurs Venturi . . . . . . . . . . . . . . 79

10.3.2. Transfert de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

10.3.3. Conclusion sur la dissolution de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . 87

10.3.4. Destruction de l’ozone residuel en phase liquide . . . . . . . . . . 87

10.3.5. Destruction de l’ozone residuel en phase gazeuse . . . . . . . . . . 88

10.3.6. Ozone : dimensionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.3.7. Ozone a partir de l’oxygene de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

10.4. Mesure de l’ozone dans l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

10.4.1. Colorimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.4.2. Sondes electrochimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.4.3. Capteurs a semiconducteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

10.4.4. Analyseurs d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

10.4.5. Comparaison des methodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

10.4.6. Etude de cas : mesure de l’ozone dans l’air . . . . . . . . . . . . . 94

10.5. Mesure de l’ozone dans l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

10.5.1. Methodes disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

10.5.2. Colorimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

10.5.3. Mesure du potentiel Redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

10.5.4. Sondes electrochimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

10.5.5. Capteurs a semiconducteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

10.5.6. Analyseurs d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

11.Selection d’une methode de desinfection 9811.1. Criteres de selection de la methode de desinfection . . . . . . . . . . . . . 98

11.1.1. Debit de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11.1.2. Micro-organismes a eliminer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11.1.3. Caracteristiques de l’eau en sortie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

11.1.4. Intervalle entre traitement et consommation . . . . . . . . . . . . 99

11.2. Quelques exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

11.2.1. Un systeme d’ozonisation compact et performant pour debits apartir de 1 m3/h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

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Table des matieres

11.2.2. Une unite de potabilisation pour maison sans raccordement aureseau d’eau potable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

11.2.3. Un point d’eau potable dans un endroit qui n’est pas relie aureseau electrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

11.2.4. Installation de chloration de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10111.2.5. Eau ultrapure, micro-electronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

12.Les biofilms 10212.1. Importance des biofilms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10212.2. Qu’est-ce qu’un biofilm ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10212.3. Les facteurs influencant la formation et le developpement des biofilm . . 102

12.3.1. Temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10212.3.2. Vitesse d’ecoulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10312.3.3. Espaces morts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10312.3.4. Barrieres antibacteriennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

12.4. Controle des biofilms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10312.5. Desinfection d’installations lors de l’installation d’un sterilisateur U.V . . 104

12.5.1. Un cas particulier : les boucles de distribution d’eau ultrapure . . 10512.6. Biofilms et corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

13.L’eau ozonee 10813.1. Pourquoi l’eau ozonee ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10813.2. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10813.3. Securite lors de l’emploi d’eau ozonee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

13.3.1. Problemes specifiques a l’utilisation d’eau ozonee . . . . . . . . . 10913.3.2. Effets de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11013.3.3. Les mesures de precaution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

14.La distillation 11214.1. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11214.2. Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11214.3. Qualite de l’eau distillee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11214.4. Solutions pour reduire la consommation d’energie . . . . . . . . . . . . . 114

14.4.1. Effets multiples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11414.4.2. Thermocompression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

14.5. Limites de la distillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

15.Procedes par echange d’ions 11615.1. Introduction a l’echange d’ion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11615.2. Adoucisseurs d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11715.3. Demineralisation par echange d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

15.3.1. Equations fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11715.3.2. Regeneration des echangeurs d’ions a 2 lits . . . . . . . . . . . . . 11915.3.3. Echangeur d’ions a lit melange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

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Table des matieres

15.3.4. Pourquoi l’eau est-elle meilleure apres un lit melange qu’apres undeux-lits ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

15.3.5. Regeneration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11915.4. Calcul des echangeurs d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

15.4.1. Principes generaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12015.4.2. Qualite de l’eau obtenue par echange d’ions . . . . . . . . . . . . 120

16.Les antitartres electromagnetiques 12116.1. Passions et polemique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12116.2. Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12116.3. Limitations d’emploi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

17.Electrodeionisation 12417.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12417.2. Avantages et desavantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

17.2.1. Principaux avantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12517.2.2. Principaux desavantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

17.3. Problemes resultants d’aspects commerciaux . . . . . . . . . . . . . . . . 12717.4. Etudes de cas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

17.4.1. L’osmoseur instable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12717.4.2. Cellule mysterieuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

17.5. Situation actuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

18.Degazage 12918.1. Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12918.2. La technologie traditionelle : le decarbonateur . . . . . . . . . . . . . . . 129

18.2.1. Principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12918.2.2. Le dimensionnement des decarbonateurs . . . . . . . . . . . . . . 129

18.3. Les nouvelles technologies de degazage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13018.3.1. Principe de fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13018.3.2. Calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

III. Conception et optimisation de systemes de purification del’eau 133

19.Introduction 13419.1. Deroulement du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13419.2. Delais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13519.3. Caracteristiques de l’eau d’alimentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

19.3.1. Informations a obtenir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13619.3.2. Etude de cas : chlore et membranes . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

19.4. Qualite d’eau necessaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13719.5. Definition de la qualite de l’eau necessaire . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

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19.6. Quantite d’eau necessaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13819.7. Autres parametres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13819.8. Conception du procede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

20.Specification des principaux elements 14120.1. Introduction aux specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14120.2. Osmose inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14120.3. Echangeurs d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14220.4. Generateurs d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14220.5. Distillateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14320.6. Electrodeionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14320.7. Specification des filtres et cartouches filtrantes . . . . . . . . . . . . . . . 144

20.7.1. Cartouches de pefiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14420.7.2. Cartouches de microfiltration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14420.7.3. Debits : ordres de grandeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

21.Optimisation de systemes existants 14521.1. Methode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14521.2. Osmoseurs : optimisation de la maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . 14521.3. Cartouches filtrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14521.4. Etude de cas : cartouche de prefiltration d’un osmoseur . . . . . . . . . . 14521.5. Osmoseur en pretraitement d’echange d’ion . . . . . . . . . . . . . . . . . 14621.6. Capacite des resines d’echangeurs d’ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

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Table des figures

1.1. Le traitement de l’eau, un sujet a la frontiere de plusieurs disciplines . . . 31.2. Les domaines du traitement de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1. La molecule d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2. Classification des impuretes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3. Conductivite de l’eau en fonction de la concentration de solides dissous

(TDS). [12] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4. Le gaz carbonique dans l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5. Nomogramme de Langelier et Ryznard[12] . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.6. Interpretation de l’indice de Ryznar[12] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1. Le CO2 dans l’eau, sous differentes formes en fonction du pH . . . . . . . 23

4.1. Interception directe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.2. Mouvement brownien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.3. Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.4. La formation d’un gateau de filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.5. Principe de fonctionnement d’un filtre a poche . . . . . . . . . . . . . . . 324.6. Changement d’une poche. Ces poches peuvent se casser, causant des

degats importants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.7. Filtre autonettoyant. Principe de fonctionnement. Image : Filters Srl . . 344.8. Filtre autonettoyant. Photo : Filters Srl . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.9. Montage d’un filtre autonettoyant. Photo : Filters Srl . . . . . . . . . . . 354.10. Filtre a sable a pression. Photo : Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.11. Corps de filtres pour filtres a cartouche. Photo : Osmonics . . . . . . . . 374.12. Cartouche a fil bobine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.13. Cutoff, ou nettete du seuil de filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.14. Evolution de la perte de charge au cours de la vie d’une cartouche filtrante 414.15. Une cartouche de microfiltration. Photo : Osmonics . . . . . . . . . . . . 424.16. Vue au microscope d’une membrane d’une cartouche de microfiltration

absolue. Photo : Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.1. Le phenomene naturel osmose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.2. Un module spirale [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465.3. Fabrication d’un module d’osmose inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

ix

Table des figures

5.4. Membrane d’osmose inverse : le modele avec pores. Image : Osmonics . . 475.5. Membrane d’osmose inverse : le modele sans pores . . . . . . . . . . . . . 475.6. Representation schematique d’un osmoseur . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.7. Schema d’un petit osmoseur industriel. Schema : Osmonics . . . . . . . . 525.8. Exemple d’unite d’osmose inverse pour laboratoire. Photo : Electrolux . 535.9. Schema de principe de l’unite montree sur la figure 5.8 . . . . . . . . . . 535.10. Osmoseur industriel de taille moyenne, muni de membranes 4”. Photo :

Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.11. Exemple de grand osmoseur industriel, muni de membranes 8”. Photo :

Osmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545.12. Exemple d’unite d’ultrafiltration au point d’utilisation [20] . . . . . . . . 555.13. Schema d’une unite d’ultrafiltration au point d’utilisation [20] . . . . . . 565.14. Machine d’ultrafiltration pour la potabilisation de l’eau . . . . . . . . . . 56

8.1. Absorption du rayonnement ultraviolet par l’eau et par l’ADN . . . . . . 638.2. Comparaison des spectres d’emission d’une lampe basse pression et d’une

lampe moyenne pression [13] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 648.3. Reduction du rayonnement emis au bout de 7 jours, en fonction de la durete 658.4. Dose de rayonnement U.V. necessaire pour reduire de 99.99% divers micro-

organismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 668.5. Exemple de sterilisateur U.V. [23] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

10.1. L’ozone : un desinfectant plus puissant que le chlore [2] . . . . . . . . . . 7510.2. Les principaux composants d’un systeme d’ozonisation de l’eau . . . . . . 7610.3. Generation d’ozone par decharge Corona. Principe . . . . . . . . . . . . . 7710.4. Exemple de systeme de generation d’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . 7810.5. principe de fonctionnement d’une colonne de contact . . . . . . . . . . . 7910.6. Contacteur municipal : principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8010.7. Injecteur Venturi : principe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8110.8. Systeme Venturi-Reacteur-Cyclon : pilote de demonstration. Photo : GDT

Corporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8210.9. Ensemble injecteur – reacteur – cyclon : principe . . . . . . . . . . . . . 8310.10.Solubilite de l’ozone dans l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8410.11.Efficacite de la dissolution de l’ozone dans l’eau . . . . . . . . . . . . . . 8510.12.Comparaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8610.13.Concentration de bacteries en plusieurs points d’une chaıne de potabili-

sation de l’eau [25] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8810.14.Exemple d’installation de destructeur catalytique d’ozone. Photo : ozone.ch 8910.15.Systeme MembrelTMde production d’ozone a partir de l’oxygene de l’eau.

Photo : Ozonia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9010.16.Detecteur d’ozone portable [23] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9210.17.Detecteur d’ozone fixe dans armoire de protection [23] . . . . . . . . . . . 9210.18.Analyseur d’ozone pour l’air ambiant. Photo : InUSA Corporation . . . . 9410.19.Detecteur d’ozone dissous a capteur a semiconducteur. Photo : ozone.ch 96

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Table des figures

10.20.Principe de fonctionnement d’un analyseur d’ozone utilisant la loi deHenry. Dessin : InUSA Corporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

10.21.Analyseur d’ozone a mesure directe dans l’eau. Le capteur, a travers lequell’eau passe, est a droite sur la photo. Photo : InUSA Corporation . . . . 97

11.1. Systeme compact d’ozonisation de l’eau [23] . . . . . . . . . . . . . . . . 10011.2. Systeme de potabilisation d’eau de pluie pour maison isolee [23] . . . . . 100

12.1. Un biofilm. Le biofilm est forme de micro-organismes, mais aussi par unreseau de polymeres extra-cellulaires [21] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

12.2. Controle de biofilms [21] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10412.3. La corrosion favorisee par les biofilms. Principe [21] . . . . . . . . . . . . 107

13.1. Systeme portable de production d’eau ozonee [23] . . . . . . . . . . . . . 10913.2. Systeme pour refroidissement a l’eau (Hydrocooling) de viande de poulet,

avec eau ozonee. Image : GDT Corporation [23] . . . . . . . . . . . . . . 110

14.1. Schema de principe d’un distillateur [9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11314.2. Principe de la thermocompression [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

15.1. Schema de principe d’un adoucisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

16.1. Antitartre electromagnetique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

17.1. Principe de l’electrodeionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12417.2. Principe de l’electrodeionisation(2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12517.3. Exemple d’elecrodeionisateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

18.1. Schema de principe d’un decarbonateur [8] . . . . . . . . . . . . . . . . . 13018.2. Principe de fonctionnement d’une installation de degazage avec injecteur

Venturi [15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13118.3. Efficacite d’un systeme de degazage a Venturi [15] . . . . . . . . . . . . 13218.4. Efficacite d’un systeme de degazage a Venturi pour l’elimination du radon

[15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

20.1. Petit concentrateur d’oxygene. Photo : SeQual Corporation . . . . . . . . 143

21.1. Generation d’ozone par decharge Corona. Principe . . . . . . . . . . . . . 14621.2. Capacite d’une resine en fonction de la quantite de regenerant employe . 147

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Liste des tableaux

2.1. Facteurs de conversion pour les ions les plus courants . . . . . . . . . . . 112.2. Conversion des degres de durete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.1. Seuils de filtration usuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.1. Taux de rejets de differents sels, relativement au NaCl . . . . . . . . . . . 50

6.1. Debits et volumes de solution de nettoyage recommandes . . . . . . . . . 61

8.1. Doses d’inactivation D10 pour quelques micro-organismes communs . . . 678.2. Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de bacteries . . . . . . . . 688.3. Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de moisissures et spores . . 698.4. Doses de rayonnement UV pour l’inactivation d’algues et protozoa . . . . 698.5. Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de virus . . . . . . . . . . 698.6. Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de levures . . . . . . . . . 70

10.1. Potentiels Redox de quelques produits oxydants utilises dans l’industrie . 7510.2. Demi-vie de l’ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7610.3. Les methodes de mesure de l’ozone dans l’air . . . . . . . . . . . . . . . . 93

13.1. Effets de l’ozone sur la sante humaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

xii

Premiere partie .

Introduction et rappels

1

1. Introduction

1.1. L’eau : aussi omnipresente que meconnue

L’eau est omnipresente dans l’industrie. Il n’y a pas de produit qui n’est pas au moinsrince avec de l’eau au cours de sa production, et l’eau est un composant essentiel dela production de bien des produits alimentaires et chimiques, par exemple. Les qualitesthermodynamiques de l’eau en font un fluide caloporteur de choix : elle a une enthalpied’evaporation tres elevee et une chaleur specifique tres elevee egalement.

Pourtant, le praticien confronte a la conception du systeme de traitement de l’eau pourl’industrie devait jusqu’a present se tourner vers des ouvrages en anglais, par ailleurs sou-vent excellents, ou se resoudre a utiliser des ouvrages en francais destines au traitementde l’eau potable. Cette situation n’etant pas satisfaisante, j’ai entrepris l’ecriture de cetouvrage, sur la base du cours qui existe depuis 1997 aupres de la FSRM et des nouveauxcours avances de la FSRM introduits en 2002.

Le traitement de l’eau est un domaine a la frontiere de plusieurs disciplines. La chimiejoue un role primordial, mais aussi la mecanique et, pour les installations d’une certaineimportance, aussi le genie civil. La conception d’une nouvelle installation requiert enprincipe la collaboration d’au moins un chimiste et un ingenieur en mecanique.

Lorsqu’on parle de “traitement de l’eau”, on englobe en fait une serie de disciplinestres diverses. Il y a en effet peu en commun entre une installation de potabilisation d’eausouterraine, qui est essentiellement un ouvrage de genie civil, et une petite installationde production d’eau ultrapure pour la microelectronique, qui, si elle ne necessite pas degenie civil, fait appele a des technologie de pointe, des methodes de mesures sophistiqueeet exige une maintenance tres soignee par ses operateurs.

Le livre ne traite pas du sujet des eux usees. Le traitement des eaux usees industriellesfait appel en partie aux memes technologies que la purification de l’eau, mais aussi a denombreuses autres techniques, comme les bioreacteurs. Les aspects legaux sont souventdeterminants. Il en resulte qu’il est pratiquement impossible de les traiter dans le cadred’un ouvrage traitant de la purification de l’eau.

La grande majorite des utilisateurs d’eau dans l’industrie disposent d’eau potable. Lesujet du livre sera donc essentiellement la purification de l’eau potable pour la rendreutilisable dans les processus industriels.

Dans de rares cas, l’industrie doit utiliser de l’eau non potable, provenant de forages,de la nappe phreatique ou de rivieres ou de lacs. Un chapitre sera consacre au traitementadditionnels necessaires si l’on emploie de l’eau encore a potabiliser. Dans la plupart descas, ces traitements sont assez simples.

2

1.1. L’EAU : AUSSI OMNIPRESENTE QUE MECONNUE

Fig. 1.1.: Le traitement de l’eau, un sujet a la frontiere de plusieurs disciplines

Fig. 1.2.: Les domaines du traitement de l’eau

Comme le cours, ce livre est organise selon les lignes directrices suivantes : les deuxpremieres parties sont consacrees aux connaissances de bases necessaires : la partie 1est une introduction a la chimie de l’eau. Il est en effet indispensable de comprendre leproduits que nous allons traiter. Ensuite, une 2e partie, tres importante par le volume deses pages, est consacree aux technologies qui sont a notre disposition pour le traitement

ozone.ch Sarl 3 http://www.ozone.ch

CHAPITRE 1. INTRODUCTION

de l’eau. Enfin, dans la 3e partie de l’ouvrage, nous mettrons en pratique les connais-sances acquises pour la conception de nouvelles installation et l’analyse et l’optimisationd’installations existantes. Comme bien des branches industrielles, la purification de l’eauutilise des technologies parfois fort anciennes. Certaines, comme l’ozone, on connu undeveloppement rapide avant de retomber dans l’oubli, pour faire ensuite un retour enforce a une epoque tres recente. D’autres, comme l’osmose, sont recentes, etaient d’uneutilisation assez complexe mais se se sont aujourd’hui popularisees.

La 3e partie de l’ouvrages est consacree a la conception de nouvelles installationset l’optimisation d’installations existantes. Ces sujets sont traites du point de vue del’utilisateur d’installation.

1.2. Rappel historique

La sedimentation date de l’antiquite classique : des documents en grec decrivent destechniques employees dans l’Egypte Ptolemaıque deja au 2e siecle avant notre ere. Lafiltration par tamisage avec un textile est encore plus ancienne : elle etait connue enGrece au 5e siecle avant notre ere. Le filtre a sable, qui est utilise aujourd’hui danstoutes les piscines et dans bien des applications industrielles est d’origine incertaine,mais il semble qu’il etait deja connu dans l’Egypte Ptolemaıque. En Europe, il est utilisedes le 17e siecle. Les filtres-presse sont un produit de la revolution industrielle : lespremiers brevets datent de l’an 1800.

Les technologies de desinfection de l’eau sont toutes beaucoup plus recentes. En effet,il faut attendre les developpement de la biologie et l’apparition de la notion de micro-organisme dans les annees 1860 pour que la necessite de desinfecter l’eau apparaisse.Pasteur aurait dit que nous buvons presque toutes nos maladies. Le chlore et l’ozonesont les premieres methodes de desinfections utilisees, a la fin du 19e et a l’aube du20e siecle. Les premiers brevets pour la sterilisation UV datent aussi du debut du20e siecles. Malheureusement, l’Europe en 1918 dispose de nombreuses grandes usinesde chlore, alors que la fin de la guerre cause un effondrement de la demande pour ce gaz.Le chlore est desormais bon marche, et il devient le desinfectant de choix pour l’eau : lasterilisation par rayonnement UV et l’ozonisation resteront confinee a des applicationsde niche jusqu’aux annees 1960.

Les techniques de demineralisation par echanges d’ions sont plus recentes. Le premieradoucisseur est mis en service en 1905. La premiere demineralisation totale date de 1937,en Angleterre : l’application est la production de la biere. La cartouche filtrante jetableest aussi un produit des annees 1930 . A l’epoque, le grand fabriquant de cartouches je-table est la societe Sartorius, de Gottingen, en Allemagne, qui existe encore aujourd’hui.A la fin de la guerre plusieurs ingenieurs de Sartorius seront amenes aux USA ou ilstravailleront pour le departement de la defense, avant de participer a la fondation de lasociete Millipore, qui est aujourd’hui l’un des geants mondiaux de la cartouche filtranteindustrielle.

L’osmose inverse a un developpement tres lent. Bien que le phenomene de l’osmosesoit connu depuis la 2eme moitie du 19e siecle, il faut attendre les annees 1950 pour que


1.3. TENDANCES ACTUELLES

des installations d’osmose inverse soient realisee a l’echelle du laboratoire. Les premieresinstallations industrielles datent des annees 1960, et il faut attendre les annees 1980 pourla technologie se generalise, d’abord aux USA puis en Europe.

1.3. Tendances actuelles

Les annees 1990 ont vu une baisse de prix des installations a membrane (Osmoseinverse) et des systemes d’ozonisation de l’eau, ce qui fait que ces technologies sont deplus en plus frequemment utilisees. Cette periode a aussi vu des fournisseurs proposerdes equipements standard, sur catalogue, a des prix tres competitifs aussi pour des debitstres importants1.

La 2e moitie des annees 1990 a aussi vu l’apparition de membranes d’osmose inversea pression plus faible, qui ont reduit le cout d’exploitation des osmoseurs de 20 a 30%,favorisant ainsi encore une fois cette technologie.

Les technologies membranaires se sont imposees contre la demineralisation par echanged’ions. Un domaine ou l’echange d’ions se maintient actuellement est l’adoucissementde l’eau. Il existe une technologie membranaire, la nanofiltration, qui constitue unealternative potentielle a l’adoucisseur. La technologie peine a s’imposer au niveau desinstallations domestiques2, mais elle s’est fortement implantee dans l’industrie agro-alimentaire3.

La baisse des prix des membranes d’osmose inverse s’explique principalement par :

• L’augmentation du volume de production• Le fait que longtemps les membranes en polyamides etaient l’apanage de la societe

Filmtec4 sur la base d’un brevet qui a ete declare public en 19935 : depuis 1994 deja,la concurrence est severe dans le domaine des membranes.

En pratique il est devenu essentiel de negocier les prix lors d’achats de membranes.

1A titre d’exemple, un fabricant americain, egalement represente en Europe, propose sur cataloguedes osmoseurs standard, construits en serie, pour des debits allant jusqu’a plus de 70 m3/h

2La societe allemande qui avait lance le premier appareil domestique de nanofiltration a cesse saproduction en 1998. A notre connaissance aucune societe n’a encore repris le flambeau, mais cela nesaurait tarder

3De nombreuses usine de Coca-Cola sont munies de systemes d’ultrafiltration pour adoucir l’eau, etpermettre a tous les habitant de la planete de boire une boisson qui a le meme gout

4Filiale de Dow Chemical5La motif de la suspension de la protection accordee a Filmtec par son brevet etait le fait que les

membranes en polyamide avaient etes developpees pendant un projet finance par l’armee US, et auxUSA une invention resultant d’un developpement finance par l’argent public ne peut etre protegeepar un brevet


2. Introduction a la chimie de l’eau

2.1. Qu’est-ce que l’eau ?

Il est usuel de croire que l’eau est H2O. En fait, une description plus precise de celiquide serait : l’eau, c’est H2O plus une serie d’impuretes. Le praticien du traitementde l’eau doit connaıtre ces impuretes, leurs consequences sur les proprietes de l’eau, etaussi les unites de mesures employees pour exprimer ces impuretes afin de comprendreles analyses d’eau.

Cet ouvrage s’adressant a des praticiens de l’industrie, nous ne traiterons pas ici desmethodes d’analyse de l’eau, mais bien de l’interpretation des resultats d’analyses quenous pourrons obtenir de laboratoires. Les polluants de l’eau ayant des consequencesdirectes sur les caracteristiques de l’eau, l’on utilise pour l’eau de nombreuses mesures.Nous ne decrirons pas ici les methodes d’analyse de l’eau, qui font l’objet de nombreuxautres ouvrages, mais il est important pour pouvoir concevoir des systemes de traitementde l’eau et les utiliser de maniere optimale de bien comprendre les analyses d’eau, et lasignifications de grandeurs telles que le pH, le potentiel d’oxydo-reduction, etc.

L’eau est un fluide qui a des caracteristiques tout a fait remarquables :

• Sa densite est plus faible a l’etat solide qu’a l’etat liquide• La tension de surface est tres elevee• On l’appelle parfois le solvant universel, car elle dissout plus de substances que tout

autre fluide connu.• Sa chaleur de vaporisation elevee, ce qui en fait un fluide caloporteur de choix

Ces caracteristiques sont dues a la molecule d’eau (voir figure 2.1).La molecule d’eau est une molecule molecule polarisee. Ces molecules tendent a rester

ensemble a l’etat liquide plus que d’autres fluides, ce qui explique la chaleur de vapori-sation elevee. Elle tend aussi a separer les ions : il en resulte que l’eau est un excellentsolvant. Le volume de l’eau augmente lorsqu’elle passe de l’etat liquide a l’etat solide :elle est l’une des 3 seules substances connues dans la nature dans ce cas.

2.2. Les classes de polluants

L’eau, de part sa nature de solvant universel, n’existe pratiquement pas sous formede H2O pure. L’on trouve litteralement de tout dans l’eau. Afin de pouvoir analyserles traitements de purification envisageables, il est indispensable dans un premier temps

6

2.2. LES CLASSES DE POLLUANTS

Fig. 2.1.: La molecule d’eau

de classifier les impuretes. Il y a plusieurs manieres de classifier les impuretes. L’interetd’une classification est evidemment conditionne par l’utilite de celle-ci pour definir lestraitements de purification.

Fig. 2.2.: Classification des impuretes

Les principales classes de polluants sont :


CHAPITRE 2. INTRODUCTION A LA CHIMIE DE L’EAU

• Les elements solubles : on pourra les eliminer par osmose inverse ou echange d’ions1

• Les micro-organismes : on pourra les detruire par des methodes de desinfection• Les composes insolubles : il faudra precipiter ou filtrer• Les composants organiques : ils constituent une nourriture pour d’eventuelles bacteries,

il faudra donc les eliminer, en general par oxydation ou par absorption sur charbonactif

2.3. Une classification alternative

Une autre maniere de classifier est de parler de polluants primaires ou secondaires, enfonction de leur concentration habituelle dans l’eau.

2.3.1. Polluants primaires

Les polluants primaires, dont la concentration dans l’eau depasse souvent les 5 ppmsont :

• Bicarbonate HCO−3

• Calcium Ca++

• Chloride Cl−

• Magnesium Mg++

• Silice SiO2

• Sodium Na+

• Sulfate SO2−4

2.3.2. Polluants secondaires

On definit comme polluants secondaires ceux dont la concentration depasse souvent0.1 ppm :

• Ammoniac NH3

• Bore B+3

• Fluor F−

• Fer Fe++• Nitrate NO−

3

• Potassium K+

• Strontium Sr++

2.3.3. Polluants tertiaires

Les polluants tertiaires sont ceux dont la concentration depasse souvent 0.01 ppm :

• Aluminium

1A noter que l’osmose inverse mais pas l’echange d’ions eliminera aussi des composants solubles nonionises, comme par exemple le sucre et d’autres substances organiques en solution


2.3. UNE CLASSIFICATION ALTERNATIVE

• Arsenic• Baryum• Bromide• Cuivre• Plomb• Lithium• Manganese• Phosphate• Zinc

2.3.4. Les traces

Les traces sont ces polluants dont la concentration est generalement inferieure a 0.01ppm :

• Antimoine• Cadmium• Chrome• Cobalt• Mercure• Nickel• Etain Sn• Titane Ti

2.3.5. Composants non permanents

La concentration de nombreux composants de l’eau est soumise a des changementsdus au contact avec l’air, avec les materiaux de recipients et conduites, ou a l’activitebiologique. Il s’agit en particulier de :

Acidite et alcalinite

Produits de cycles biologiques Il s’agit en particulier des produits des cycles suivants :

Cycle du carbone CH4, CO, CO2, carbone organique

Cycle de l’oxygene O2, CO2

Cycle de l’azote azote organique, NH3, NO−2 , NO−

3

Reactions redox En resultent 2 classes de produits :

Oxydants , parmi lesquels il faut distinguer

Naturels : O2, S

Residus de traitement : Cl2, CrO−24

Reducteurs : Naturels : organiques, Fe+2

Residus de traitement : organiques, Fe+2, SO2, SO−23

Radionucleides : essentiellement le Radon, qui est un probleme reel pour la sante hu-maine par exemple dans certaines regions de l’arc jurassien, mais pose rarementdes problemes pour les applications industrielles de l’eau.



2.4. Les unites de mesure

L’eau est un produit complexe. il n’est donc pas etonnant que l’on utilise un nombreimportant d’unites de mesure pour le decrire.

Les unites de mesure generalement utilisees sont :

Mesure de concentrations : ppm, mg/l, grains

pH : exprime sans dimension

Potentiel redox : exprime en mV

Durete : exprimee generalement en degres

S’y ajoutent differents indices, tels que :

Indice de Langelier : formule qui indique si l’on va avoir des precipitations.ou si l’eausera corrosive. Si cet indice est negatif, il y a tendance a la corrosion. Si il estpositif, il y a tendance a la formation de calcaire

Turbidite : Nephtelometric turbidity units ou NTU

SDI : Indice specialise, souvent specifie par les fabricants d’osmoseurs

Penetration des UVc : un autre indice specialise, generalement exprime en % sur unelame d’eau de 1 cm.

2.4.1. Unites de mesure des substances dissoutes

Pour exprimer la concentration d’une substance dissoute dans l’eau, plusieurs unitessont utilisees. L’unite de concentration la plus courante est le mg/l , souvent exprimeepar “ppm” (partie par million). Les indications en ppm peuvent induire en erreur : enprincipe, en traitement de l’eau, l’on parle de ppm massique, qui correspondent donc ades mg/kg, soit mg/l pour l’eau. Il faut faire attention au fait que le monde de l’envi-ronnement exprime generalement les concentrations des polluants gazeux en ppm, maisil s’agit cette fois de ppm volumiques (ppmv). Quand ces deux mondes se rencontrent,comme cela est les cas par exemple dans les applications de lavage de fumees ou l’ozoni-sation de l’eau, les erreurs dues a l’interpretation du terme “ppm” sont helas frequentes.

Le Grain est une unite frequente dans la litterature anglo-saxonne :

• 1grain = 1/7000lb• 1grain/gal US = 17.1mg/l

Les concentrations de polluants sont en general indiquees comme ion. Parfois, l’onrencontre le terme ”Comme CaCO3” : utilise dans la litterature anglo-saxonne, cetteunite qui comptabilise les charges electriques est pratique pour les calculs d’equilibreelectrique et d’echange d’ions, mais est la source d’innombrables erreurs.

L’interet de l’unite ppm comme CaCO3 est que la somme des concentrations des anionsdoit etre egale a la somme des concentrations des cations a pH neutre. Cette unite estutile aussi le calcul de systemes d’echange d’ions : l’on peut additionner les concentrationsdes differents ions et ainsi obtenir le total de ce que une resine echangeuse d’ions doit


2.4. LES UNITES DE MESURE

enlever de l’eau. Hormis ces deux cas il vaut mieux ne pas utiliser les ppm comme CaCO3

. Pour obtenir le facteur de conversion pour passer de la concentration comme ion a laconcentration comme CaCO3, il faut diviser la masse molaire du carbonate de calciumpar la ”masse equivalente”, qui est la masse molaire divisee par la valence. Cette uniteest pratique pour exprimer la durete, c’est plus facile ensuite pour calculer la capacitede l’adoucisseur.

Les chimistes utilisent aussi les unites mMol/l et mVal/l, qui expriment la quantite demolecules - respectivement la quantite de charges electriques - contenues dans l’eau. UneMole d’une substance a la meme masse en grammes que sa masse moleculaire relative.Un V al est ainsi une Mole divise par le nombre de charges electriques.

Ion mMol/l mVal/l Comme CaCO3

Ca++ 40 20 2.50Na+ 23.5 23.5 23.5Mg++ 24.3 12.2 4.12Cl− 35.5 35.5 1.41SO2−

4 96 48 1.04HCO−

3 61 61 0.82

Tab. 2.1.: Facteurs de conversion pour les ions les plus courants

2.4.2. Unites de mesure des solides en suspension

Les solides en suspension dans l’eau posent une serie de problemes importants a l’uti-lisateur d’eau dans l’industrie. Si l’eau sert a la production d’un produit, la qualite decelui-ci peut etre affectee par les particules en suspension. D’autre par des elements dusysteme de purifcation d’eau lui-meme doivent generalement etre proteges des solides ensuspension : c’est le cas des pompes et des membranes des osmoseurs, par exemple.

Pour reduire la quantite de solides en suspension l’on peut utiliser la filtration2 et laclarification.

En purification de l’eau, on utilise deux mesures differentes de la quantite de solidesen suspension dans l’eau a traiter : le SDI Silt Density Index, et la turbidite.

SDI

Le SDI (Silt Density Index) est un indice de colmatage. Il est important pour lesapplications de filtration tangentielle. Il est defini comme etant la reduction moyennesur 15 minutes, en % par minute du debit a travers un filtre 0.45 µm a une pressionconstante de 2.1 bar. il s’agit d’un parametre americain (ASTM Standard), cette origineest due au fait que les producteurs de membranes d’osmose inverse sont presque tousamericains ou japonais. S’il est impossible de l’obtenir, la turbidite peut etre utilise,

2Voir page 27



mais c’est un parametre moins fiable pour predire le risque d’entartrage des membranes.En cas de litige avec le fournisseur de membranes, cela peut etre un probleme. Unlaboratoire d’analyse devrait etre capable de mesurer le SDI, mais ce n’est pas toujoursle cas. Par contre, l’on trouve dans le commerce des kits pour la mesure du SDI. Le SDIdoit imperativement etre mesure sur place.

Les valeurs du SDI peuvent etres interpretees comme suit :

• Inferieur a 3 : pas a peu d’entartrage de la membrane• Entre 3 et 5 : conditions normales d’utilisation• Superieur a 5 : entartrage excessif a prevoir

En pratique, il faut consulter le fournisseur des membranes lors de l’installation del‘osmoseur et lui demander quelle est la valeur limite acceptable du SDI pour ses mem-branes .

Turbidite

En pratique, on peut s’attendre a un entartrage excessif des membranes si la turbiditeest superieure a 1 NTU.

Comptage de particules

Le comptage des particules est cher et rarement necessaire. Il est utilise seulementapres une filtration, pour analyser ou comprendre un phenomene inexplique .

2.4.3. Durete

La durete est definie comme la somme des concentrations des ions Calcium Ca++ etMagnesium Mg++

il faut etre attentif au fait que la durete est generalement indiquee en degres, et qu’ily a plusieurs degres de durete differents :

1Francais : 10 mg/l comme CaCO3

1 Allemand : 10 mg/l comme CaCO

1Anglais : 1 mg par gallon anglais comme CaCO3

1US : 1 mg/l comme CaCO3

Pour une fois, nos amis americains sont les plus logiques dans la definition des unites.Le tableau 2.4.3 donne les facteurs de conversion entre ces differentes unites.

2.5. pH, acides et bases

Equilibre chimique de l’eau

H2O H+ + OH− (2.1)


2.5. PH, ACIDES ET BASES

France UK Allemagne USA1.43 1 0.8 14.31 0.7 0.56 10.0

1.79 1.25 1 17.90.1 10.07 0.056 1

Tab. 2.2.: Conversion des degres de durete

En fait :

2H2O H3O + OH− (2.2)

Ke = [H3O+]× [OH−] (2.3)

Ou Ke est la constante de dissociation de l’eauKe = 10−14 mol/l a 25C

Nomenclature

H+ : ion hydrogene

OH− : ion hydroxyde

H3O+ : ion hydronium

H+ : il s’agit d’un radical, il est peu probable qu’il existe. En fait, ce que l’on trouveraitdans l’eau serait plutot l’ion H3O

+, mais en pratique, on utilise toujours H+ dans lescalculs.

Ke a ete nomme ainsi pour honorer Mr. Kohrlausch, qui la mesura. Ke varie enfonction de la temperature.

Definitions :

Un acide est un donneur d’ions H+

Une base est un accepteur d’ionsH+

Un acide fort est completement dissocie dans l’eau

Un acide faible est partiellement dissocie dans l’eau

De maniere analogue, une bases partiellement dissociee sera dite faible, une completementdissociee forte.

Acides et bases faibles

Exemples d’acides :

Acides forts : HCl, HBr



Acides faibles : Acide carbonique H2CO3, Sulfurique H2SO4 (K2 = 0, 012)

L’acide sulfurique est un acide fort quand a son premier hydrogene. C’est le seul acidepolyprotique fort.

2.6. Oxydo-reduction

Un oxydant est une substance qui peut accepter des electrons. Les oxydant reagissentavec les reducteurs. Pour toute oxydation, il y a une reduction. On parle donc dereactions d’oxydo-reduction. On distingue les potentiels normaux de chaque substanceet le potentiel redox d’une solution.

Potentiels normaux : mesures avec une concentration de 1 mol/kg d’eau, avec electrodedu meme metal, par rapport a un gaz a un bar et une electrode de platine

Potentiel d’une solution : potentiel d’une electrode de platine dans la solution parrapport a une electrode standard

2.7. Conductivite de l’eau

L’eau theorique, sans aucune impurete, a une conductivite faible. Sa resistivite est de18.3 MΩ × cm. La conductivite de l’eau est environ proportionnelle a la concentrationtotale de solides dissous.

2.8. Dissolution et precipitation

Les differents sels mineraux se dissolvent dans l’eau. Il s’agit d’une reaction en equilibre,comme par exemple :

NaCl Na+ + Cl− (2.4)

CaSO4 Ca++ + SO−−4 (2.5)

Na2SO4 2Na+ + SO−−4 (2.6)

CaCl2 Ca++ + 2Cl− (2.7)

Si l’on concentre une solution saturee, l’on cause donc une precipitation.


2.9. L’EQUILIBRE CALCO-CARBONIQUE DE L’EAU

Fig. 2.3.: Conductivite de l’eau en fonction de la concentration de solides dissous (TDS).[12]

2.9. L’equilibre calco-carbonique de l’eau

Un cas de reaction a l’equilibre particulierement important en purification de l’eauest celui de de la precipitation de calcaire, CaCO3. La dissolution ou la precipitation ducalcaire dans l’eau est regie par une serie de reactions a l’equilibre qui impliquent aussile gaz carbonique. C’est pourquoi l’on parle de l’equilibre calco-carbonique de l’eau.

Le gaz carbonique est en partie sous forme ionique dans l’eau :

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO−3 (2.8)

et

HCO−3

H+ + CO−−3 (2.9)

Le carbonate de calcium est sous forme de ions :

CaCO3 Ca++ + CO−−3 (2.10)

Dans les conditions habituelles, le CO−−3 reagit presque entierement pour former du

HCO−3 , ce qui explique que l’on trouve des quantites considerables de calcaire dissous

dasn l’eau sous forme de Ca(HCO3)2.



Fig. 2.4.: Le gaz carbonique dans l’eau

Si l’on combine les reactions inverses on a :

Ca++ + 2HCO−3

CO2 + H2O + CaCO3 ↓ (2.11)

Ca(HCO3)2 precipite et entartre conduites, chaudieres, etc.Plusieurs parametres influencent les equilibres des equations ci-dessus. Il en resulte

qu’il n’est pas trivial de determiner si une eau est agressive, ou au contraire causerades depots. Il ne faut en aucun cas accepter les affirmations simplistes que l’on entendtrop souvent - malheureusement parfois aussi prononcees par des professionnels - dutype l’eau adoucie est corrosive, ou l’eau dure cause des depots de tartre. Meme une eauadoucie peut causer des precipitations si on la concentre, ou si on change le pH ou latemperature. De meme, une eau dure mais acide peut etre corrosive.

L’agressivite de l’eau, ou au contraire, sa tendance a former des depots de tartre, serafonction des parametres suivants :

• La temperature• L’alcalinite• Le pH• La durete• La concentration totale de solides dissous

Plusieurs modeles permettant de deduire l’agressivite de l’eau ont etes elabores, etpeuvent etres utilises sous forme de graphiques (nomogrammes)[8] ou de programmes decalcul[20]. Ces differents modeles donnent parfois des resultats differents. Les graphiquesdes 2 pages suivantes sont extraits de [12] : l’avantage de ce nomogramme et du graphiqueannexe est que il permet en un calcul de proceder a l’evaluation du caractere corrosif



ou non de l’eau selon 2 modeles de calcul (Ryznar et Langelier). Le nomogramme estd’autre part relativement simple a utiliser.



Fig. 2.5.: Nomogramme de Langelier et Ryznard[12]

Mode d’emploi du nomogramme de Langelier et Ryznard

1. Tracer la droite de Ts a Ca et marquer le point ou elle croise la droite T-1

2. Tracer la droite de Alk (alcalinite) a t (temperature) et marquer le point ou ellecroise la droite T-2

3. Tracer une droite de transfert T-1 a T-2 entre les deux points marques

4. Lire la valeur sur l’echelle pHs et tirer une droite depuis cette valeur a l’echellepHa. Lire les valeurs sur les echelles L et R

5. Interpretation des deux indices : si L est positif, formation de tartre. R : tartre siinferieur a 6.5, corrosion si superieur a 6.5

Ces indices peuvent aussi etres calcules.



Calcul des indices de Langelier et de Ryznar

L’indice de Langelier LSI est defini comme suit :

LSI = pH − pHs (2.12)

Avec :

• pH : pH mesure• pHs : pH a saturation

pHs peut etre estime par :

pHs = (9.3 + A + B)− (C + D) (2.13)

Avec :

A =log10(TDS)− 1

10(2.14)

B = −13.12× log10(T + 273) + 34.55 (2.15)

C = log10(Durete)− 0.4 (2.16)

D = log10(Alcalinite) (2.17)

L’indice de Ryznar est defini par :

RSI = 2× pHs− pH (2.18)



Fig. 2.6.: Interpretation de l’indice de Ryznar[12]


3. Les polluants dans l’eau

3.1. Introduction

Nous passons ici en revue les polluants principaux, et les problemes qu’ils posent dansles systemes de purification d’eau industriels.

3.2. Calcium – Ca++

Le calcium est le composant principal de la durete. Il est le resultat de la dissolutionde roches calcaires par l’eau. Il cause des precipitations, et l’on peut l’eliminer en adou-cissant l’eau. On en trouve generalement 2 a 200 ppm dans l’eau, plus souvent 100 ppmou plus. Le calcaire est le CaCO3. En fait, il est rare que ce soit un seul composant quiprecipite.

3.3. Magnesium – Mg++

On trouve typiquement 10 a 50 ppm de magnesium dans l’eau, mais il pose moins deproblemes que le calcium car il est plus soluble. Il represente en general environ 1/3 dela durete de l’eau.

3.4. Bicarbonate – HCO−3

Le bicarbonate HCO−3 est le resultat de la dissolution dans l’eau du CO2 produit par

des bacteries

3.5. Fer – Fe++, Fe+++

Le fer est present sous forme ionique dans toutes les eaux souterraines, donc pratique-ment toutes les eaux potables . Il cause l’entartrage de membranes d’osmose inverse, etest donc generalement a eliminer dans les systemes de purification d’eau industriels

21

CHAPITRE 3. LES POLLUANTS DANS L’EAU

Methodes d’elimination

Oxydation au chlore avant un filtre a sable 1

Sable vert : les filtres contenant du sable vert (en fait un materiau granule avec unecouche de MnO2, oxydant) et de l’anthracite permettent d’enlever le fer de l’eau,qui s’accumule dans le filtre sous forme d’oxyde.

3.6. Silice – SiO2

On distingue la silice neutre, la silice colloıdale et la silice activee.La silice est neutre a pH neutre. A pH eleve, elle est en partie activee :

SiO2 + H2O←−→ H+ + H3SiO−

4 (3.1)

On parle de silice colloıdale quand la silice se combine avec des molecules organiques.On a souvent de la silice colloıdale dans l’eau qui a pour origine le squelette d’algues. Lasilice pose un probleme au niveau des chaudieres et des turbines. La meilleure methodepour l’eliminer est l’osmose inverse, qui permet d’en eliminer plus du 99% le la siliceactivee et de la silice colloıdale. L’echange d’ion n’enleve pas la silice colloıdale. La silicen’etant que en partie sous fomr ionique, on ne peut pas detecteur un changement dela concentration de silice dans l’eau sur la base de la conductivite : meme une eau aconductivite tres faible peut contenir une concentration significative de silice.

3.7. Gaz carbonique – CO2

Le CO2 peut etre dans l’eau sous forme de ion ou sous forme libre. La part desdifferentes formes de CO2 depend du pH de l’eau. Le CO2 libre peut poser des problemesdans un systeme de traitement de l’eau : en particulier, comme il n’est pas arrete parl’osmose inverse il peut epuiser rapidement la resine d’un echangeur d’ions qui seraitplace en aval d’un osmoseur. Et il peut affecter la conductivite de l’eau. La meilleurefacon de l’eliminer est de proceder a un degazage a bas pH.

Si la chaıne de traitement de l’eau inclut un osmoseur on peut, dans les limites dela solubilite du calcaire2, convertir le CO2 en bicarbonate en injectant de la soude enamont de l’osmoseur. Le bicarbonate etant un ion, il ne traverse pas la membrane del’osmoseur.

3.8. Chlore

Sous forme Cl− (ion chloride) le chlore n’est pas dangereux3. La limite habituelle de250 mg/l est justifiee par des raisons de gout.

1Voir page 732En pratique cette solution n’est envisageable que si l’osmoseur est precede d’un adoucisseur3Il n’a pas non plus d’effet desinfectant


3.9. TRIHALOMETHANES

Fig. 3.1.: Le CO2 dans l’eau, sous differentes formes en fonction du pH

L’ion chloride est arrete par les osmoseurs et les echangeurs d’ions. La molecule parcontre Cl2 passe a travers membranes et les echangeurs d’ions.

3.9. Trihalomethanes

• HCCl3• HCCl2Br• HCClBr2

• HCBr3

Les trihalomethanes resultent de la reaction de debris organiques avec le chlore ou lebrome. ils causent des cancers. Il n’y a pas de methode efficaces de les eliminer. Il fautdonc eliminer les precurseurs, donc eviter d’utiliser le chlore.

3.10. Que faut-il analyser ?

Lorsque l’on demande une analyse de l’eau au distributeur d’eau potable, l’on obtienttrop souvent une analyse bacteriologique ainsi que des mesures de certains parametrestels le pH et la salinite totale, mais pas une analyse chimique compose par compose.Que faut-il analyser, dans le cadre de la conception ou d’une optimisation d’un systemede purification de l’eau industriel ? La reponse depend en partie du type d’equipementque l’on prevoit d’installer, mais en pratique, il est utile de connaıtre :

• Cations :• Les composants de la durete :• Calcium Ca++

• Magnesium Mg++


CHAPITRE 3. LES POLLUANTS DANS L’EAU

• Sodium Na+

• PotassiumK+

• Anions :• Les composants de l’alcalinite4 :• Bicarbonate HCO−

3

• Carbonate CO3−−

• Ion Hydroxyle OH−

• Sulfate SO−−4

• Chloride Cl−

• Fluoride F−

• Nitrate NO−3

• Autres parametres :• Temperature• pH• Salinite totale (TDS)• Coefficient de penetration aux UVc5

• SDI6

En outre, les ions suivants peuvent avoir un impact significatif, surtout sur les installa-tions a membrane (les osmoseurs par exemple) :

• Cations :• Fer Fe++ouFe+++

• Manganese Mn++

• Aluminium Al+3

• Baryum Ba++

• Strontium Sr++

• Cuivre Cu++

• Zinc Zn++

• Anions :• Silice SiO2

• Sulfide S2

• Phosphate PO−24

Pour pouvoir concevoir la chaıne de traitement et dimensionner approximativement unsysteme typique de purification de l’eau industriel il faut imperativement avoir au moinsles informations suivantes sur la qualite de l’eau disponible :

• Durete totale• Concentration de bicarbonate• pH• Salinite totale

4Les concentrations de ces composants sont liees : si l’on connaıt le pH la la concentration de bicar-bonates, l’on peut calculer la concentration de carbonate et d’ion hydroxyle

5Si l’on songe a installer un sterilisateur U.V.6Si l’on songe a installer un osmoseur


3.10. QUE FAUT-IL ANALYSER?

• Temperature• Concentration des compoes pouvant poser problemes dans le produit fini

En pratique, ces donnees sont suffisantes pour concevoir et dimensionner un petitsysteme de traitement de l’eau. Les incertitudes seront palliees par un surdimensionne-ment eventuel du systeme.Pour des systemes de dimensions importantes7 les potentielsd’economie justifient largement le cout d’eventuelles analyses supplementaires.

7Pour des investissements superieurs a environ CHF 5’000.00


Deuxieme partie .

Les technologies de la purification del’eau

26

4. Filtration et microfiltration

4.1. Quelques definitions

Par filtration on entend en principe une methode pour eliminer des impuretes del’eau en la faisant passer a travers un media filtrant. Aujourd’hui, la filtration regroupeun grand nombre de technologies, dont les technologies de filtrations membranaires quipermettent meme de demineraliser l’eau. Mais il faut prendre garde aux confusions : sou-vent, l’on parle en langage courant de filtration particulaire en l’appelant filtration. Lafiltration particulaire regroupe l’ensemble des methodes de filtration permettant d’enle-ver de l’eau les particules d’une taille superieure a environ un µm, alors que la filtrationinclut l’ensemble des methodes de traitement de l’eau ou l’on fait passer l’eau a traversun media filtrant, donc aussi par exemple l’osmose inverse, qui est une methode physiquede demineralisation de l’eau.

4.2. Filtration particulaire

La filtration particulaire et la microfiltration utilisent des materiels semblables etobeissent a des regles semblables. On distingue de maniere un peu artificielle la filtrationparticulaire, qui concerne les seuils de filtration de 1 µm ou plus, et la microfiltration quiconcerne les seuils de filtration inferieurs au micron. un justification de cette distinctionest la difference de prix des cartouches : une cartouche de microfiltration coute environ10 fois plus cher qu’une cartouche de filtration.

4.2.1. Pourquoi filtrer ?

Generalement, tout systeme de purification de l’eau dans l’industrie comprend unepremiere etape de filtration particulaire. Pourquoi ? Meme lorsqu’il n’y a pas d’exi-gence quand a l’absence de particules dans le produit fini, une filtration est necessairepour proteger le materiel de purification de l’eau, qu’il s’agisse de pompe, de resinesechangeuses d’ions ou de membranes d’osmose inverse.

Quel est le seuil de filtration a choisir ? Cette information fait partie des specificationsfournies par le producteur du materiel a proteger. Des seuils typiques sont cites dans letableau

4.1.

27

CHAPITRE 4. FILTRATION ET MICROFILTRATION

Materiel a proteger Seuils de filtration usuelsPompe Quelques dizaines de µmAdoucisseur, echangeur d’ions 5 a 25 µmMembrane d’osmose inverse 5 µmMembrane d’ultrafiltration 5 a 25 µm

Tab. 4.1.: Seuils de filtration usuels

4.2.2. Les mecanismes de filtration

Le fonctionnement d’un filtre est en partie contre-intuitif. Pour comprendre ce quel’on observe dans la pratique, il est essentiel de savoir comment un filtre fonctionne,autrement dit de comprendre les mecanismes de filtration .

Il y a 4 mecanismes de filtration fondamentaux :

1. L’interception directe

2. Le mouvement brownien

3. L’adsorption

4. Le Bridging ou formation de gateau

L’interception directe est facile a comprendre intuitivement, les autres mecanismessont moins intuitifs. Il est important de les comprendre, car le comportement des filtresest parfois contre-intuitif, et ne peut etre compris que en connaissant les mecanismes defiltration sous-jacents.

L’interception directe

Le mecanisme de l’interception directe est facile a comprendre intuitivement. Il estillustre par la figure 4.1 a la page 29.

Le mouvement brownien

Meme lorsque un ecoulement est laminaire, les particules en suspension dans l’eau ontun mouvement en partie aleatoire. Le mecanisme de la filtration resultant du mouvementbrownien est illustre par la figure 4.2 a la page 29.

L’adsorption

L’importance de ce phenomene est variable, en fonction du type de particules et de lamatiere du media filtrant.

Le Bridging ou formation de gateau

La formation du gateau de filtration joue un role tres important dans le fonctionnementdes filtres a sable.


4.2. FILTRATION PARTICULAIRE

Fig. 4.1.: Interception directe

Fig. 4.2.: Mouvement brownien

Conclusions sur les mecanismes de filtration

Les mecanismes de filtration autres que l’interception directe nous permettent decomprendre des aspects observes du comportement de filtres, en particuliers, pour cequi est des filtres que l’on utilise en purification de l’eau :



Fig. 4.3.: Adsorption

Fig. 4.4.: La formation d’un gateau de filtration

• La qualite de la filtration evolue au cours de la vie d’un filtre : par exemple les filtresa sables filtrent assez mal pendant leurs premieres heures de fonctionnement, maisla qualite de la filtration s’ameliore grace a la formation du gateau• Le filtre arretera des particules aussi de dimensions inferieures a son micronage.



Cela grace aux mecanismes de formation de gateau, au mouvement brownien, et al’adsorption• Les performances d’un filtre sont difficiles a prevoir, car elles dependent d’un grand

nombre de facteurs qui affectent ces differents mecanismes de filtration

4.2.3. Types de filtres

Il existe d’innombrables technologies pour separer les particules solides d’une taille de1 mm ou plus de l’eau. Or, dans plus de 90% des cas, un filtre a cartouche, eventuellementprecede d’un filtre a sable, est la solution optimale dans les applications de purificationde l’eau. Il est toutefois important de connaıtre l’existence et les principaux avantageset inconvenients des autres solutions existantes.

Face aux grand nombre de technologies de filtration qui sont a la disposition dupraticien, il est utile de tenter de les classifier. On distingue ainsi :

• La filtration de surface par opposition a la filtration de profondeur. Dans la filtrationde surface, les particules sont arretees lorsque l’eau entre dans le media filtrant, alorsque dans la filtration de profondeur toute l’epaisseur du media est utilisee.• La filtration par elements consommables, par opposition aux elements non consom-

mables. Jusqu’aux annees 1980, l’essentiel de la filtration industrielle etait le faitd’elements filtrants non consommables. Aujourd’hui, environ 80% de l’ensemble del’eau filtree l’est par des des systemes a cartouches consommables, essentiellementcar le prix des cartouches a baisse alors que le les couts de main d’œuvre augmentent.• Classification par objectif de filtration, en distinguant filtration de pretraitement et

filtration de finition

Dans les paragraphes qui suivent, nous passerons en revue les differents types de filtresemployes en purification industrielle de l’eau.

Filtres-presses

Les filtres-presses assuraient le gros de la filtration industrielle jusqu’aux annees ’80.Leur avantage principal etait le cout d’investissement reduit. Le desavantage etait parcontre un cout de maintenance relativement elevee en particulier pour enlever les gateauxde filtration. Ce travail etait non seulement couteux en temps de main d’œuvre, maisaussi il s’agit d’un travail tres sale : il est difficile de trouver le personnel acceptant defaire ce travail. Ce probleme est resolu par les filtres-presses automatiques, mais ceux-cisont chers a l’achat, ce qui annule l’avantage No. 1 de cette technologie.

Aujourd’hui, les filtres-presses ne sont pratiquement plus utilises pour la filtration del’eau en entree. Il sont par contre encore frequents dans le traitement des eaux usees etla filtration dans des procedes chimiques. Leur utilisation est justifiee par le fait que cesfiltres produisent des “gateaux” de filtration assez secs : la quantite de dechets produitsest faible, ce qui est economiquement interessant lorsque le systeme de filtration produitdes dechets a traiter comme dechets speciaux : cela est assez souvent le cas dans les eauxusees industrielles tres chargees : les filtres peuvent retenir des substances toxiques. Si



l’on emploie pour une telle application un systeme de filtration a elements consommables,l’on augmente bien entendu le volume de dechets speciaux, couteux a eliminer.

Les filtres a poche ou a panier

Ils sont economiquement interessants pour les eaux tres chargees en particules. Ilsposent par contre un probleme serieux de fiabilite : il arrive qu’une poche ou un paniercede sous l’effet de la pression qui augmente lorsque le gateau de filtration se developpe,et l’on a donc un relachage massif et soudain de particules dans l’eau traite, ce qui peutavoir des consequences catastrophiques sur le materiel que le filtre est sense proteger.

Fig. 4.5.: Principe de fonctionnement d’un filtre a poche

Etude de cas : consequences de l’utilisation d’un filtre a poche

Une usine chimique avait la possibilite d’utiliser de l’eau provenant d’un puits situedans l’usine pour preparer de l’eau de procede. L’eau etait partiellement demineraliseepar une machine a nanofiltration (voir page57). Pour proteger les membranes, cettemachine etait munie de cartouches filtrantes (voir page 37). Or l’eau du puits etaitsablonneuse : il fallait donc changer souvent les cartouches : environ une fois toutesles deux semaines. Le cout etait assez modere, puisque cette entreprise achetait lescartouches directement chez un producteur en quantites importantes, mais par contre lepersonnel charge de ce travail s’etait plaint de cette tache supplementaire. Le responsabledu projet se laissa convaincre par un vendeur de filtres a poche que l’utilisation decette technologie permettrait un changement de filtres tous les 6 mois environ. Au bout



Fig. 4.6.: Changement d’une poche. Ces poches peuvent se casser, causant des degatsimportants.

de environ 4 semaines, la poche se cassa. Le sable fut distribue dans les membranesd’ultrafiltration, qui durent etres remplacees pour un cout de environ 30’000.00 EUR.

Filtres a cartouches lavables et filtres autonettoyants

Sous ces noms l’on trouve une tres grande variete de technologies, et souvent desnouveaux filtres autonettoyants sont presentees comme la solution a tous les problemesde filtration. Si ils presentent un avantage en termes de couts de fonctionnement, il fautetre conscient de leurs desavantages, qui limitent leurs applications :

1. Le cout d’investissement est generalement eleve

2. Les filtres autonettoyants ont un seuil de filtration de quelques dizaines de mm,ce qui est insuffisant pour certaines applications, comme la prefiltration pour unosmoseur

3. L’installation est relativement complexe

4. Lors du nettoyage periodique, ces filtres rejettent une eau fortement chargee enparticules, qu’il est souvent impossible de conduire a l’egout sans un traitementparticulier : cela complique encore l’installation

L’image 4.8 montre assez bien a quoi un filtre autonettoyant typique ressemble : ilest beaucoup plus complexe, lourd, couteux qu’un filtre a cartouche parce que il a enprincipe au moins un moteur electrique1 qui actionne le dispositif de nettoyage, et un

1Souvent 2 ou 3 moteurs



Fig. 4.7.: Filtre autonettoyant. Principe de fonctionnement. Image : Filters Srl

Fig. 4.8.: Filtre autonettoyant. Photo : Filters Srl

systeme pour l’eau de lavage. L’installation est donc beaucoup plus complexe que pourun filtre a cartouche.



Fig. 4.9.: Montage d’un filtre autonettoyant. Photo : Filters Srl

Filtres a sable

On parle generiquement de filtres a sable meme si le media filtrant n’est pas forcementdu sable. Il peut aussi s’agir d’anthracyte ou de sable vert2. L’antracyte est plus legerque le sable proprement dit et fournit une couche de prefiltration. Le sable vert est unsable qui est recouvert d’une couche d’oxyde de manganese et a la propriete d’oxyder lefer dissous dans l’eau, et aussi le manganese et l’hydrogene sulfureux. Une fois que cesimpuretes ont etes oxydees, elles tendent a rester, par adsorption, dans ne sable vert.Les filtres avec une couche de sable vert permettent de reduire les concentrations de ferdissous, de manganese dissous et d’hydrogene sulfure a moins de 0.01 ppm.

Les filtres a sable contiennent aussi souvent du gravier. Celui-ci n’est en general pasun media filtrant, mais sert a former une couche poreuse au fond du filtre.

Les filtres a sable sont generalement economiquement interessants pour des debits deau moins quelques m3/h. D’autres points importants a connaıtre sur les filtres a sablesont :

• Le(s) media(s) choisi(s) determine(nt) un debit surfacique maximum. Ce debit estdetermine par le producteur du media, pas par le fabricant du filtre. Il est raison-nable de demander au fabricant du filtre les specifications du media employe, etverifier que le debit surfacique specifie par le fabricant du media a ete respecte• Le gateau de filtration joue un role important : au debut, le filtre a sable filtre

assez mal, et au bout de quelques heures de fonctionnement l’efficacite de filtrations’ameliore

2Galuconite



Fig. 4.10.: Filtre a sable a pression. Photo : Osmonics

• Un retrolavage periodique est necessaire. C’est une procedure automatique, qui dureenviron 20 minutes. Le debit est important, largement superieur au debit nominaldu filtre. Il peut etre fait avec de l’eau non filtree. Le debit de retrolavage est fixe parles specifications du producteur du media filtrant. Ici aussi, il est donc raisonnable deverifier que le constructeur du filtre a bien prevu un debit de retrolavage conformeaux specifications du producteur de media filtrant3. Il faut prevoir au moins unretrolavage par semaine• Lorsque l’on achete un filtre a sable, on recoit le filtre, avec les sacs de medias

filtrants a cote : il faut alors mettre les differents medias filtrants dans le bon ordredans le filtre : cela peut durer plusieurs heures• Lorsque le filtre a sable est en materiau composite, et qu’il faut mettre du gravier,

l’on risque de l’endommager si l’on ne met pas de l’eau avant de mettre le gravier

Variantes des filtres a sables Un filtre a sable peut etre construit de 2 facons :

Filtres a gravite : peu utilises en applications industrielles, a l’exception du cas de lafiltration des eaux de surfaces. Leur debit surfacique est plus faible

Filtres a pression : ce sont generalement ceux que l’on trouve dans l’industrie. La photo 4.10montre un tel filtre.

3Notre experience est que souvent cela n’est pas le cas



Etude de cas : filtres a sables, retrolavage

Un client utilisait des filtres a sable pour de l’eau de lavage de pieces metallique.L’installateur des filtres avait monte le systeme de telle sorte que le debit de retrolavageetait indentique au debit de service des filtres. Margre des nettoyages hebdomadaires,la perte de charge des filtre restait superieure ou egale a environ 2.0 bar, alors qu’elleaurait du etre de l’ordre de 0.5 bar. Nous avons conseille au client d’augmenter le debitde retrolavage4, et de proceder aussi a une injection d’air comprime pour casse le gateaude filtration qui s’etait forme au fil des mois. La perte de charge retomba en-dessous de0.5 bar. Ensuite, les lavages reguliers avec un debit de retrolavage de l’ordre de 160 %du debit de service de filtres suffirent a maintenir cette perte de charge aux alentours de0.5 bar.

4.2.4. Filtres a cartouches consommables

Les filtres a cartouche representent le gros de la filtration en purification de l’eau dansl’industrie.

Fig. 4.11.: Corps de filtres pour filtres a cartouche. Photo : Osmonics

On distingue 2 types de filtres a cartouche :

Filtration absolue : enleve ”toutes” les particules de dimension superieures au micro-nage

Filtration nominale : enleve ”la plupart” des particules de dimension superieures aumicronage

4Ce qui etait possible sur cette installation, fort heureusement. Souvent une modification du debit deretrolavage peut exiger des modifications de tuyauterie



La definition de l’expression ”toutes les particules” varie selon les fabricants. Cer-tains considerent que une cartouche qui enleve plus de 99% des particules de dimensionsuperieures au micronage est absolue, alors que d’autres limitent ce terme aux cartouchesqui enlevent plus de 99.98% des particules de dimension superieure au micronage de lacartouche. Les cartouches absolue sont toujours beaucoup plus cheres a l’achat que lescartouches nominales.

Un type de cartouche a eviter sont les cartouches a fil bobine, comme celle visible surla figure 4.12 : constituees d’un fil enroule autour d’une cage en plastique ou en metal,elles ont toutes des chenaux de passage entre les fils largement superieurs au micronnageindique. Elles ont tout de meme un certain effet filtrant en raison des phenomenesd’adsorption, mais ont une efficacite de filtration faible si on les compare aux cartouchesde fibres thermosoudees. En outre, elles contiennent souvent des lubrifiants. On trouvesouvent ces cartouches dans l’industrie. Leurs couts de production sont negligeables, cequi pousse certains fournisseurs a continuer a les vendre. Il va sans dire que l’utilisateurpaye cher, en termes de materiel non protege par la cartouche, les economies realiseesavec ces cartouches.

Fig. 4.12.: Cartouche a fil bobine



Efficacite d’un filtre a cartouche

L’efficacite d’un filtre est definie par :

ε =N1 −N2

N1

(4.1)

Avec :

• ε : efficacite du filtre• N1 : nombre de particules de taille egale au seuil de filtration du filtre que l’on

trouve dans un volume d’eau donne avant le filtre• N2 : nombre de particules de taille egale au seuil de filtration du filtre que l’on

trouve dans un volume d’eau donne apres le filtre

Certains fabricants ont choisi de modifier la definition de N1 et de N2, en decidant queces chiffres se rapportaient au nombre de particules de taille egale ou superieure au seuilde filtration du filtre. Bien sur cette definition leur permet d’annoncer des efficacitesplus elevees.

Il n’y a pas de standard international reconnu concernant la methode a employerpour mesurer cette efficacite. Des normes sont en preparation ou en consultation dansdifferents pays, mais il n’y a pas de consensus previsible a court terme au niveau inter-national.

Facteur Beta Le facteurβ a ete cree par un fabricant de filtre, pour faire plus scien-tifique. Il est difficile de voir un quelconque interet de ce facteur. Comme il est souventutilise, il faut tut de meme connaıtre sa definition :

β =N1

N2

(4.2)

Ce qui est equivalent a ecrire :

β =1− ε

ε(4.3)

D’autres fabricants l’utilisent aussi. La societe qui a introduit ce facteur β vend desfiltres a prix eleves.

Cutoff Un autre aspect qui definit en partie la qualite d’une cartouche filtrante est leCutoff ou nettete du seuil de filtration.

Les courbes de la figure 4.13 sont purement qualitatives.On peut se demander si il y a un avantage a avoir un filtre qui n’arrete pas les particules

plus petites que son seuil de filtration. Pour la plupart des applications oui, parce que laduree de vie de la cartouche est determinee par la capacite de retention de celle-ci. Lacapacite de retention est le volume de particules que la cartouche peut arreter avant dedevoir etre changee. Il est clair que l’on filtre par exemple de l’eau a 5 µm, pour protegerpar exemple une pompe, et que l’eau filtree contient un grand nombre de particules d’un



Fig. 4.13.: Cutoff, ou nettete du seuil de filtration

diametre inferieur a 5 µm, une cartouche avec un seuil de filtration peu net aura — acapacite de retention egale — une duree de vie plus courte qu’une cartouche a seuil defiltration net.

La vie d’une cartouche filtrante

La figure 4.14 montre l’evolution de la perte de charge d’une cartouche filtrante aucours de sa vie operationnelle :

1. Mise en service de la cartouche

2. La difference de pression maximum specifiee par le fabricant est atteinte

3. Chute brutale de la difference de pression

Entre les points 1 et 2, la courbe est approximativement lineaire. Si on laisse la car-touche en service apres que la difference de pression maximale prescrite par le fabricanta ete atteinte, la difference de pression augmente rapidement, jusqu’au point ou elleest suffisante pour detruire la cartouche : la matiere est forcee a travers les pores, lemedia filtrant est irremediablement abıme l’on observe alors une chute de la differencede pression. On notera que la difference de pression au point 1, donc a l’installationde la cartouche, influence beaucoup la duree de vie de la cartouche. Si par exemple ladifference de pression maximum est de 2 bar, et l’on met la cartouche en service avecune difference de pression initiale de 1 bar, la duree de vie de la cartouche sera environ56% plus faible que si l’on avait commence a utiliser la cartouche avec une differencede pression de 0.2 bar. Un sous-dimensionnement d’une installation de filtration se payedonc en couts de cartouches de remplacement.



Fig. 4.14.: Evolution de la perte de charge au cours de la vie d’une cartouche filtrante

Facteurs influencant la performance d’un filtre

De nombreux facteurs lies au fluide et aux particules en suspension dans le fluide in-fluencent les performances d’un filtre, ce qui rend les comparaisons difficiles. Les facteurssuivants influencent la duree de vie d’un filtre :

• Caracteristique des particules• Forme• Deformabilite : les particules deformables peuvent bien sur passer a travers des

pores de diametre inferieur a leur taille• Densite : un densite tres differente de celle du fluide tend a ameliorer la qualite

de la filtration• Quantite : si il y a beaucoup de particules, il y a bien sur formation rapide d’un

gateau de filtration• Caracteristiques du fluide• Viscosite : une viscosite differente implique une perte de charge differente• Tension superficielle, qui affecte l’adsorption• Temperature : elle peut avoir un effet sur le media, surtout sur les plastique, et a

un effet sur la viscosite du liquide.• Debit vitesse d’ecoulement

Ce nombre assez important de facteurs justifie un peu l’absence de standards reconnuspar tous.

Differents fabricants effectuent donc les tests de duree de vie et d’efficacite de leurscartouches avec des particules differentes, qui correspondent a differents standards.Pourle’efficacite, le test le plus employe et le AC Fine Test Dust (USA) . Il prescrit l’emploi



de sable ramasse dans une region definie d’un desert californien. Un grand fabricant decartouches europeen utilise pour ses essais de duree de vie de l’OvomaltineTM, alors qu’ilmesure l’efficacite de ses filtres avec des particules de Latex calibrees.

4.3. Microfiltration

On parle de microfiltration quand on utilise des cartouches au micronage inferieur aumicron. En pratique, les micronnages utilises en purification de l’eau sont :

• 0.2 µm : suffisant pour arreter les bacteries• 0.05 a 0.1 µm : souvent employes en microelectronique

La microfiltration se fait pratiquement toujours avec des filtres a cartouches consom-mables

Fig. 4.15.: Une cartouche de microfiltration. Photo : Osmonics

Il s’agit de filtration de surface avec des membranes plissees.On distingue le cartouches de microfiltration pour filtration nominale et celles pour

filtration absolue. En general les cartouches de filtration absolues utilisent des membranesavec des pores.

On peut tester l’integrite de certaines cartouches de microfiltration. cela est utile pourdes applications ou la qualite de la filtration doit etre demontree et documentee, commepar exemple dans l’industrie pharmaceutique.


4.3. MICROFILTRATION

Fig. 4.16.: Vue au microscope d’une membrane d’une cartouche de microfiltration ab-solue. Photo : Osmonics


5. Procedes membranaires

5.1. Introduction

Les procedes membranaires, ou de filtration par membrane, aussi appelles de filtrationtangentielle different de la filtration classique essentiellement par la presence d’une sortiede concentrat : seulement une partie de l’eau passe a travers le media filtrant, une partie,appellee le concentrat, ne passe pas a travers le media filtrant et sert a evacuer lesimpuretes qui, en filtration classique, restent sur le media filtrant.

5.2. Osmose inverse

5.2.1. Principe de l’osmose inverse

Le phenomene de l’osmose est connu depuis l’aube de la biologie : il existe dans lanature des membranes, qui ont la propriete de laisser passer seulement l’eau, sans lessels qui y sont dissous.

Lorsque une solution aqueuse est separee de l’eau demineralisee par une telle mem-brane, comme dans la figure 5.1, il se produit un flux osmotique : de l’eau purifiee passea travers la membrane jusqu’a ce que la difference de pression a travers la membraneatteigne une pression dite pression osmotique, fonction des sels dissous dans l’eau, etqu’il est possible de calculer. Il est clair que si l’on applique a la solution aqueuse unepression superieure a sa pression osmotique, le flux osmotique sera inverse et l’on pro-duira de l’eau demineralisee : c’est l’osmose inverse. Les premieres membranes d’osmoseinverse etaient en acetate de cellulose. Par la suite, l’on developpa des membranes enplastique1.

On notera aussi que l’on ne peut imaginer faire passer la totalite de la solution aqueusea travers la membrane. En effet, les sels dissous ne passant pas a travers la membrane, ilssont de plus en plus concentres et la pression osmotique augmente. D’autre part, si l’oncontinuait a concentrer, tot ou tard la limite de solubilite des differents sels presents dansl’eau serait atteinte et il y aurait des precipitations sur la membrane. Il en resulte quetoutes les machines d’osmose inverse ont non seulement une entree d’eau d’alimentationet une sortie d’eau demineralisee (dite aussi permeat), mais aussi une sortie d’eau quin’est pas passee a travers la membrane (on parle souvent de concentrat). Ce concentrat

1Les membranes d’osmose inverse en plastique sont generalement en polyamide

44

5.2. OSMOSE INVERSE

Fig. 5.1.: Le phenomene naturel osmose

s’ecoule tangentiellement a la membrane, sans la traverser, et c’est cela qui donne le nomde filtration tangentielle aux technologies comme l’osmose inverse.

Une fois le concept d’osmose inverse connu, il faut, pour realiser des machines indus-trielles, placer une surface importante de membrane dans un volume aussi restreint quepossible. De nombreuses configurations de modules d’osmose inverse ont etes commer-cialises, mais actuellement la quasi-totalite du marche est representee par les modulesspirales.

Comment fonctionne, au niveau microscopique, une membrane d’osmose inverse ? Celan’est pas connu a l’heure actuelle avec certitude. L’on sait que ces membranes existentdans la nature. L’on arrive a produire ces membranes en plastique. mais leur fonction-nement exact est inconnu. Y a-t-il des pores ? Ce n’est pas certain. Une ecole de penseeaffirme qu’il n’y a pas de pore, et que la pression au niveau de la membrane forcel’eau a passer en changeant de phase : l’on parle d’eau interstitielle. Une autre ecole depensee affirme qu’il y des pores, mais cette ecole doit expliquer pourquoi l’on sait queles membranes d’osmose inverses sont permeables non seulement a l’eau, mais aussi auxpetites molecules organiques. Pour expliquer ce phenomene, des modeles incluant deseffets electrostatiques au niveau de la surface de la membrane ont etes developpes.

La question de la presence ou de l’absence des pores est la question qui agite lesmilieux scientifiques qui travaillent sur les membranes depuis des decennies. La questionpourrait sembler futile, mais il n’en est rien. Elle montre que le phenomene de l’osmoseinverse reste mal compris. Si on comprendrait mieux le mecanisme, il serait plus facilede prevoir les taux de rejet des differents ions, et surtout, dans d’autres domaines de latechnique, une comprehension des phenomenes au niveau physique a en regle generaleapporte des avancees importantes au niveau des performance des produits industriels.


CHAPITRE 5. PROCEDES MEMBRANAIRES

Fig. 5.2.: Un module spirale [9]

Fig. 5.3.: La fabrication d’un module d’osmose inverse. Photo : Osmonics

On peut donc se risquer a faire le pronostic que les performances des membranes vonts’ameliorer beaucoup dans les annees ou decennies a venir.


5.2. OSMOSE INVERSE

Fig. 5.4.: Membrane d’osmose inverse : le modele avec pores. Image : Osmonics

Fig. 5.5.: Membrane d’osmose inverse : le modele sans pores

5.2.2. Equations fondamentales de l’osmose inverse

Comme utilisateur ou concepteur d’installation, on n’a en principe jamais besoin decalculer un osmoseur. Toutefois il est important de connaıtre les equations qui regissentle fonctionnement des osmoseurs : cela nous permettra de mieux juger les offres et



affirmations de fabricants, et aussi d’evaluer le fonctionnement d’un osmoseur : les ecartsde debits et de conductivite seront incomprehensibles si l’on ne connaıt pas les lois quiles regissent.

Quelques definitions

Il est usuel de representer un osmoseur dans un schema sous la forme d’un rectangleavec une diagonale qui represente la membrane, comme dans la figure 5.6.

Fig. 5.6.: Representation schematique d’un osmoseur ou d’une membrane d’osmose in-verse

Qe : debit d’eau entrant dans l’osmoseur

Qp : debit permeat, ou debit d’eau passant a travers la membrane

Qc : debit de concentrat

ce : concentration de solides dissous dans l’eau entrant dans l’osmoseur

cp : concentration de solides dissous dans le permeat de l’osmoseur

cc : concentration de solides dissous dans le concentrat de l’osmoseur

Debit en fonction des pressions

Qe = KT × [(P1m − P2m)− (Posm1 − Posm2)] (5.1)

Avec :

• Qe : debit a travers la membrane• KT : constante donnee par le fabricant de la membrane. La valeur de cette constante

varie avec la temperature.• P1m : pression moyenne en amont de la membrane• P2m :pression moyenne en aval de la membrane• Posm1 :pression osmotique moyenne en amont de la membrane• Posm2 : pression osmotique moyenne en aval de la membrane


5.2. OSMOSE INVERSE

En pratique on admet les approximations suivantes :

P1m =1

2× (Pe + Pc) (5.2)

P2m = Pp (5.3)

Pe etant la pression a l’entree de la membrane, Pc la pression du concentrat et Pp lapression du permeat. De la meme facon, on admet que :

Posm1 =1

2× (Posme + Posmc) (5.4)

Posm2 = Posmp (5.5)

Posme etant la pression osmotique de l’eau d’alimentation de l’osmoseur, Posmc la pres-sion osmotique du concentrat et Posmp la pression osmotique du permeat.

En pratique, Posmp Posme, donc Posm2 Posm1, donc

(Posm1 − Posm2) ≈ Posm1

L’on calcule donc en general en utilisant Posm1 en lieu et place de (Posm1 − Posm2). Ilfaut par contre prendre garde a ne pas confondre Posm1 avec Posme : la difference peutetre importante et conduire a des erreurs importantes.

Estimation de la pression osmotique

La pression osmotique est une fonction des solides dissous dans l’eau. En pratique l’onpeut utiliser l’approximation suivante :

Posm = TDS × 0.0008 (5.6)

TDS etant le total des solides dissous dans l’eau. Les unites utilisees etant :

• [Posm] = bar• [TDS] = ppm

Rejet et recouvrement

Pour l’utilisateur, un ”bon” osmoseur est un osmoseur qui reduira le plus possiblela mineralisation de l’eau et consommera le moins d’eau possible. Ces deux parametressont mesures par le taux de recouvrement et le taux de rejet :

Definitions :

Taux de recouvrement : R = Qp

Qe

Taux de rejet (rejet) : Rej = 1− Cp

Cec

avec Cec = 12× (Ce + Cc)



Effet de la temperature

Corr(T ) = 1.03(T−25) (5.7)

ou T est la temperature de l’eau en degres Celcius. Le debit d’une membrane ayant

un debit nominal QN a 25C sera a une temperature T quelconque :

Q(T ) = Corr(T )×QN (5.8)

Bilans

Il est important de rappeler que les bilans de masse de l’eau et des solides dissouss’appliquent :

Qe = Qc + Qp (5.9)

Qe × Ce = [Qc × Cc] + [Qp × Cp] (5.10)

L’ensemble des equations permettent de faire les calculs courant concernant la per-formance de votre osmoseur, comme par exemple la qualite de l’eau a la sortie, enconnaissant le taux de rejet et la qualite de l’eau en entree, ou bien les variations deperformances a attendre d’une variation de la qualite de l’eau, du taux de recouvrement,etc. D’autre part, il est essentiel de connaıtre ces equations pour evaluer l’efficacite dela maintenance d’un osmoseur.

Taux de rejet de differents sels

Le taux de rejet d’une membrane ou d’un osmoseur est toujours donne par les fabri-cants pour du NaCl. Bien sur l’eau comporte aussi d’autres sels dissous, et les taux derejet peuvent varier fortement d’un sel a l’autre. [4] donne a la page 88 une liste completedes taux de rejet des differents sels. Nous citons ici quelques exemples dans le tableau5.2.2 a la page 50.

Sel Taux de passage (relativement au NaCl)CaSO4 30%MgCL2 60%Ca(NO3)2 500%Mg(NO3)2 500%

Tab. 5.1.: Taux de rejets de differents sels, relativement au NaCl

Les fabricants de membranes fournissent des programmes de calculs qui, utilisant cestaux de passage differents pour chaque sel, calculent la concentration ion par ion dansle permeat pour une eau d’alimentation donnee. Au moins un fabricant [20] permet atout un chacun de telecharger ce programme depuis son site Web.


5.2. OSMOSE INVERSE

Ordres de grandeur

Taux de rejet, pour NaCl :

Polyamide : 98 a 99.7 %Acetate de cellulose : 93 a 98 %

Taux de recouvrement :

Pour une membrane : 13 a 20 %Pour une unite : 33 a 75 %

Dans une machine d’osmose inverse, l’on combine plusieurs membranes, et l’on peutaussi recycler une partie du concentrat, pour obtenir des taux de recouvrement beaucoupplus eleves que les 13 a 20% . Bien sur cela a pour corollaire que le taux de rejet d’unemachine d’osmose inverse sera toujours plus bas que le taux de rejet d’une membraneseule. En pratique, les taux de rejet pour le NaCl d’un osmoseur seront de l’ordre de 95a 99%.

Debits par membrane (a environ 16 bar) :

Materiau Diametre DebitPolyamide 4” 0.25 m3/hPolyamide 8” 1 m3/hAcetate de cellulose 4” 0.15 m/3hAcetate de cellulose 8” 0.60 m/3h

Les dimensions des membranes pour les osmoseurs industriels sont plus ou moinsstandardises : pratiquement tous les fabricants proposent des modules de diametre de4” et de 8”, et d’une longueur de 40” (environ un metre). Par contre, pour les petitsosmoseurs commerciaux ou de laboratoire, il existe un tres grand nombre de diametresde membranes (1.8”, 2”, 2.5”, etc.) et un choix presque infini de longueurs de modules.

Pour les membranes en acetate de cellulose, le debit varie avec le taux de passage : lesmembranes avec un taux de rejet eleve ont un debit plus faible.

Les materiaux de membranes d’osmose inverse :

Materiaux Polyamide Acetate de celluloseRejet NaCl 98 a 99.7 % 93 a 98 %pH 3 a 10 4 a 8Rejet composes organiques > 150 masse mol. > 200 a 250 masse mol.Chlore Cl2 libre < 0.1 ppm > 0.2 ppm et < 2.0 ppmTemperature < 40C < 40C



Il existe des modules pour hautes temperatures avec des membranes en polyamide :pour la membrane elle-meme, une temperature de l’eau jusqu’a 90C ne pose pas reellementun probleme, mais par contre le probleme est au niveau de la colle et des autres elementsen plastique (tubes, grilles, joints) employes pour la construction des modules.

5.2.3. Exemples d’unites d’osmose inverse

Fig. 5.7.: Schema d’un petit osmoseur industriel. Schema : Osmonics

Le schema de la figure 5.7 est typique d’un petit osmoseur industriel. On remarqueen particulier :

Le prefiltre : il protege les membranes des particules en suspension

La pompe

Les membranes : le concentrat sortant de 2 membranes alimente la 3emembrane. Leconcentrat de cette derniere est en partie recycle

Vannes de reglage concentrat et recyclage : en ajustant ces deux vannes, l’on peutajuster le taux de recouvrement de la machine


5.2. OSMOSE INVERSE

Fig. 5.8.: Exemple d’unite d’osmose inverse pour laboratoire. Photo : Electrolux

Fig. 5.9.: Schema de principe de l’unite montree sur la figure 5.8



Fig. 5.10.: Osmoseur industriel de taille moyenne, muni de membranes 4”. Photo : Os-monics

Fig. 5.11.: Exemple de grand osmoseur industriel, muni de membranes 8”. Photo : Os-monics


5.3. ULTRAFILTRATION

5.3. Ultrafiltration

Comme l’osmose inverse, l’ultrafiltration est une technique de filtration tangentielle.Contrairement aux membranes d’osmose inverse, les membranes d’ultrafiltration n’enleventaucun ion de l’eau. Les membranes d’ultrafiltration ont des pores : c’est incontestable,ils sont observables au microscope. il s’agit d’une technologie assez mure. Il y a un grandchoix de materiaux de membrane : polysulphone, polypropylene, polyamide, acetate decellulose, etc.

L’utilisation principale de l’ultrafiltration est la filtration au point d’utilisation dans lessystemes de production d’eau ultrapure, surtout en pharmaceutique et en microelectronique.depuis quelques annees, l’on voit aussi des machines d’ultrafiltration destinees a la pota-bilisation de l’eau. Les taux de recouvrement sont beaucoup plus eleves en ultrafiltrationque en osmose inverse : l’on parle de 80 a 90% avec de l’eau de ville ou en potabilisationde l’eau, et plus de 95% en filtration de finition d’eau ultrapure.

Fig. 5.12.: Exemple d’unite d’ultrafiltration au point d’utilisation [20]



Fig. 5.13.: Schema d’une unite d’ultrafiltration au point d’utilisation [20]

Fig. 5.14.: Machine d’ultrafiltration pour la potabilisation de l’eau. Photo : Membratec


5.4. NANOFILTRATION

5.4. Nanofiltration

La nanofiltration enleve 30 a 50 % des ions monovalents et plus de 90% des ions di-valents. Cette caracteristique fait de la nanofiltration une alternative interessante a lademineralisation partielle et a l’adoucissement par echange d’ions. Il s’agit d’une techno-logie relativement jeune. Les ecarts de performances entre membranes non negligeables.Les membranes sont faites dans les memes materiaux que les membranes d’osmose in-verse (polyamide et acetate de cellulose), et sont utilisees a des pressions un peu plusbasses que les membranes d’osmose inverse : des pressions de 8 a 10 bar sont typiques.

En tout cas au debut, certains fabricants proposaient comme membranes de nanofil-tration les ecarts de production de membranes d’osmose inverse. Depuis, la nanofiltrations’est imposee comme methode de traitement de l’eau dans l’industrie, surtout commealternative aux adoucisseurs pour des applications en agro-alimentaire, et des fabricantsont donc developpe des membranes specifiques a la nanofiltration.

Jusqu’a present, les facteurs suivants ont limite le developpement de la nanofiltrationcomme remplacement des adoucisseurs :

• Le cout de l’eau rejetee (concentrat)2

• Les couts d’investissement, beaucoup plus eleves a l’heure actuelle que pour unadoucisseur a echange d’ions

La nanofiltration n’est donc utilisee que dans les situations ou le fait que elle enleve aussides bacteries et des substances organiques et qu’il n’y a pas de saumure a eliminer estun avantage.

2L’on peut souvent augmenter le taux de recouvrement des machines a nanofiltrations en injectant del’acide dans l’eau d’alimentation. Cela reduit bien sur les couts d’eau rejetee, mais l’installation etsa maintenance deviennent alors plus complexes.


6. La maintenance des osmoseurs

Notre experience est que la maintenance des osmoseurs est trop souvent negligee. Ilen resulte une production d’eau de qualite inferieure a celle que l’on pourrait obtenir, etune duree de vie reduite des membranes. C’est pourquoi nous consacrons ici un chapitresepare a ce sujet.

Bien que ce chapitre se refere specifiquement aux osmoseurs, tout ce qui y est dit estapplicable aussi aux machines a nanofiltration, et dans une certaine mesure aux machinesa ultrafiltration.

6.1. Suivi des performances

La maintenance d’un osmoseur est plus simple que celle d’un echangeur d’ion parexemple. L’essentiel du travail de maintenance, a l’exception d’operations assez specialiseesmais peu frequentes comme le changement des membranes par exemple, peut etre faitpar le personnel de maintenance sans faire appel a des fournisseurs exterieurs.

6.1.1. Parametres a enregistrer

[36] donne une liste des parametres a enregistrer – manuellement ou automatiquement– quotidiennement sur un osmoseur :

• Pressions :• Pression avant le prefiltre• Pression apres le prefiltre et avant la pompe haute pression• Pression apres la pompe• Pression en sortie des membranes, cote concentrat• Pression du permeat (si celle-ci est differente de la pression atmospherique)• Debits :• Permeat• Concentrat• Conductivite :• Alimentation• Permeat Cp

• Concentrat Cc

• Temperature de l’eau d’alimentation

58

6.1. SUIVI DES PERFORMANCES

Ces parametres ne sont pas en eux-memes une mesure directe des performance del’osmoseur. Comme nous l’avons vu au paragraphe 5.2.2, le debit varie en fonction de latemperature par exemple et la qualite de l’eau produite varie en fonction de la la qualitede l’eau d’alimentation : or ces parametres varient au cours du temps dans pratiquementtoutes les installations. Il est donc essentiel de proceder a quelques calculs a partir desvaleurs enregistrees.

6.1.2. Parametres a calculer sur la base des enregistrements

Taux de recouvrement en % : En principe ce taux ne devrait pas varier. Il peut varierau cours de l’annee si la temperature de l’eau d’alimentation varie. Il faudrait alorsutiliser les vannes permettant d’ajuster les debits de concentrat et de recyclage

Debit de permeat a T= 25C et Pmoy = Pnominale : on parle souvent de normalisa-tion du debit. Comme nous l’avons vu plus haut, le debit varie en fonction dela temperature de l’eau et de la difference de pression a travers la membrane. Onne peut donc comparer directement les debits mesures. Si le debit de permeat estreste constant alors que la temperature de l’eau a augmente de 8C par exemple,alors les performances se son degrades d’avantage que si a temperature egale et aune difference de pression a travers la membrane qui aurait legerement augmentele debit de permeat etait reste constant. Il faut donc calculer, avec les equationsdu paragraphe 5.2.2, de combien serait le debit de permeat si la temperature

Conductivite moyenne : Cmoy = Calim+Cc

2

Taux de rejet : Rej = 1− Cp

Cmoy

Perte de charge, cote concentrat, a debit constant : la difference entre la pressionen aval de la pompe haute pression et la sortie du concentrat des membranesdonne la perte de charge a travers les membranes, cote concentrat. Ce parametreest important, car il peut indiquer si il y a un entartrage important des membranes.Comme les debits peuvent varier au cours du temps, il faut calculer la perte decharge a debit nominal. L’approximation suivante est utilisable en pratique [4] :

∆Pnorm = ∆Pmesuree ×2×Qcnom + Qpnom

2×Qc + Qp

(6.1)

Qcnom et Qpnom etant les debits de concentrat et respectivement de permeat nomi-naux et ∆Pmesuree etant la difference de pression effectivement mesuree. Pour lesdebits on peut aussi prendre les valeurs des debits lors de la mise en service pourQcnom et Qpnom.

Nous avons maintenant 2 valeurs : le debit de permeat a 25C (et Pmoy = Pnominale)et le taux de rejet des membranes qui refletent les performances de l’osmoseur, et une3e valeur, ∆Pnorm, qui est une mesure de l’etat des membranes. Le taux de recouvrementdoit etre controle pour verifier qu’il ne varie pas plus que quelques % au cours de l’annee.Sur la base d’un tableau de chiffres, il est difficile de determiner si l’on assiste a uneevolution ou si les differences de valeurs sont dues a la precision des mesures. Il est


CHAPITRE 6. LA MAINTENANCE DES OSMOSEURS

donc conseille de tracer des graphiques donnant le debit de permeat a 25C (et Pmoy =Pnominale) , le taux de rejet des membranes et ∆Pnorm.

6.2. Nettoyage des membranes

Il est inevitable que apres un certain temps les performance d’un osmoseur diminuent.Il faut alors nettoyer les membranes. de combien faut-il que les performances se degradentpour qu’un nettoyage soit justifie ? L’ensemble de la litterature et plusieurs fabricants1

conseillent de nettoyer lorsque les performances se sont degradees comme suit :

1. Le debit de permeat a 25C et Pmoy = Pnominale a baisse de 10 a 15%

2. ∆Pnorm a augmente de 10 a 15%

3. Le taux de rejet a baisse de 1 a 2 %

Les produits a employer pour le nettoyage sont fonction de la nature du depot quel’on trouve sur la membrane. [4] affirme qu’il faut proceder a une analyse de la naturedu tartre que l’on trouve sur la surface de la membrane avant de choisir le produitnettoyant. Cette methode implique que l’on extrait une membrane de la machine avantde proceder au premier nettoyage et qu’on la detruit pour effectuer un prelevement :elle n’est donc economiquement defendable que si l’on utilise un osmoseur avec un grandnombre de membranes2, ce qui est rarement le cas des osmoseurs utilises dans l’industrie.En pratique, il est donc generalement preferable de proceder par essais successifs.

On trouve differents type de depots sur les membranes des osmoseurs :

Depots inorganique : ils resultent de la concentration des differents sels dissous dansl’eau et du changement de l’equilibre calco-carbonique de l’eau. La meilleure facon del’enlever est d’utiliser une solution de nettoyage acide.

Depots organiques : ils sont mieux enleves par des solutions basiques contenant unsurfactant.

Sulfates : si des traces de baryum, de strontium ou de calcium sont presentes dansl’eau et l’on utilise une injection d’acide sulfurique pour l’ajustement du pH en amontde l’osmoseur, des depots de sulfates (de baryum, de strontium, de calcium) peuvent seformer. Un nettoyage avec de l’EDTA peut etre tente, mais il faut en general changerles membranes.

Biofilms : ils sont mieux enleves par des solutions basiques, avec un pH de au moins11, contenant un surfactant.

1Pas tous les fabricants. Il faut etre conscients que certains fabricants d’osmoseurs ignorentcompletement la problematique du nettoyage des membranes

2Plus de 20 membranes environ


6.2. NETTOYAGE DES MEMBRANES

Diametre Debit max. Vol. solution par element4” 40 l/min 20 litres8” 120 l/min 80 litres

Tab. 6.1.: Debits et volumes de solution de nettoyage recommandes

Specification des produits de nettoyage

Les fabricants de membranes donnent des specifications des produits a employer pourles differents types de nettoyages (acide, croissance biologique, etc.). Ces specificationsfont generalement appels a des produits que l’on trouve facilement en droguerie ou aupresd’un distributeur de produits chimiques, comme l’acide nitrique, l’EDTA, etc. Il arriveque des fournisseurs d’installations d’osmose inverse proposent des produits nettoyantprets, generalement a des prix prohibitifs. Notre experience est que en general il n’est paseconomique de les utiliser. Il existe aussi des cartouches que l’on place a la place de lacartouche filtrante de l’osmoseur, et qui relarguent une solution nettoyante lorsque l’eaules traverse. Cette solution est tres pratique et economique pour les petits osmoseurs(jusqu’a environ 3 m3/h).

Quel produit utiliser ?

En pratique, dans environ 80% des cas, la baisse des performances est due essentielle-ment a des depots inorganiques. Il est donc preferable de commencer par un nettoyageacide. Si les resultats sont insuffisants, proceder alors a un nettoyage avec une solutionbasique, puis a un 2e nettoyage acide, car si il y a un biofilm, il et probable que souscelui-ci se trouve un depot de substances inorganiques.

Procedure de nettoyage

Si l’on utilise pas une cartouche de nettoyage, il faut laisser la solution nettoyanterecirculer dans la machine pendant au moins 30 minutes [4]. Il faut imperativementouvrir la vanne de concentrat pour eviter une montee excessive de la pression en amontde la membrane. Le tableau 6.1 donne les debits maximums a prevoir et les volumesminimums de solution nettoyante necessaires pour la procedure.


7. La desinfection de l’eau

Il existe actuellement 5 methodes courantes pour la desinfection de l’eau dans l’indus-trie :

1. La chloration de l’eau

2. La sterilisation par les rayons U.V.

3. L’ozonisation

4. La microfiltration

5. L’ultrafiltration

La distillation n’est plus utilisee que dans des cas exceptionnels, comme l’industriepharmaceutique. Elle sera tout de meme traitee separement, dans le chapitre 14 a lapage 112. La chloration et la sterilisation par UVc sont des methodes tres simples amettre en œuvre, alors que l’ozonisation est plus complexe, mais aussi plus interessante.La microfiltration est interessante uniquement dans des cas tres particuliers en raisondes ses couts eleves de fonctionnement. L’ultrafiltration est utilisee depuis longtemps enmicroelectronique pour la sterilisation finale au point d’utilisation et est utilisee aussien eau potable.

La destruction des biofilms est traitee dans le chapitre 12 a la page 102.

62

8. Sterilisation U.V.

8.1. Principe et limites de la desinfection par ultraviolets

8.1.1. Principe de fonctionnement

Le principe de la sterilisation de l’eau par ultraviolet est tres simple : on eclaire l’eauavec des rayons UVc, qui ont un effet germicide par destruction des molecules d’ADN.

Fig. 8.1.: Absorption du rayonnement ultraviolet par l’eau (traitille) et par l’ADN (traitcontinu) [13]

8.1.2. Limites de la sterilisation par ultraviolet

Par sa simplicite et son efficacite, la sterilisation par ultraviolet est une solution tresattrayante. Il faut toutefois aussi etre conscients des limites de cette technologie :

La sterilisation par ultraviolet inactive mais n’elimine pas physiquement les bacteries :les bacteries restent dans l’eau sous forme de particules inactives. Dans beaucoup

63

CHAPITRE 8. STERILISATION U.V.

d’applications, cela ne pose pas de problemes, mais dans certains cas, comme enmicro-electronique, par exemple, il faut combiner la sterilisation par ultravioletavec la microfiltration ou l’ultrafiltration pour eliminer les particules que sont de-venues les bacteries inactivees par le sterilisateur U.V. de l’eau utilisee pour laverles Wafers par exemple.

Pas d’effet remanent : si des bacteries sont deja presentent en aval du sterilisateurUV, elles resterons actives. La sterilisation U.V. n’a donc absolument aucun effetsur les biofilms

8.1.3. Longueur d’onde

Longueur d’onde utilisee pour steriliser l’eau est de : 254 nm. A 185 nm l’ultravioletproduit de l’ozone, dans l’eau et dans l’air : methode pour produire l’ozone, de moinsen moins utilisee, sauf pour des tres petits generateurs d’ozone. Par contre, a 254 nm, lerayonnement ultraviolet detruit l’ozone : il s’agit de la seule methode fiable pour detruirel’ozone. Elle est decrite en detail a la page 87.

8.1.4. Les lampe ultraviolet

Il existe plusieurs types de lampes ultraviolet. Pour le traitement de l’eau, on distingueles lampes basse pression et moyenne pression.

Fig. 8.2.: Comparaison des spectres d’emission d’une lampe basse pression et d’unelampe moyenne pression [13]

La lampe est generalement au centre de l’ecoulement. Il faut etre attentif a ne pasacheter sterilisateurs qui utilisent des lampes faites specialement sur mesure pour le


8.2. DIMENSIONNEMENT D’UN STERILISATEUR UV

Fig. 8.3.: Reduction du rayonnement emis au bout de 7 jours, en fonction de la durete[24]. Ce graphique confirme que l’entartrage du quartz est un desavantageimportant en cas d’utilisation de lampes moyenne pression

sterilisateur : apres quoi, l’on est otage de l’installateur qui ne se prive pas, souvent devendre tres cher les lampes de remplacement.

8.2. Dimensionnement d’un sterilisateur UV

8.2.1. Dose de rayonnement UVc

En pratique, le dimensionnement se fait en general sur la base des normes applicablespour la sterilisation de l’eau potable. Celles-ci prescrivent une dose de rayonnementgermicide, dose qui varie d’un pays a l’autre :

Plusieurs pays europeens 1 : 25 mJ/cm2

Suisse : 40 a 25 mJ/cm2

Il faut donc toujours preciser la dose de rayonnement germicide demandee lors d’unappel d’offre.

Les sterilisateurs U.V. sont aussi souvent utilises comme destructeurs d’ozone residueldans l’eau. Pour detruire l’ozone, il faut un dosage de rayonnement germicide beaucoupplus eleve que pour l’inactivation de bacteries2.

1Dont la France et l’Italie. La Belgique elle prescrit 30 mJ/cm2

2Voir le point 10.3.4 a la page 87



Fig. 8.4.: Dose de rayonnement U.V. necessaire pour reduire de 99.99% divers micro-organismes. Les barres claires montrent la dose en presence de lumierereactivant les micro-organismes, les barres pleines montrent la dose en l’ab-sence de lumiere reactivant les micro-organismes [24]

L’eau peut etre plus ou moins permeable aux rayons UVc. Pour dimensionner unsterilisateur UV, le fabricant aura donc besoin, en plus du debit d’eau a traiter, ducoefficient de transmission aux UVc de XX% sur une lame d’eau de 1 cm .

Les doses mentionnees dans les normes pour la potabilisation de l’eau sont adapteespour la grande majorite des cas, mais pas tous. Il faut des doses beaucoup plus eleveespour eliminer des cellules d’algues et des moisissure, et aussi pour certains virus rares.

Le coefficient de transmission admis par les fabricants qui donnent un debit dansleurs catalogues sont generalement de l’ordre de 80 a 98%, selon les fabricants. Cettedifference fait que des sterilisateurs U.V. standard peuvent sembler etre moins chers queun modele prevu pour le meme debit d’une autre marque, alors que en fait le debit esttout simplement donne pour un coefficient de penetration des UVc different. il est doncimportant de comparer des offres calculees sur la base de coefficients de transmissionaux UVc de XX% sur une lame d’eau de 1 cm et non des chiffres tires de catalogues.


8.3. DOSES DE RAYONNEMENT UV POUR DIFFERENTES CLASSES DEMICRO-ORGANISMES

Micro-organisme D10 en mJ/cm2

Escherichia Coli 3.0Pseudomonas Auroginosas 5.0Staphyllococcus Aureus 2.18Moisissures 30 a 300Algues 300 a 600

Tab. 8.1.: Doses d’inactivation D10 pour quelques micro-organismes communs

La dose de rayonnement UVc necessaire est fonction du micro-organisme a eliminer.L’on trouve dans la litterature des tableaux donnant les Doses D10 pour divers micro-organismes. Cette dose est definie comme suit :

Dose D10 : dose de rayonnement UVc qui permet d’inactiver 90.0% des micro-organismespresents

Une fois D10 connue, l’on peut calculer facilement la dose necessaire pour inactiverdes pourcentages plus eleves de micro-organismes :

• Pour 99.0% : 2×D10

• Pour 99.9% :3×D10

• Pour 99.99% (=100%) :4×D10

Le tableau 8.1 donne des valeurs de D10 pour les micro-organismes les plus communs :

L’on trouve dans la litterature des valeurs de D10 differentes d’une publication al’autre. Des laboratoires ayant affecte les memes mesures ont trouves des resultats par-fois assez differents. En pratique, cela signifie qu’il faut considerer ces valeurs commeindicatives, et en aucun cas dimensionner une installation sans un coefficient de securitesignificatif par rapport aux valeurs de D10

3 trouvees dans la litterature.

Les tableaux qui suivent donnent les valeurs deD1000 pour un grand nombre de micro-organismes[8].

8.3. Doses de rayonnement UV pour differentes classesde micro-organismes

Les algues sont un probleme frequent en Suisse. Une part non negligeable de notre eaupotable provient d’eau de surface, en particuliers des lacs. Les cellules d’algues sont plusresistantes que les bacterie aux aux traitements de desinfection, ce qui fait que les dosesD1000 sont generalement beaucoup plus elevees pour les algues que pour les bacteries etles virus.

3Ou de D100 ou D1000,d’ailleurs



Micro-organisme Dose D1000 en mJ/cm2

Bacillus anthracis 8,700B. enteritidis 7,600B. Megatherium sp. (vegatative) 2,500B. Megatherium sp. (spores) 52,000B. paratyphosus 6,100B. subtilis (vegatative) 11,000B. subtilis (spores) 58,000Clostridium tetani 22,000Corynebacterium diphtheria 6,500Eberthella typhosa 4,100Escherichia coli 7,000Leptospira interrogans 6,000Micrococcus candidus 12,300Micrococcus sphaeroides 15,400Mycobacterium tuberculosis 10,000Neisseria catarrhalis 8,500Phytomonas tumefaciens 8,500Proteus vulgaris 6,600Pseudomonas aeruginosa 10,500Pseudomonas fluorescens 6,600Salmonella enteritidis 7,600Salmonella paratyphi 6,100Salmonella typhimurium 15,200Salmonella typhosa (Typhoide) 6,000Sarcina lutea 26,400Serratia marcescens 6,200Shigella dysenteriae (Dysenterie) 4,200Shigella paradysenteriae 3,400Spirillum rubrum 6,160Staphylococcus albus 5,720Staphylococcus aureus 6,600Streptococcus hemolyticus 5,500Streptococcus lactis 8,800Streptococcus viridans 3,800Vibrio cholerae 6,500

Tab. 8.2.: Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de bacteries




Aspergillus flavus 99,000Aspergillus glaucus 88,000Aspergillus niger 330,000Mucor racemosus A 35,200Mucor racemosus B 35,200Oospora lactis 11,000Penicillium digitatum 88,000Penicillium expansum 22,000Penicillium roqueforti 26,400Rhizopus nigricans 220,000

Tab. 8.3.: Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de moisissures et spores


Chlorella vulgaris (algue) 22,000Oeufs de Nematodes 92,000Paramecium 200,000

Tab. 8.4.: Doses de rayonnement UV pour l’inactivation d’algues et protozoa


Virus :Bacteriophage (E. coli) 6,600Virus Hepatitis 8,000Virus Influenza 6,600Virus Polio 6,000Rotavirus (diarhees) 24,000Tobacco mosaic 440,000

Tab. 8.5.: Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de virus

8.3.1. Exemples d’estimations de la dose necessaire

Escherichia Coli

L’on veut assurer l’absence de bacteries fecales (Escherichia Coli) de l’eau. Quelle dosefaut-il prevoir ?

Reponse : Il faut une dose suffisant pour reduire le nombre d’UFC de 99.99%, ce quiest considere en pratique comme une reduction de 100%. Il faut une dose egale a 4 foisD10, ou 2 fois D1000 soit :

Dose = 6× 2 = 12 mJ/cm2 (8.1)




Virus :Baker’s yeast 8,800Brewer’s yeast 6,600Common yeast cake 13,200Saccharomyces cerevisiae 13,200Saccharomyces ellipsoideus 13,200Saccharomyces sp. 17,600

Tab. 8.6.: Doses de rayonnement UV pour l’inactivation de levures

Un cas particulier : les lampes plongeantes dans les reservoirs

L’on rencontre assez souvent dans l’industrie des lampes U.V. plongeantes dans desreservoir : il s’agit de lampes monoculot dont une partie plonge dans du liquide stocke.A priori l’idee semble seduisante : l’on insere pour un cout tres limite une lampe aultraviolet dans un reservoir existant, ou de toute facon prevu dans l’installation, etl’on obtiendrait un sterilisateur UV bon marche. Helas, ces lampes en general favorisentplus qu’elles n’empechent la croissance de bacteries. Le motif en est le coefficient depenetration des UVc discute precedemment. Ce coefficient est generalement inferieura celui de la lumiere visible. Il en resulte que des que l’on s’eloigne de la lampe deplus de quelques dizaines de centimetres dans le reservoir, l’on ne trouve plus que unrayonnement negligeable d’UVc, alors que un rayonnement significatif de lumiere dans lespectre visible est mesurable. Cette lumiere favorise la croissance des bacteries. D’autrepart, les lampes U.V. plongeantes amenent de l’energie thermique au reservoir, autrementdit chauffent l’eau, rendant ainsi le milieu plus propice a la croissance de bacteries.

8.3.2. Biodosimetrie ou calcul ?

Une difficulte supplementaire pour le praticien qui doit acquerir un sterilisateur U.V.et qui doit evaluer les offres de divers fournisseur est donnee par le fait que les diversfabricant dimensionnent leurs systemes de maniere differente. Nous avons vu que lareduction de la concentration de micro-organismes est fonction de la dose de rayonne-ment germicide. Or, il est clair que les particules d’eau qui traversent un sterilisateurne recoivent pas toutes la meme dose de rayonnement. La question se pose donc desavoir comment le fabricant determine la dose de rayonnement fournie par son appareilpour le debit et le coefficient de penetration aux UVc qui lui auront etes indiques. Lesfournisseurs de sterilisateurs procedent selon 3 methodes differentes :

Calcul de la dose moyenne : c’est la methode traditionnelle, encore trop souvent em-ployee : on mesure la dose sur la base du rayonnement moyen calcule a l’interieurdu sterilisateur et on la multiplie par le temps de residence moyen d’une particuled’eau, qui est tout simplement le volume du sterilisateur divise par le debit. Lamethode est simple, mais discutable, dans la mesure ou l’on peut imaginer que les



Fig. 8.5.: Exemple de sterilisateur U.V. [23]

bacteries ne sont pas forcement distribues de maniere uniforme dans l’eau, et doncle calcul donnera des resultats differents de mesures sur l’installation.

Mesure pas biodosimetrie : l’on mesure le taux de survie de bacteries dont les valeursD10, D100 etc. sont connues : sur cette base l’on calcule la dose de rayonnementeffective fournie par la sterilisateur. Cette methode a un immense desavantage :son cout4. Il s’agit en effet d’essais complexes, et il y a peu d’installations dansle monde pouvant les realiser.[13] decrit en detail la procedure de la mesure parbiodosimetrie.

Calcul de la dose minimum : Avec les moyens de calculs actuels, ils est possible dedeterminer le parcours la plus defavorable du point de vue de la dose de rayon-nement a travers un sterilisateur U.V. Le fabricant qui emploi cette methode in-diquera dans ses specifications que l’appareil a ete calcule sur la base d’un rayon-nement germicide de (par exemple) 40 mJ/cm2 au point le plus defavorable del’appareil. Cette methode conduit a un surdimensionnement de l’appareil, maisevite les couts eleves de la biodosimetrie, ce qui permet d’avoir des sterilisateursU.V. plus economiques que ceux dimensionnes par biodosimetrie.

4La SSIGE affirme que ces essais ne peuvent etres effectues que en Autriche si ils doivent etres reconnuspar la SSIGE (Societe Suisse de l’Industrie du Gaz et des Eaux), et que l’essai d’un appareil couteentre 40’000.00 et 60’000.00 Francs Suisses



Il est donc important lors des comparaison d’offres de plusieurs fournisseurs de savoircomment chaque sterilisateur propose est calcule. Les sterilisateurs calcules par biodo-simetrie seront toujours plus chers a performances egales, puisque le cout de cette mesuretres couteuse doit etre amorti par la vente des appareils.


9. Chloration

Principe

Le principe de fonctionnement de la chloration est d’une extreme simplicite : l’oninjecte du chlore dans l’eau avec une pompe pour injection ou un injecteur Venturi, etl’on attend que le chlore agisse. La chloration est tres peu employee en purification del’eau dans l’industrie, essentiellement en raison du probleme insoluble pose par le residude chlore et de derives chlores presents dans l’eau desinfectee.

Dosage du chlore

On considere qu’il y a desinfection de l’eau si la concentration fois le temps de contactrespecte les valeurs suivantes :• 0.5 ppm × 30 minutes pour chlore libre• 0.2 ppm × 15 minutes pour le dioxyde de chloreCertaines industries peuvent avoir des exigences particulieres. Ainsi, l’industrie des

boissons utilise un dosage residuel de 10 ppm, avec un temps de contact de 2 heures auminimum.

Combien de chlore faut-il donc injecter ? Le dosage sera :

DTot = DRes + DCons (9.1)

Avec :

• DTot : dosage total• DRes : concentration residuelle• DCons : consommation immediate de chlore par l’eau [ppm]

La consommation sera determinee par l’oxydation des matieres organiques et des com-posants dissous que le chlore oxydera, c’est a dire essentiellement le fer et le manganese.

La quantite de chlore necessaire a l’oxydation du fer et du manganese est simplementle dosage stoechiometrique pour l’oxydation du fer et du manganese presents dans l’eau.

Par contre, la consommation pour l’oxydation de la matiere organique ne peut qu’etreestimee : elle sera de l’ordre de 3 a 5 fois la DCO. On ne peut pas prevoir quelle portionde la matiere organique sera effectivement oxydee. Il est donc judicieux de dimensionnerles installations en prevoyant une injection de chlore calculee sur la base de 4 a 5 fois laDCO, tout en sachant que la consommation effective pourrait etre nettement plus faible.

73

10. Ozonisation

10.1. Principe

L’ozone O3 est une variete allotropique de l’oxygene O2.L’ozone est generalement percucomme une interessante alternative au chlore. Par rapport au chlore, l’ozone presentedes desavantages mais aussi et surtout des avantages decisifs pour l’utilisation dansl’industrie.

10.1.1. Desavantages de l’ozone

Investissement plus eleve : l’expression usine a gaz est certainement appropriee dansle cas de l’ozonisation, puisque ce gaz est produit sur place : il en resulte quele cout d’exploitation est reduit par rapport a des systemes ou l’on doit acheterle desinfectant, par contre l’installation est inevitablement plus complexe et pluscouteuse.

Systeme plus complexe : L’ozone doit etre produit, puis dissous dans l’eau, le gazresiduel doit etre extrait de l’eau, etc. Le systeme resultant est inevitablementplus complexe a installer et a utiliser qu’une pompe a injection de chlore, parexemple.

Il n’y a pas de membranes resistantes a l’ozone : cela pose un probleme a certainesindustries particulieres, comme l’agro-alimentaire, qui veulent en general desinfecterl’ensemble de la chaıne de traitement : si un osmoseur est prevu, cela est possibleavec le chlore en choisissant une membrane en acetate de cellulose par exemple,alors que c’est effectivement impossible avec l’ozone.

Consommation en energie plus elevee, puisque l’ozone est produit par decharge electrique

10.1.2. Avantages de l’ozone

Ces desavantages sont compenses par une serie d’avantages qui rendent l’ozone tresinteressant dans nombre d’applications industrielles :

Pas de derives dangereux, contrairement au chlore

Ne reste pas dans l’eau, redevient de l’oxygene : il est donc utilisable par exemplepour le traitement d’eau ultrapure, ce qui n’est pas le cas du chlore

Pas de stockage de produits dangereux

74

10.1. PRINCIPE

Oxydation tres complete

Se decompose ou s’enleve facilement

10.1.3. Potentiels Redox

L’ozone est le plus puissant des oxydants utilisables en traitement de l’eau. Le tableau10.1 montre les potentiels Redox de produits oxydants employes dans l’industrie : ilmontre que l’ozone est l’oxydant le plus fort.

Reactif Potentiel RedoxOzone 2.07Peroxyde d’hydrogene 1.17Chlore (gaz) 1.36Oxygene 1.23

Tab. 10.1.: Potentiels Redox de quelques produits oxydants utilises dans l’industrie

En pratique, cela signifie que des composes qui ne sont pas oxydes par le chlore le serontpar l’ozone, et ceux qui sont oxydes par le chlore et l’ozone seront oxydes beaucoup plusrapidement par l’ozone. Les micro-organismes sont detruits par oxydation, ce qui faitque l’ozone est un desinfectant beaucoup plus puissant que le chlore. Cela se traduit pardes temps de contact plus courts pour obtenir le meme resultat, comme cela est visibledans la figure 10.1.

Fig. 10.1.: L’ozone : un desinfectant plus puissant que le chlore [2]


CHAPITRE 10. OZONISATION

Milieu Demi-vieGaz Env. 20 minutesEau, pH = 6.0 Env. 20 minutesEau, pH = 7.0 Env. 15 minutesEau, pH = 8.0 Env. 20 minutesTab. 10.2.: Demi-vie de l’ozone

Fig. 10.2.: Les principaux composants d’un systeme d’ozonisation de l’eau

Instabilite de l’ozone

Demi-vie : periode pendant laquelle la concentration d’ozone diminue de moitie.

Systemes d’ozonisation

En general, l’attention se concentre sur le generateur, qui n’est qu’une partie dusysteme et moins que le 50% des investissements. Les autres composants principauxd’un systeme d’ozonisation sont visibles sur la figure 10.1.3. Nous examinerons dans lespages qui suivent les differents composants mentionnes a la figure 10.1.3.

Principe de la production d’ozone : La foudre a inspire les generateurs d’ozone. Ceprincipe est utilise dans les generateurs d’ozone dit a decharge corona, qui represententla quasi-totalite des generateurs d’ozone utilises en purification de l’eau. Ce principe estillustre par la figure 10.3


10.1. PRINCIPE

Fig. 10.3.: Generation d’ozone par decharge Corona. Principe

Plus la frequence des decharges electriques entre les electrodes est elevees, plus laconcentration d’ozone produit sera elevee. Les generateurs d’ozone a frequence standard(50 Hz) peuvent atteindre des concentrations d’ozone de 1.5 a 2.5 % avec de l’air etde 3 a 4 % avec de l’oxygene. Les generateurs d’ozone a moyenne frequence (200 - 400Hz) peuvent eux atteindre 4 a 6 % d’ozone avec de l’air, 6 a 12 % avec de l’oxygene.Aujourd’hui, en traitement de l’eau, l’on emploie pratiquement plus que des generateursa frequences moyenne.

10.1.4. Materiaux resistants a l’ozone

Il faut etres attentifs au fait que l’ozone est tres agressif et il y a donc peu de materiauxresistants a l’ozone :

Materiaux resistants a l’ozone en phase gazeuse

• Verre• Teflon (PTFE, PFA, PVDF)• Aciers Inox• Probleme potentiel : soudures

Materiaux resistants a l’ozone en phase liquide

• Aciers inox• PVC



Fig. 10.4.: Exemple de systeme de generation d’ozone

• Beton• Plexiglas• Teflon (PTFE, PFA, PVDF)• Verre

Etancheite (joints)

Le choix de materiaux pour les joints d’etancheite et aussi restreint :

• KalrezTM

• KynarTM

• Teflon (PTFE, PFA, PVDF)• VitonTM

10.2. Dosage d’ozone

Comme pour le chlore, il faut respecter une valeur minimum de concentration foistemps de contact pour desinfecter l’eau. Avec l’ozone , il est admis que cette valeur estde : 0.4 ppm au bout de 4 minutes. Cela signifie que l’on peut aussi utiliser une doseplus faible mais un temps de contact plus important (par exemple 0.2 ppm au bout de2 minutes) ou inversement augmenter la concentration : il faut que le produit du tempsde contact par la concentration reste constant.


10.3. SYSTEMES DE MELANGE OZONE - EAU

10.3. Systemes de melange ozone - eau

10.3.1. Colonnes de contact et injecteurs Venturi

Alors que la technologie des generateurs d’ozone a fait des progres remarquables aucours de la derniere decennie, l’on est parfois surpris de constater que les technologiesemployees pour transferer l’ozone de la phase gazeuse a la phase liquide ont peu evolue.Pourtant, comme nous l’avons rappele plus haut, ce systeme est important, au point quedes auteurs definissent le systeme de melange de l’ozone avec l’eau ”La partie la plusimportante dans une installation d’ozonisation de l’eau”.

La plupart des systemes actuellement installes fonctionnent selon le principe de ”Dif-fusion de bulles” : l’on diffuse, par des elements poreux, des bulles de melange ozone plusair dans un flux d’eau. Pendant que les bulles montent vers la surface, le transfert demasse de l’ozone s’opere. Les systemes selon ce principe prennent la forme de colonnesde contact ou de contacteurs.

Fig. 10.5.: principe de fonctionnement d’une colonne de contact

La figure 10.5 montre le principe de fonctionnement d’une colonne de contact. L’eau



coule a contre-courant des bulles d’air et ozone qui s’elevent dans le liquide. L’efficacitede transfert de masse (ETM= masse d’ozone dissous dans l’eau au cours du transfertdivisee par la masse d’ozone introduite dans la colonne) augmente avec la hauteur dela colonne. Si l’on augmente la hauteur de la colonne, l’efficacite du transfert augmente,donc le debit d’ozone a produire devient plus faible. Il y a donc une hauteur utileeconomiquement optimale, qui est en general d’environ 4,5 a 4,7 m, et correspond a uneefficacite de transfert de masse de l’ordre de 67 a 70%.

Le diametre de la colonne est donne par la vitesse maximale d’ecoulement d’eau, arespecter si l’on veut eviter l’entraınement de bulles d’air en aval. Celle-ci est de l’ordrede 0,24 a 0,25 m/s. L’ozone est disperse dans le bas de la colonne par des diffuseursporeux.

Fig. 10.6.: Contacteur municipal : principe

La figure 10.6 illustre le principe de fonctionnement d’un contacteur, typique pourles applications de traitement d’eau potable. Les plus volumineuses de ces unites per-mettent d’atteindre une efficacite de transfert de masse de l’ozone de l’ordre de 80% a90%. Elles ont le desavantage de representer des investissements importants. L’on trouveparfois dans la pratique des contacteurs sous-dimensionnes par rapport au debit d’eaua traiter. Ce sous-dimensionnement resulte en un entraınement de bulles de gaz a l’avaldu contacteur, ce qui peut poser des problemes a des clients industriels utilisant l’eaupour des procedes, et peut aussi susciter la mefiance des consommateurs d’eau potable.

La figure 10.7 illustre le principe de fonctionnement du melangeur a tube Venturi. Letube Venturi prend son nom de l’”Effet Venturi”, qui dit que, si la section d’ecoulementdiminue, alors la pression diminue aussi. Cela s’explique aisement par les equations deBernoulli et l’equation de continuite :



Fig. 10.7.: Injecteur Venturi : principe

Equation de Bernoulli : si l’on neglige les pertes de charge entre les points 1 et 2 :

%v2

1

2+ P1 = %

v22

2+ P2 (10.1)

Avec :

• % : masse volumique de l’eau• vi : vitesse d’ecoulement au point i• Pi :pression au point i

Equation de continuite :

v1S1 = v2S2 (10.2)

Avec : Si : section de la conduite au point i

Des deux equations ci-dessus, on deduit que la pression au point le plus etroit duVenturi (point 2) sera inferieure a la pression a l’entree du Venturi (point 1) de :

∆P = P2 − P1 = (%v2

1

2)× [(

S1

S2

)2 − 1] (10.3)

On peut donc aisement dimensionner le Venturi (en particulier le rapport S1

S2) pour

obtenir un pression au point 2 qui soit inferieure a la pression atmospherique, donc avoirun effet d’aspiration sur une entree gaz, que l’on place au point le plus etroit du Venturi.Ceci permet d’aspirer et melanger avec l’eau le melange d’ozone et d’air.

Le melangeur a tube Venturi est bien sur de la solution la plus compacte pour lemelange proprement dit. La totalite du gaz injecte est entraınee a l’aval du melangeur.Le transfert de l’ozone de la phase gazeuse a la phase liquide se fait en aval du melangeur,dans un reservoir (reacteur) prevu a cet effet. Un temps de contact de l’ordre de 12 a15secondes est suffisant pour obtenir une efficacite de transfert de masse de l’ozone de 90%



ou plus. Les dimensions d’un reacteur sont donc toujours tres inferieures a celles d’unecolonne de contact ou d’un contacteur conventionnel.

L’on peut se demander des lors pourquoi les melangeurs a tube Venturi n’ont pasencore remplace les autres systemes dans toutes les applications. La principale raison quipousse encore aujourd’hui des concepteurs d’installations a ne pas choisir des injecteursVenturi est le probleme des gas entraınes. Alors que, au sortir d’une colonne de contact,l’eau contiendra bien de l’ozone dissous, mais pas de bulles de gaz, les bulles de gaz sonttout naturellement entraınees a l’aval apres le reacteur, et un systeme de degazage doitetre concu et dimensionne separement. Le resultat est souvent un systeme de degazagenon-optimise, du point de vue cout et encombrement, ou alors des bulles de gaz dansl’eau qui atteignent les consommateurs.

Les concepteurs d’installations sont depuis longtemps a la recherche d’une solutioneconomique pour l’elimination des gaz entraınes. L’on trouve aujourd’hui dans le com-merce d’unites de degazage fonctionnant selon le principe du cyclon (Voir figure 10.8).L’idee de combiner ces degazeurs avec un ensemble melangeur Venturi plus reacteur estdonc assez logique. Nous nommerons dans la suite de cet article une telle combinaison”Unite de gazage – reaction – degazage” ou ”Combinaison Venturi – Reacteur – Cyclon”.

Fig. 10.8.: Systeme Venturi-Reacteur-Cyclon : pilote de demonstration. Photo : GDTCorporation

Des essais pilotes sur des applications frequentes de l’ozone en traitement de l’eaupotable ont etes effectues dans plusieurs villes des USA. Les essais et leurs resultats sontdecrits plus loin dans l’article. La figure 10.9 montre le principe de fonctionnement desunites de gazage-reaction-degazage utilisees pour ces essais pilotes.



Fig. 10.9.: Ensemble injecteur – reacteur – cyclon : principe

10.3.2. Transfert de masse

Comme explique plus haut, l’efficacite de transfert de masse (ETM) est le parametrequi decrit l’efficacite d’un systeme de melange eau-ozone. Cette efficacite est definiecomme suit :

ETM =Mdissous

Mgaz

(10.4)

Mdissous etant la masse d’ozone dissous dans l’eau et Mgaz etant la masse d’ozone dasnle flux gazeux provenant du generateur d’ozone pendant une unite de temps donnee

Le principe de fonctionnement d’un ensemble Venturi - Reacteur - Cyclon pour l’ozo-nation de l’eau a ete decrit plus haut. La question est maintenant de savoir quels pa-rametres affectent ETM dans un tel systeme, et quelles doivent etre les valeurs de cesparametres pour obtenir des valeurs suffisantes d’ETM .

Intuitivement, l’on comprend que le transfert de masse augmentera lorsque le tempsou les deux phases sont en contact augmentera. Nous nommerons le temps de contact



des deux phases Tc, qui sera :

Tc =Veau + Vmelange

Vreacteur

(10.5)

Avec :

• Veau : debit d’eau• Vgaz : debit de gaz melange avec l’eau• Vreacteur : volume du reacteur

Le transfert de masse de l’ozone de la phase gazeuse a la phase liquide resulte dela difference entre la solubilite de l’ozone dans l’eau et la concentration d’ozone dejapresente dans l’eau [2]. Or, la solubilite d’un gaz dans l’eau augmente avec la pression.Ceci resulte directement de la Loi de Henry, qui dit que la solubilite d’un gaz dans unliquide est proportionnelle a la pression partielle PA de ce gaz dans la phase gazeuse :Loi de Henry :

PA = H × CA (10.6)

Avec :

• PA : Pression partielle du gaz A dans la phase gazeuse• H : Constante de Henry pour le gaz A• CA : Concentration du gaz A dans la phase liquide

Il est donc clair que, en augmentant la pression, on augmente la solubilite, donc parla meme le transfert de masse.

Fig. 10.10.: Solubilite de l’ozone dans l’eau



La figure 10.10 montre l’effet de la pression partielle et totale sur la solubilite del’ozone (calculee a partir de la loi de Henry). La figure 10.3.2 montre le resultats demesures de l’efficacite du transfert de masse obtenues avec les valeurs suivantes :

• Pression relative a la sortie de l’injecteur : 1,7 a 2,3 bar• Concentration massique d’ozone en phase gazeuse : 10• Temps de contact : 12 s• Ratio debit volumique de la phase gazeuse divise par le debit volumique de la phase

liquide : V gV l

= 0, 1• Temperature de l’eau : 8C

La courbe montre que l’efficacite ETM varie entre 87% et 95%.

Fig. 10.11.: Efficacite de la dissolution de l’ozone dans l’eau

Ces resultats ont etes obtenus avec un Venturi fourni par la societe Mazzei Corpora-tion, USA. Des Venturi d’autres fabricants devraient donner des resultats semblables,mais pas forcement egaux. Le Venturi est un element peu couteux d’un systeme demelange eau-ozone, et pour cette raison, l’on investit generalement peu de temps dans lechoix du Venturi. Or il se peut que le transfert de masse soit plus ou moins bon avec unVenturi d’une marque donnee. Nous ne pouvons donc que recommander aux concepteursd’installations de demander a leur fournisseurs de melangeurs Venturi des donnees surl’efficacite de transfert de masse a attendre de leur produit, et les parametres necessairespour atteindre cette efficacite.

Il est possible d’obtenir des efficacites beaucoup plus elevees en augmentant le tempsde retention ou en reduisant la concentration d’ozone. Par exemple, l’on a obtenu desefficacites ETM de plus de 99% lorsque, les autres parametres restant inchanges, on a



utilise des concentrations massiques d’ozone dans la phase gazeuse comprises entre 3%et 5

Le ratio V gV l

a egalement un impact important. On a constate que ETM augmentait

lorsque l’on diminue V gV l

. Ceci s’explique par le fait que des rations V gV l

faibles resultenten des bulles de gaz plus petites, donc la surface separant les deux phases est plusimportante, proportionnellement au volume de la phase gazeuse

La figure 10.12 montre la difference de dimensions entre une unite de melange tradi-tionnelle fonctionnant sur le principe de la diffusion de bulles (une colonne de contact)et une unite de gazage - reaction - degazage.

Fig. 10.12.: Comparaison

Le dessin 10.12 montre, a la meme echelle, deux installations hypothetiques qui ontetes dimensionnees sur les hypotheses suivantes :

• Debit d’eau : 30 m3/h• Hauteur utile de la colonne de contact : 4,7 m• Hauteur totale de la colonne de contact = Hauteur utile plus 60 cm• Diametre de la colonne : determine par la vitesse d’ecoulement de l’eau qui ne doit

pas depasser 0,24 m/s

La section de la colonne sera donc d’environ 1.17 m2 ,son diametre interieur sera doncd’environ 122 cm, nous admettrons un diametre exterieur d’environ 132 cm.

• Ratio V g/V l pour l’unite de gazage - reaction - degazage : 10• Temps de contact dans le reacteur de l’unite de gazage - reaction - degazage : 12 s,

le volume du reacteur est donc de 110 litres.• Pour les dimensions du Venturi et du separateur a cyclon, nous nous referons aux

donnees de fournisseurs de ces unites, et obtenons :



• Pour le Venturi : diametres d’entree et sortie de l’eau : 110 mm, longueur environ66 cm (Source : catalogue Mazzei)• Pour le separateur cyclon : diametre 44 cm, hauteur 109 cm (Source : catalogue

GDT)

La difference de dimensions est assez spectaculaire. La difference en couts d’investis-sements est aussi importante. Nous ne ferons pas ici une comparaison des couts d’inves-tissements, car il y a bien sur une difference importante d’un fournisseur a l’autre. Lescouts de maintenance meriteraient egalement une etude detaillee. Ils sont beaucoup plusfaibles pour un ensemble Venturi - Reacteur - Cyclon que pour un systeme a diffusion debulles. Le motif en est le caractere turbulent de l’ecoulement dans un ensemble Venturi- Reacteur - Cyclon, qui evite la formation de tartre, qu’ils soient de nature minerale ouorganique. Ceci n’est pas le cas des systemes a diffusion de bulles, ou l’ecoulement lami-naire de l’eau, necessaire pour eviter l’entraınement de bulles, est propice a la formationde tartre.

10.3.3. Conclusion sur la dissolution de l’ozone

A notre avis il n’y a aucune raison de ne pas utiliser un systeme autre d’un injecteurVenturi pour dissoudre l’ozone dans l’eau. Il n’y a aucune raison technique ou economiquede continuer a utiliser des systemes avec une colonne de contact et des diffuseurs poreux.

10.3.4. Destruction de l’ozone residuel en phase liquide

Sauf exceptions1 il faut eliminer l’ozone dans la phase liquide avant d’utiliser l’eaudesinfectee.

Charbon actif : il se consomme peu a peu et en fin de vie relache des particules.

Anthracyte : utilise essentiellement dans les piscines et les parcs zoologiques

UV : la methode la plus chere, mais aussi la plus sure. C’est de loin la methode plusutilisees dans l’industrie

Reaction avec iodide ou bromide : la reaction avec des iodides et bromide produitdu iode ou brome libre, qui agit comme desinfectant residuel a la place du chlore.Cette methode employees pour les piscines, mais est pratiquement inutilisable pourles applications industrielles

Le filtre a charbon actif est tres souvent employe pour l’elimination de l’ozone residuelen potabilisation de l’eau. Helas, le charbon actif, outre a etre tres efficace pour l’eliminationde l’ozone, fournit aussi un milieu poreux tres favorable a la croissance de bacteries. Cephenomene est trop souvent ignore en potabilisation de l’eau, mais est bien demontrepar plusieurs etudes. La figure 10.13 montre bien ce phenomene. du point de vue dela microbiologie : une installation couteuse d’ozonisation et charbon actif aboutit a unmaintient du nombre de bacteries, ce qui n’est bien sur pas l’objectif de ce traitement.

1Comme par exemple le lavage de Wafers a l’eau ozonee dans l’industrie microelectronique, ou l’onveut avoir de l’ozone residuel dans l’eau pour son effet desinfectant



Fig. 10.13.: Concentration de bacteries en plusieurs points d’une chaıne de potabilisa-tion de l’eau [25]

10.3.5. Destruction de l’ozone residuel en phase gazeuse

Il existe 3 types de destructeurs couramment employes dans l’industrie :

Filtres a charbon actifs : Autrefois souvent utilises, il presentent le defaut majeur dechauffer et peuvent s’enflammer. Ils sont a proscrire.

Destructeurs Thermiques : Au-dessus de 350C, la demi-vie de l’ozone est reduite aenviron 5 ms.

Destructeurs thermocatalytiques : Il existe des catalytes qui permettent de detruirel’ozone lorsque la temperature est portee au-dessus de environ 150C. Les des-tructeurs fonctionnant selon ce principe sont obsoletes depuis l’apparition de ca-talytes detruisant l’ozone a temperature ambiante, mais ils sont pourtant encorefrequemment utilises et bon marche a a l’achat

Destructeurs catalytiques : Ce sont aujourd’hui les plus economiques lorsque l’ontient compte des frais de fonctionnement. Ils fonctionnent avec des melanges d’oxydesmetalliques (en general MnO2 et CuO). Ils sont en general chauffes a environ 60Cpour prevenir l’accumulation d’eau condensee dans le catalyte.



Fig. 10.14.: Exemple d’installation de destructeur catalytique d’ozone. Photo :ozone.ch

10.3.6. Ozone : dimensionnement

Le dimensionnement d’un systeme d’ozonisation est assez simple. De maniere analogueau chlore, on a :

DTot = DRes + DCons (10.7)

Avec :

• DTot : dosage total• DRes : concentration residuelle• DCons : Consommation immediate d’ozone par l’eau [ppm]

Il faut imperativement tenir compte de l’efficacite de transfert de masse (ETM) pourensuite choisir le generateur d’ozone.

10.3.7. Ozone a partir de l’oxygene de l’eau

La production d’ozone directement a partir de l’oxygene de l’eau est une solutionseduisante mais pas economique. Le motif en est l’enthalpie de reaction elevee pourpasser de l’eau a l’ozone :

3H2O −→ O3 : ∆H = 249 kcal/mol (10.8)

3

2O2 −→ O3 : ∆H = 34 kcal/mol (10.9)

Il en resulte une consommation d’energie tres importante pour la production d’ozone :

• 10 a 20 kWh/kg d’ozone a partir de l’oxygene



Fig. 10.15.: Systeme MembrelTMde production d’ozone a partir de l’oxygene de l’eau.Photo : Ozonia

• 20 a 50 kWh/kg d’ozone a partir de l’air2

• environ 60 kWh/kg a partir de l’eau !

On trouve tout de meme des appareils produisant l’ozone a partir de l’oxygene de l’eaudans des installations de l’industrie pharmaceutique. Ceux qui les emploient justifientleur choix avec l’argument que c’est la seule methode pour s’assurer que des micro-organismes ne sont pas introduits dans l’eau a partir de l’air. L’argument ne survit pasa une analyse : le gaz que l’on melange dans l’eau est passe a travers un generateurd’ozone, c’est a dire dans une zone occupee par des decharges electriques dans l’air :aucun micro-organisme ne survit dans cet environnement.

10.4. Mesure de l’ozone dans l’air

L’ozone etant un gaz agressif, les appareils de mesure de l’ozone sont relativementcouteux. L’instrumentation d’une installation d’ozonisation peut representer une partimportante de l’investissement total, donc il est important de la choisir en etant in-forme des options disponibles. Souvent la mesure de l’ozone dans l’air est negligee lorsde la conception d’une installation, alors que les consequences d’une exposition a desconcentrations d’ozone elevees sont importantes (voir page 110).

Il existe 4 methodes couramment employees pour la mesure de l’ozone dans l’air.

• Colorimetrie• Sondes electrochimiques• Capteurs a semiconducteur• Analyseurs d’ozone

2Fourchette de valeur assez large, car couvre beaucoup de technologies


10.4. MESURE DE L’OZONE DANS L’AIR

10.4.1. Colorimetrie

Pour la mesure de l’ozone dans l’air, ce type de mesure a pris la forme de tubescontenant un reactif. Il faut faire passer dans le tube un volume d’air specifie, apres quoil’on peut lire sur une echelle la concentration d’ozone. En pratique, l’on trouve sur lemarche des tubes a utiliser avec des pompes volumetriques manuelles ou electriques. Sil’on utilise deja une telle pompe pour mesurer d’autres gaz, alors l’investissement pourpouvoir mesurer aussi l’ozone est faible. Par contre, chaque mesure est chere. D’autreslimitations de cette methode sont :

Le manque de precision : il est difficile de faire mieux que environ +/- 30%

Le temps : une mesure prend quelques minutes. Si la concentration d’ozone a atteintun niveau dangereux, l’operateur peut deja avoir souffert des consequences de laconcentration elevee avant d’avoir pu la mesurer

La difficulte : les operateurs font souvent des erreurs de manipulation du tube, quiconduisent a des mesures erronees

10.4.2. Sondes electrochimiques

Les sondes electrochimiques contiennent un electrolyte, separe de l’air par une mem-brane selective. Ces detecteurs dominaient le marche de la detection de l’ozone dans l’airambiant avant l’apparition des capteurs a semiconducteurs. Ils sont aujourd’hui encoreutilises, bien qu’ils presentent des desavantages importants par rapports aux nouveauxcapteurs a semiconducteurs, qui sont aussi plus economiques :

Sensibilite a d’autres gaz : leur principe de fonctionnement fait qu’ils mesurent en faitla concentration de tous les gaz oxydants. En purification de l’eau, le gaz qui poseprobleme est le chlore. Les detecteurs a sonde electrochimique sont souvent plussensibles a chlore que a l’ozone3.

Necessite de remplacer le catalyte : Le catalyte peut etre sous forme de solution aqueuse(donc liquide) ou de gel. Dans ce dernier cas, il faut en general remplacer la sondetous les 1 a 2 ans. Une sonde electrochimique a un cout de l’ordre de 5 a 10 foissuperieur a celui d’un capteur a semiconducteur. Lorsque le catalyte est une solu-tion aqueuse, ce qui est generalement le cas, le cout est essentiellement cause parla main d’œuvre necessaire pour remplacer le catalyte.

10.4.3. Capteurs a semiconducteurs

Les capteurs a semiconducteurs utilisent une piece de materiau semiconducteur dontles caracteristiques electriques (en pratique : la resistance electrique) varient en fonc-tion de la concentration d’ozone dans l’air. Initialement, au debut des annees 1990, cesdetecteurs etaient aussi sensibles aux autres gaz oxydants. Les capteurs actuels sont

3Autrement dit, la presence de par exemple 0.1 ppm de chlore gazeux dans l’air ambiant donnera unemesure d’ozone superieure a 0.1 ppm, meme si il n’y a pas du tout d’ozone dans l’air



munis de couches protectrices selectives qui diminuent cette sensibilite, ce qui les rendaujourd’hui tres superieur aux sondes electrochimiques.

Fig. 10.16.: Detecteur d’ozone portable [23]

Fig. 10.17.: Detecteur d’ozone fixe dans armoire de protection [23]

10.4.4. Analyseurs d’ozone

Les analyseurs d’ozone mesurent la concentration d’ozone en utilisant la loi de Beer-Lambert, qui permet de determiner la concentration d’ozone en fonction de l’absorptionde rayonnement ultraviolet sur une distance connue :


10.4. MESURE DE L’OZONE DANS L’AIR

Methode Colorimetrie Electrochimie Capteurs Absorption U.V.Investissement Faible Moyen Modere Eleve

Couts maintenance Eleves Moyens Tres faibles LimitesPrecision Env. 30% Env. 30% Env. 15% 1%

Interferences Elevees Elevees Faibles InexistantesTab. 10.3.: Les methodes de mesure de l’ozone dans l’air

C =ln ( lo

li)

X × L

Avec :

• C : Concentration d’ozone• lo : Intensite du rayonnement UV avant l’absorption• li : Intensite du rayonnement UV apres l’absorption• X : Constante : coefficient d’absorption de l’ozone• L : Longueur sur laquelle il y a absorption

L’utilisation de l’absorption de rayonnement ultraviolet presente de nombreux avan-tages :

Pas de consommables : Seule la lampe UV doit etre remplacee une fois toute lesquelques annees

Pas d’etalonnage : dans l’equation de Beer-Lambert, la seule inconnue est la concen-tration d’ozone. Des sa mise en servie l’instrument mesure la concentration d’ozonecorrectement

Pas d’interferences des autres polluants

Temps de reponse inferieur a une seconde : la reponse immediate est un avantageimportant pour les applications concernant la securite ou le reglage d’installations

Les analyseurs d’ozone ont un seul defaut qui peut en limiter l’utilisation : le prix. Unanalyseur d’ozone a un prix d’achat environ 10 a 12 fois superieur a celui d’un detecteura capteur a semiconducteur. Les analyseurs haut de gamme peuvent etres equipes desystemes pour la mesure en plusieurs points, ce qui peut reduire la difference de prix avecune mesure par capteur a semiconducteur a environ un facteur de 3 a 4. Ce supplementde prix par rapport aux autres systemes de mesure se comprend aisement : l’appareil estbeaucoup plus precis, mais aussi beaucoup plus complexe a construire.

10.4.5. Comparaison des methodes

Au vu de cette comparaison, il semble evident que sauf exception, il faut prefererl’utilisation d’analyseurs a absorption d’U.V. si le budget le permet, et sinon utiliser descapteurs a semiconducteurs. Les sondes electrochimiques et les tubes ne devraient plusetres utilises.



Fig. 10.18.: Analyseur d’ozone pour l’air ambiant. Photo : InUSA Corporation

10.4.6. Etude de cas : mesure de l’ozone dans l’air

Un distributeur d’eau a continue a utiliser des tubes pour la mesure colorimetrique del’ozone jusqu’en 2001.

Ce distributeur avait plusieurs stations d’ozonisation de l’eau. Chacune etait equipeede detecteurs fixes. En cas d’alarme donne par un detecteur fixe, une equipe d’interven-tion penetrait dans le batiment munie de ”tubes”. Etant donne le temps necessaire pourrealiser une mesure avec les tubes, les employes du groupe d’intervention revetaient desrespirateurs avant d’entrer dans le batiment, et ensuite mesuraient periodiquement laconcentration d’ozone

En 2001, ce distributeur a equipe ses equipes d’intervention de detecteurs portablesdu type illustre a la figure 10.16. Le prix d’achat de ces detecteurs a ete amorti enquelques semaines, car ils ont permis des economies a deux niveau :

Gains de temps : L’equipe d’intervention ne doit plus revetir les respirateurs avantd’entrer dans le batiment : les interventions etant plus rapide, les pertes de pro-duction dues a des fuites d’ozone sont plus faibles et les couts de main d’œuvresont reduits puisque l’equipe peut travailler plus vite.

Economies de tubes : chaque mesure avec les tubes coute. Ces couts ont bien sur dis-paru lors de la mise en service des detecteurs a capteur a semiconducteurs

En outre, bien sur, la satisfaction au travail du personnel des equipes d’interventions’est amelioree, puisque le port de respirateurs est tres deplaisant.


10.5. MESURE DE L’OZONE DANS L’EAU

10.5. Mesure de l’ozone dans l’eau

10.5.1. Methodes disponibles

Pour la mesure de l’ozone dans l’eau, les methodes a disposition sont :

• Colorimetrie• Mesure du potentiel Redox• Sonde electrochimique• Capteurs a semiconducteurs• Analyseurs d’ozone (absorption d’U.V.)

10.5.2. Colorimetrie

La methodes est connue sous le nom de methode indigo et a ete developpee en Suisse(EAWAG). En pratique, l’on utilise des kits disponibles aupres des fournisseurs demateriel de laboratoire. Le resultat est obtenu soit par un photometre, soit en comparantla couleur de la solution avec des couleurs de reference sur un disque. La methode estprecise, et sert de reference aux autres methodes de mesure. Par contre, elle n’est passimple a mettre en œuvre pour des personnes qui n’ont pas une formation de laborantinou de chimiste. L’utilisation de la methode par comparaison visuelle des couleurs estaussi limitee par la qualite de la vue de l’operateur et donc inutilisable par environ 20%de la population. En outre les mesures sont assez couteuse, puisque l’on consomme dureactif.

10.5.3. Mesure du potentiel Redox

L’ozone etant un oxydant puissant, le potentiel Redox de l’eau varie en fonction de laconcentration de celui-ci. Comme il existe sur le marche un grand choix d’appareils demesure du potentiel redox, il est envisageable de les utiliser pour la mesure de l’ozone.Le defaut principal de la methodes est que des variations de la qualite de l’eau faussentla mesure : la methode n’est donc applicable que si la qualite de l’eau reste constante. Enoutre, a la mise en servie de l’installation il fut etalonner la mesure redox : en pratique, ilfaut proceder a une serie de mesures avec une autre methode (analyseur ou colorimetrie,par exemple) pour tracer une courbe donnant la concentration d’ozone en fonction dupotentiel redox pour l’eau que l’on traite.

10.5.4. Sondes electrochimiques

Les sondes electrochimiques contiennent un electrolyte, separe de l’eau par une mem-brane selective. L’on mesure un courant electrique entre deux electrodes placees de partet d’autre de la membrane. La mesure est beaucoup plus precise que avec une sondeRedox, mais la duree de vie de la membrane est limitee, et en general la plage de mesurede ces sondes est limitee.



10.5.5. Capteurs a semiconducteurs

Un premier detecteur d’ozone dissous utilisant un capteur a semiconducteur pour lamesure de l’ozone dissous est arrive sur le marche fin 2001. Cet appareil ne permet demesurer que l’ozone contenu dans un echantillon et ne permet pas des mesures en ligne[29].

Fig. 10.19.: Detecteur d’ozone dissous a capteur a semiconducteur. Photo : ozone.ch

10.5.6. Analyseurs d’ozone

Les analyseurs d’ozone utilisent l’absorption du rayonnement U.V. selon la loi de Beer-Lambert, expliquee a la page 92, pour mesurer la concentration d’ozone dans l’eau. Ilexiste deux type d’analyseurs pour la mesure de l’ozone dissous dans l’eau :

Analyseurs a mesure directe dans l’eau : Un tel analyseur est visible sur la figure10.21. Dans ces appareils, un rayon U.V. traverse une longueur connue d’eau conte-nant de l’ozone. L’absorption du rayonnement U.V. donne la concentration d’ozone.

Analyseurs utilisant la loi de Henry : ces analyseurs utilisent une colonne de degazagepour extraire l’ozone de l’eau. La concentration d’ozone est mesuree dans l’air,et on en deduit la concentration d’ozone dans l’eau par la loi de Henry (voirparagraphe 10.3.2). Le principe de fonctionnement d’un tel analyseur est visiblesur la figure 10.20. L’avantage des analyseurs utilisant la loi de Henry est qu’ilspeuvent etre utilise aussi si l’eau est sale, alors que les appareils a mesure directedans l’eau sont en principe reserves a des applications sur de l’eau deja traitee.


10.5. MESURE DE L’OZONE DANS L’EAU

Fig. 10.20.: Principe de fonctionnement d’un analyseur d’ozone utilisant la loi de Henry.Dessin : InUSA Corporation

Fig. 10.21.: Analyseur d’ozone a mesure directe dans l’eau. Le capteur, a travers lequell’eau passe, est a droite sur la photo. Photo : InUSA Corporation


11. Selection d’une methode dedesinfection

11.1. Criteres de selection de la methode dedesinfection

On choisit un type de desinfection en tenant compte de plusieurs criteres :

11.1.1. Debit de l’installation

Pour de petites installations, l’investissement necessaire pour la chloration ou l’ozo-nisation rend ces methodes peu rentables. De plus, chloration et ozonisation necessitentdes connaissances techniques car on travaille avec des produits dangereux. On choisiradonc, pour des petites installations de preference la sterilisation U.V., qui est simple amettre en œuvre et economique. La microfiltration est economique pour les tres petitsdebits. Ils conviennent pour un usage irregulier. La microfiltration peut etre combinee ala sterilisation U.V..

11.1.2. Micro-organismes a eliminer

L’ozone est un oxydant puissant qui possede la plus large gamme d’application. Ilpossede une forte activite virulicide. De plus, il est aussi efficace contre les protozoaires,contrairement aux composes chlores. Les U.V. sont tres efficaces mais certaines algueset moisissures necessitent des doses d’exposition tres importantes. La microfiltration estinefficace contre les virus, car leur taille est plus petite que les pores du filtre.

11.1.3. Caracteristiques de l’eau en sortie

La microfiltration et la sterilisation U.V. n’ajoute aucun element exterieur a l’eau.Dans le cas des U.V., les produits issus de la lyse des bacteries changent legerement lacomposition de l’eau. L’ozone ajoute a l’eau change temporairement ses caracteristiquesmais il se decompose peu a peu en oxygene moleculaire. Le chlore laisse des derives dansl’eau, dont certains presentent un toxicite que l’on connaıt encore mal.

98

11.2. QUELQUES EXEMPLES

11.1.4. Intervalle entre traitement et consommation

Lorsque l’eau est traitee au niveau du consommateur, toutes les methodes sont appli-cables. Si l’eau doit par contre attendre avant d’etre consommee (reseau de distributionou reservoir), il faut que l’eau reste potable durant un certain temps. Dans ce cas, il fauteviter d’utiliser les U.V. car les bacteries peuvent redevenir actives dans certaines condi-tions, meme sans contamination exterieure. L’ozone et la microfiltration sont utilisables,pour autant qu’il n’y ait pas de contamination apres traitement. Le chlore possede uneffet remanent qui garantit une desinfection dans le reseau, jusqu’au point de consom-mation. C’est pourquoi le chlore est employe dans pratiquement tous les reseaux dedistribution d’eau potable.

11.2. Quelques exemples

11.2.1. Un systeme d’ozonisation compact et performant pourdebits a partir de 1 m3/h

L’ozone est produit a l’etat gazeux a partir d’air ou d’oxygene. Il faut ensuite ledissoudre dans l’eau, ce qui se fait traditionnellement en injectant des bulles dans lefond d’un bassin. Ce systeme est peu efficace et necessite beaucoup de place.

Il existe actuellement des systemes beaucoup plus petites et performants. Un systemecomplet d’ozonisation GDT tient par exemple sur une surface de 60 × 60 cm. Il estcompose d’une pompe, d’un injecteur Venturi, d’un reacteur, et du separateur cyclon.Il permet de dissoudre un grande quantite d’ozone dans l’eau en utilisant un mini-mum de place. La pression regnant dans le reacteur permet d’augmenter le transfertde l’ozone dans l’eau, par rapport a un systeme traditionnel qui fonctionne a pressionatmospherique. Il est ainsi possible de produire de l’eau avec une grande concentrationd’ozone, qui peut servir a desinfecter des canalisations, a nettoyer et desinfecter desdenrees alimentaires.

11.2.2. Une unite de potabilisation pour maison sans raccordementau reseau d’eau potable

Le systeme ideal consiste a associer un filtre combine particulaire (5 µm), qui elimineles particules de l’eau. On ajoute aussi un filtre a charbon actif , qui permet d’eliminerde l’eau les matieres organiques responsables du mauvais gout et des odeurs, Ensuite,on prevoit un sterilisateur U.V., qui elimine virus, bacteries et champignons. On obtientainsi un petite unite complete, avantageuse et simple d’utilisation qui garantit une eaude bonne qualite au consommateur.

Il est ainsi possible de potabiliser une eau de citerne, dans les endroits qui ne sontpas relie au reseau d’eau potable. Les eaux de citerne contiennent frequemment despoussieres, des bacteries fecales, des matieres organiques, issus du passage de l’eau depluie sur le toit et les chenaux.


CHAPITRE 11. SELECTION D’UNE METHODE DE DESINFECTION

Fig. 11.1.: Systeme compact d’ozonisation de l’eau [23]

Fig. 11.2.: Systeme de potabilisation d’eau de pluie pour maison isolee [23]


11.2. QUELQUES EXEMPLES

11.2.3. Un point d’eau potable dans un endroit qui n’est pas relieau reseau electrique

En associant des filtres successifs, on obtient un petit systeme de potabilisation quinecessite peu d’investissement. On prevoit un filtre particulaire (5 µm), un filtre a char-bon actif, et finalement un microfiltre en ceramique (0.2 µm) pour eliminer les bacteriesde l’eau.

11.2.4. Installation de chloration de l’eau

Le chlore est principalement utilise pour traiter l’eau potable municipale. Ces qualitesde remanence en font une tres bonne solution lorsque l’eau est achemine dans un systemede distribution, ou il existe des sources de contamination. En prevoyant une dose dechlore assez grande, on garantit une eau de qualite jusque chez le consommateur. Enprevoyant une desinfection initiale par l’ozone ou les U.V, puis en ajoutant une petitedose de chlore pour proteger l’eau dans le reseau de distribution, on arrive a diminuerles desavantages lies au chlore (mauvais gout, presence de derives chlores).

11.2.5. Eau ultrapure, micro-electronique

L’eau ultrapure est bacteriologiquement instable. Il faut donc imperativement la steriliser.De plus, les bacteries ont une taille suffisamment importante pour causer des taches surles Wafers. Pour l’eau ultrapure, l’on place donc generalement sur la boucle de dis-tribution un sterilisateur U.V. suivi d’un microfiltre a 0.2 µm. En outre, l’on procedea des sterilisations periodiques avec de l’eau ozonee. Souvent, l’on ajoute en plus unesterilisation au point d’utilisation par ultrafiltration ou microfiltration.


12. Les biofilms

12.1. Importance des biofilms

Plus de 99% des bacteries presentes dans un systemes de distribution d’eau sontdans des biofilms et ne flottent pas librement dans l’eau. Quand on fait un analysebacteriologique de l’eau d’eau, on detecte que du moins de 1% des bacteries presentesdans la conduite ou le systeme. Ces bacteries peuvent provenir de relargages du biofilm.

12.2. Qu’est-ce qu’un biofilm ?

On imagine en general les biofilms comme etant un simple entassement de bacteries surune surface. En fait, il s’agit de structures complexes dans lesquelles les micro-organismessont integres, et qui les protegent de la penetration de desinfectants [21].

Fig. 12.1.: Un biofilm. Le biofilm est forme de micro-organismes, mais aussi par unreseau de polymeres extra-cellulaires [21]

12.3. Les facteurs influencant la formation et ledeveloppement des biofilm

12.3.1. Temps

Les biofilms peuvent se former tres rapidement. Des experiences ont montre que desbacteries communes dans l’eau comme les pseudomonas aeruginosa peuvent adherer a

102

12.4. CONTROLE DES BIOFILMS

une surface d’acier inoxydable electropolie au bout de 30 secondes [21]. Toutefois, lestemps typiques de formation de biofilms sont plutot de l’ordre de quelques heures aquelques semaines. On en deduit qu’il est necessaire de mettre en place les barrieresantibacteriennes des la mise en service d’une installation. Il est illusoire de penser quel’on peut mettre en eau un systeme en esperant que au cours de quelques heures il n’yaura pas assez de passage de bacteries pour qu’un biofilm se forme.

12.3.2. Vitesse d’ecoulement

Meme si l’ecoulement est turbulent, il y a toujours une sous-couche laminaire dans lacouche limite de l’ecoulement, sous-couche dont l’epaisseur varie de quelques dizaines aquelques centaines de microns. Un rincage n’elimine pas le biofilm dans cette epaisseur.L’epaisseur de la sous-couche limite est en principe l’epaisseur maximum d’un biofilmclassique (forme essentiellement de bacteries). Les couches d’algues peuvent par contreatteindre des epaisseurs de plusieurs dizaines de cm. Il n’est pas inhabituel, en Suisse, ouune part importante de l’eau provient des lacs, de trouver des conduites de distributiond’eau demineralisee ou ultrapure completement obstruees par les algues. Si l’ecoulementdans une conduite est laminaire, rien n’empeche aussi un biofilm classique d’occuper aterme l’ensemble de la section dune conduite.

Il faut donc imperativement dimensionner les reseaux de distribution d’eau ultrapuresur la base d’un ecoulement turbulent. En premiere approximation, on planifie le systemeen prevoyant une vitesse d’ecoulement de a 1.7 a 2.3 m/s.

12.3.3. Espaces morts

Souvent l’on trouve des boucles de distribution avec une vitesse d’ecoulement elevees,mais des espaces morts : des Tes, des brusques changements de diametre, etc. Il estevident que ce genre d’espaces sans ecoulement turbulent seront le lieux ou se developperontdes biofilms.

12.3.4. Barrieres antibacteriennes

Il est clair que le biofilm ne peut commencer a se developper que si des bacteriesarrivent dans le systeme. La presence d’une barriere antibacterienne comme un osmoseur,ou un sterilisateur U.V. peut fortement retarder l’apparition, puis le developpement dubiofilm. Les reseaux d’eau demineralisee alimentes par de l’eau demineralisee uniquementpar echange d’ions ne sont pas munis de barriere contre les bacteries : le developpementde biofilms est donc favorise.

12.4. Controle des biofilms

La figure 12.2 montre que la vitesse de penetration du chlore dans un biofilm est lente :dans l’experience a laquelle cette image se refere, le chlore avait penetre seulement de


CHAPITRE 12. LES BIOFILMS

100 µm a l’interieur du biofilm. ces experiences confirment ce qui avait ete observe dansla pratique : la destruction de biofilms avec du chlore (en pratique de l’eau de javel) prendau moins 8 heures, et generalement plus. C’est ce qui se pratique lors de l’installation desterilisateurs U.V. comme barrieres contre les Legionelles. Il semble aussi, d’apres l’etatactuel des connaissances, le temps de contact a plus d’importance pour la destructionde biofilms que la concentration, et les temps de contact doivent etre tres longs.

Fig. 12.2.: Controle de biofilms [21]

Le processus de destruction de biofilm devrait etre beaucoup plus rapide avec l’ozone :cela semble logique, puisque les temps de contact pour la desinfection de l’eau sontaussi beaucoup plus courts avec l’ozone. Cette observation est confirmee par la pratiqueindustrielle, mais doit etre confirmee par la recherche.

12.5. Desinfection d’installations lors de l’installationd’un sterilisateur U.V

La procedure de desinfection ci-dessous est tire de [35]. Elle n’est pas demontree scien-tifiquement, c’est a dire qu’elle ne s’appuie pas sur une recherche systematique avecanalyses des biofilms, mais est basee sur des experiences pratiques et sur la litteraturepubliee concernant les biofilms. On ne peut pas surestimer l’importance du temps decontact, autrement du temps de residence de l’eau chloree dans les conduites.


12.5. DESINFECTION D’INSTALLATIONS LORS DE L’INSTALLATION D’UNSTERILISATEUR U.V

Procedure a suivre

Si une installation est desinfectee pour la premiere fois, et a 10 ans ou plus, l’onconseille de repeter l’operation apres environ 48 heures. Le risque qu’une odeur apparaisseet persiste plusieurs jours est plus eleve avec une installation ancienne.

Il est possible, dans des cas rares et surtout dans les installations anciennes, queapres la desinfection une odeur desagreable persiste dans l’eau pendant quelques joursa environ 2 semaines. Cette odeur n’est pas dangereuse pour la sante.

1. Eteindre le sterilisateur U.V.

2. Fermer la vanne du corps de l’un des prefiltres (ou du prefiltre).

3. Ouvrir le (ou un) prefiltre. Enlever la cartouche. Remplir la coupe d’eau de javelpuis la remonter et ouvrir la vanne du prefiltre1

4. Faire couler de l’eau a chaque robinet et douche jusqu’a ce que l’odeur de chloresoit perceptible a chaque robinet. Repeter les points 2 et 3 si necessaire, jusqu’aenviron 4-5 fois.

5. Laisser reposer 10 heures (minimum 8 heures) sans consommer d’eau2

6. Remonter la cartouche filtrante (fermer la vanne du corps de filtre, ouvrir le corpsde filtre, inserer la cartouche filtrante, refermer le corps de filtre, ouvrir la vannedu corps de filtre

7. Remettre en marche le sterilisateur U.V.

8. Rincer l’installation (ouvrir les robinets) jusqu’a ce que l’odeur de chlore disparaisse

L’eau est maintenant potable.

12.5.1. Un cas particulier : les boucles de distribution d’eauultrapure

Les boucles de distributions habituellement employees dans l’industrie pharmaceu-tique et en microelectronique constituent un cas particulier car d’une part la qualited’eau requise interdit l’utilisation du chlore et d’autre part les exigence en matiere demicrobiologie sont particulierement elevees.

D’apres les paragraphes precedents, il apparaıt qu’il est pratiquement impossible dese debarrasser completement des biofilms dans les conduites. On peut tout de memereduire fortement leur relargage des bacteries, donc reduire leur etendue, leur volume,leur epaisseur, avec des mesures pratiques. Il n’y a pas de normes particulieres pourles boucles de distribution d’eau ultrapure. Les directives suivantes sont utilisables enpratique [34] :

1Cette procedure est citee telle quelle de [35]. Elle aboutit a un surdosage de chlore, ce qui n’estgeneralement pas un probleme pour les petites installations. Pour une grande installation (plusieursm3 de conduites), il est bien sur preferable d’utiliser une pompe a injection pour doser le chlore

2Certains recommandent plutot 24 a 48 heures


CHAPITRE 12. LES BIOFILMS

Frequence :

Il est habituel de desinfecter les boucles de distribution d’eau ultrapure au moinsune fois par an avec de l’eau oxygenee ou de l’ozone, et plus souvent si des bacteriessont detectees dans l’eau. Le chlore n’est pratiquement plus employe, essentiellementen raison de son pouvoir desinfectant trop faible face aux biofilms, et de ses produitsderives. Quel que soit le produit utilise, il faut purger la boucle apres desinfection.

Concentrations et durees :

Avec l’eau oxygenee, il est usuel d’utiliser des concentrations tres elevees, de l’ordrede 5%, et de faire circuler l’eau contenant le peroxyde d’hydrogene pendant 12 heures.Il faut donc diluer d’un facteur 6 l’eau oxygenee commerciale

L’ozone etant un desinfectant beaucoup plus puissant, il est usuel d’utiliser une concen-tration entre 0.4 et 2.0 ppm, et de faire circuler l’eau ozonee pendant 2 a 6 heures

Il faut imperativement verifier que les materiaux des conduites de votre boucle sontresistants au desinfectant que vous voulez employer. Un probleme frequent est celui posepar l’ABS : les fournisseurs de systemes de tuyauteries et les installateurs sanitairestendent a promouvoir l’ABS comme alternative au PVC. L’ABS presente l’avantaged’une plus grande resistance aux chocs, et l’avantage theorique3 de ne pas degager duchlore en cas d’incendie, mais il n’est pas resistant a l’ozone. Choisir l’ABS, c’est doncrenoncer au plus puissant des moyens de controle des biofilms.

Materiel a utiliser

Eau oxygenee : en general on peut employer le reservoir-tampon de la boucle pourpreparer la solution. Si ce n’est pas le cas, ou si l’on ne veut desinfecter que unepartie de la boucle, utiliser une unite de desincrustation

Ozone : Utilisez une unite de production d’eau ozonee mobile ou fixe

Precautions a prendre :

Prevoir des by-pass pour tout element de la boucle ne supportant pas le desinfectantemploye. Les resines echangeuses d’ions doivent toujours etre by-passees.

12.6. Biofilms et corrosion

La figure 12.3 montre comment le biofilm, grace a la diversite des bacteries qu’ilcontient, peut constituer une veritable pile electrochimique et causer la corrosion deconduites. L’augmentation de la rugosite des conduites par la corrosion aboutit a des

3Avantage purement theorique, parce que en pratique l’on trouve des materiaux en plastiques contenantdu chlore dans les constructions dans des elements tels que isolations, cadres de fenetres, etc. quirepresentent des quantites de plastique generalement beaucoup plus importantes que l’ensemble desconduites d’eau


12.6. BIOFILMS ET CORROSION

couches limites laminaires plus epaisses, ce qui favorise encore la croissance des biofilms.L’utilisation de conduites en materiaux autres que plastiques ou acier inoxydable estdonc a proscrire.

Fig. 12.3.: La corrosion favorisee par les biofilms. Principe [21]


13. L’eau ozonee

13.1. Pourquoi l’eau ozonee ?

L’eau ozonee est un desinfectant trop peu connu, mais qui gagne en popularite dansl’industrie depuis quelques annees. Les motifs de ces gains en popularite sont essentiel-lement :

La possibilite technique donnee par les generateurs a haute concentration

La recherche de substituts du chlore , le chlore restant un produit dangereux a sto-cker et a manipuler

Avantages :

Les avantages de l’ozone comme substitut du chlore ont etes discutes au chapitre 10.

• Desinfectant puissant• Ne laisse pas de residus• Pas de stockage

Lorsque l’on parle d’eau ozonee, l’on parle de concentrations d’ozone beaucoup pluselevees que lors d’applications de desinfection de l’eau : alors que pour la desinfectionde l’eau on emploie des dosages pouvant atteindre dosage 2 a 3 g/m3, on parle d’eauozonee pour des concentrations d’ozone de l’ordre de 10 a 15 g/m3, voire 20 g/m3. L’eauozonee est un desinfectant puissant, produit sur place a cout reduit, et, etant donne quel’ozone est instable, elle ne pose pas de problemes pour son elimination apres utilisation.Elle est donc la solution pour toutes les situations ou l’on veut desinfecter sans laisserde traces.

13.2. Applications

Ozonisation de l’eau Flux partiel : on utilise une partie de l’eau pour produire undesinfectant qu’on melange avec le reste de l’eau

Lavage de pieces metalliques

Lavage de Wafers : en microelectronique : important car une bacterie est une particule

Lavage de reservoirs, conduites : controle des biofilms (voir page 102)

108

13.3. SECURITE LORS DE L’EMPLOI D’EAU OZONEE

Lavage de bouteilles, futs, murs et sols de caves : ces applications gagnent de l’im-portance dans l’industrie du vin, qui a pouratnt une reputation de conservatisme.Ceux qui visitent les caveaux a Napa, en Californie, sont generalement surpris nene pas voir de champignons sur les murs des caves, caves ou l’on ne sent pas dutout l’odeur caractetistiques de ces pieces humides en sous-sol : le motif en est quea Napa l’utilisation de l’eau ozonee pour le nettoyage des caves s’est generalisedeja a la fin des anneess 1990. Les resultats sont des caves plus propres, et deseconomies importantes, en particulier au niveau des futs : avant l’introduction del’eau ozonee, l’on jetait 14 a 13 des futs chaque anneee : on peut desormais ensauver le 100% grace au lavage avec l’eau ozonee

Lavage de legumes, fruits, poissons

Production de glace ozonee employee pour la conservation d’aliments

Fig. 13.1.: Systeme portable de production d’eau ozonee [23]

13.3. Securite lors de l’emploi d’eau ozonee

13.3.1. Problemes specifiques a l’utilisation d’eau ozonee

Par rapport a une installation classique d’ozonisation de l’eau, une installation deproduction d’eau ozone pose des problemes specifiques :

• Il y a inevitablement des personnes a proximite de l’eau ozonee• On utilise des concentrations d’ozone elevees

Les effets de l’ozone sur l’organisme humain sont decrits dans la section suivante.


CHAPITRE 13. L’EAU OZONEE

Fig. 13.2.: Systeme pour refroidissement a l’eau (Hydrocooling) de viande de poulet,avec eau ozonee. Image : GDT Corporation [23]

13.3.2. Effets de l’ozone

L’ozone est moins dangereux que le chlore, puisque on ne le stocke pas. Il resteneanmoins un gaz irritant et toxique, donc il faut etre conscient des risques d’une expo-sition a l’ozone. Ceux-ci sont decrits dans le tableau 13.3.2.

13.3.3. Les mesures de precaution

Pour utiliser l’eau ozonee sans danger, il faut prendre des precautions :

Materiaux resistants a l’ozone : cet aspect semble evident, mais est souvent neglige.Il est critique surtout pour la phase gazeuse1

Detecteur d’ozone controlant l’air en continu : de tels detecteurs sont aujourd’huibon marche2

1Voir page 77 pour une liste de materiaux resistants a l’ozone2L’on recontre souvent des installations industrielles sans detecteurs d’ozone surveillant l’air ambiant :


13.3. SECURITE LORS DE L’EMPLOI D’EAU OZONEE

Concentration Effet0.01 a 0.04 ppm Odeuren-dessous de 0.05 ppm Aucun danger (consensus)0.1 ppm Legeres irritationsplus de 0.1 ppm, exposition prolongee Maux de tete,

fonction pulmonaire affecteesi activite physique (reversible)

< 0.6 ppm, 2 heures Fonction pulmonaire affectee1.5 ppm, 2 heures Toux seche, douleurs dans la cage thoracique9 ppm, intermittent Faculte de discernement affecteedes 10 ppm Pneumonie grave, danger de mort,

perte de conscience des env. 15 min.

Tab. 13.1.: Effets de l’ozone sur la sante humaine

Transfert de masse efficace : avec un systeme Venturi-Reacteur-Cyclon, l’on dissousfacilement plus de 95% d’ozone. Il ne faut donc pas accepter des systemes avec desefficacites de transfert de masse plus faible.

Separation des phases avant utilisation : si l’on ne fait pas cette separation, l’onaura des bulles de gaz au niveau du bac ou de l’appareil de lavage. Cela posera desproblemes de securite pour le personnel. Bulles d’ozone dans l’eau et humains sonttout simplement incompatibles. Dans les contacteurs municipaux, personne n’esta cote du bassin, l’on peut donc avoir des bulles d’ozone dans l’eau. Lorsque l’onproduit de l’eau ozonee pour le lavage, il est essentiel de prevoir un cyclon pourl’extraction des bulles de gaz

Controle de la phase gazeuse : le gaz contenant l’ozone residuel doit etre conduit atravers un destructeur catalytique d’ozone residuel

Destruction de l’ozone residuel en phase liquide : imperatif, sinon on detruit les conduitesd’eau usee, qui en general ne sont pas resistantes a l’ozone. Cette destruction peutse faire avec un simple filtre au charbon actif.

Sortie azote du concentrateur d’oxygene dans la meme piece : une erreur aussi clas-sique que dangereuse consiste a placer le concentrateur d’oxygene dans une pieceseparee de celle ou a lieu le lavage. Avec le temps, la concentration d’oxygene dansl’air augmente dans le local de lavage. Cela augmente le risque d’incendie, et peutcauser des symptomes semblables a l’ivresse chez les operateurs

Aeration appropriee de la piece : c’est a dire avec une sortie en bas, puisque l’ozoneest plus lourd que l’air.

le fait qu’une entreprise ou une collectivite prefere mettre en danger la vie de ces collaborateurs qu’in-vestir une somme de l’ordre du millier de francs suisses pour les proteger est d’autant plus difficile acomprendre que le prix de tels detecteurs ne represente qu’un pourcentage faible de l’investissementtotal.


14. La distillation

14.1. Applications

La distillation de l’eau est une tres vieille methode de traitement de l’eau, qui remontea l’antiquite. De nos jours, elle est de moins en moins utilisee, essentiellement pour pourdes raisons de cout. La consommation electrique est elevee, ce qui signifie que les couts defonctionnement sont tres eleves. Et l’investissement est important pour les installationsde taille significative. Aujourd’hui, cette methode n’est plus utilisee que dans l’industriepharmaceutique et les laboratoires. La distillation reste la methode pour la productiondes injectables : les normes europeennes exigent que lors de la production d’eau pourinjectables la derniere etape de traitement soit la distillation.

Hors industrie pharmaceutique, l’on trouve des distillateurs dans les laboratoires : unpetit distillateur alimente en eau potable represente un investissement limite — moinsde 5’000.00 Francs suisses en general . La maintenance de ces appareil est simple, ce quifait qu’ils sont interessants si l’on consomme peu d’eau.

14.2. Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement de la distillation est tres simple : l’on fait evaporerl’eau, puis on la condense. L’eau est en meme temps demineralisee et desinfectee.

Generalement les distillateurs sont des appareils assez fragiles, employes pratiquementuniquement en laboratoire et dans l’industrie pharmaceutique.

14.3. Qualite de l’eau distillee

Souvent l’on imagine que l’eau distillee represente le nec plus ultra de l’eau purifiee.Cela n’est pas le cas. Une serie de facteurs influencent la qualite de l’eau distillee :

Chicanes, elements de coalescence : ces elements permettent de reduire la quantitede gouttelettes entraınees avec la vapeur. Les distillateurs ne donnent pas tous lameme qualite d’eau.

La vitesse verticale de la vapeur est determinante pour la qualite de l’eau produite :une vitesse basse reduit la quantite de particules et autres impuretes entraıneespar la vapeur, ce qui permet d’obtenir de l’eau de meilleure qualite.

112

14.3. QUALITE DE L’EAU DISTILLEE

Fig. 14.1.: Schema de principe d’un distillateur [9]

Materiaux de construction : les verre est employe pour les distillateur en laboratoirelaboratoire. La production d’eau pour injectables presuppose l’emploi d’acier in-oxydable.

La distillation est populaire dans l’industrie pharmaceutique car elle reste le meilleurmoyen d’eliminer les pyrogenes.

Qualites d’eau atteignables

Eau d’alimentation Vitesse Resistivite distillat MΩ/cmPotable Basse 0.5 a 1.0Potable Elevee A eviterDemineralisee Basse 4 a 18.3Demineralisee Elevee 2 a 18.3


CHAPITRE 14. LA DISTILLATION

Les distillateurs a basse vitesse permettent d’obtenir l’eau distillee sans demineraliseravant. Les qualites d’eau produites restent assez loin de l’eau a 18 MΩ/cm (max theorique18.3 MΩ/cm) requise par l’industrie microelectronique.

14.4. Solutions pour reduire la consommation d’energie

Il y a deux technologies pour reduire la consommation d’energie des distillateurs :• La thermocompression• L’utilisation d’effets multiples

14.4.1. Effets multiples

L’energe consommee par un distillateur diminue lorsque le nombre d’effets augmenteselon l’equation suivante :

Energie =K

N(14.1)

Dans laquelle :• L’Energie : souvent donnee en kg de vapeur par kg de condensat• K est une constante qui depend du distillateur, dont la valeur est de l’ordre de 1.1

a 1.2.• N est nombre d’effets du distillateur

Economie d’energie :

Nombre d’effets Energie1 100%2 55%3 39%4 32%

14.4.2. Thermocompression

Cette methode n’est pratiquement plus employee que pour les applications de distil-lation de l’eau de mer. Elle n’est economique que pour de tres grands debits. Nous nel’etudierons donc pas en detail ici.

14.5. Limites de la distillation

L’eau pure etant tres corrosive, le choix de materiaux de construction est limite. Enpratique, l’on trouve des distillateurs en acier inoxydable et en titane. Dans l’industrie


14.5. LIMITES DE LA DISTILLATION

Fig. 14.2.: Principe de la thermocompression [2]

pharmaceutique, ou le souci primordial est la croissance des bacteries, l’on emploie l’acierinoxydable. La necessite d’employer du metal limite l’emploi de la distillation. En effet,il est impossible de produire de l’eau destinee a l’industrie microelectronique en utilisantdes appareils en metal. Il faudrait utiliser du plastique inerte come le Teflon, ce quien pratique n’est pas possible. Cela explique que l’on n’utilise pas la distillation enmicroelectronique.


15. Procedes par echange d’ions

15.1. Introduction a l’echange d’ion

Le terme echange d’ions regroupe un ensemble de technologie assez diverses, qui ontpour point commun d’utiliser des resines qui ont la propriete d’avoir des adhesionspreferentielles connues : un ion adhere plus ou moins a la resine : cette propriete permetde construire des systemes ou l’on echange des ions contre d’autres de maniere ciblee afinde changer la propriete de l’eau. Les ions que l’on veut relarguer dans l’eau sont apportesa la resine lors de la regeneration de celle-ci. Selon la resine et le produit regenerantchoisi, l’on obtient des systemes aux proprietes differentes :

Les adoucisseurs permettent d’enlever le calcium et le magnesium de l’eau

Les echangeurs d’ions proprement dits permettent de remplacer les ions present dansl’eau avec des ions H+ et OH−, ce qui permet de demineraliser l’eau.

Adhesion preferentielle a la resine echangeuse d’ions :

Cations AnionsFer Fe3+ Phosphate PO3−

4

Aluminium Al+3 Sulfate SO2−4

Calcium Ca2+ Nitrate NO−3

Magnesium Mg2+ Nitrite NO−2

Potassium K+ Chlorure Cl−

Sodium Na+ Bicarbonate HCO−3

Protons H+ Silice SiO2

Hydroxyde OH−

Les ions au debut de chaque liste adherent le plus a la resine. C’est cette adhesionpreferentielle qui permet aux echangeurs d’ions de demineraliser l’eau.

116

15.2. ADOUCISSEURS D’EAU

15.2. Adoucisseurs d’eau

Equations fondamentales

Adoucissement

2RNa + MgSO4 → R2Mg + Na2SO4 (15.1)

2RNa + Ca(HCO3)2 → R2Ca + 2NaHCO3 (15.2)

Regeneration

De l’eau salee (saumure) est amenee au contact de la resine echangeuse d’ions :

R2Ca + 2NaCl→ 2RNa + CaCl2 (15.3)

C’est la vanne multivoies (ou tete) de l’adoucisseur qui se charge des regenerationsperiodiques de la resine en aspirant de la saumure.

15.3. Demineralisation par echange d’ions

15.3.1. Equations fondamentales

Pour demineraliser l’eau, les echangeurs d’ions emploient 2 types de resine : anioniqueet cationique.

Cations

Demineralisation : la neutralite electrique doit etre respectee : les cations (+) sont rem-places par des ions hydrogene, alors que les anions (−) remplaces par des ions hydroxyde.Les ions hydrogene et hydroxyde reagissent et donnent de l’eau.

Dans la premiere etape de la demineralisation, les cations sont remplaces par des ionshydrogene : le ph de l’eau baisse.

RH + NaCl→ RNa + HCl (15.4)

2RH + CaSO4 → R2Ca + H2SO4 (15.5)

Regeneration : se fait avec de l’acide :

2X + H2SO4 → 2RH + X2SO4 (15.6)


CHAPITRE 15. PROCEDES PAR ECHANGE D’IONS

Fig. 15.1.: Schema de principe d’un adoucisseur

Anions

Demineralisation

ROH + HCl → RCl + H2O (15.7)

2ROH + H2SO4 → RSO2 + 2H2O (15.8)

Regeneration

RCl + NaOH → ROH + NaCl (15.9)


15.3. DEMINERALISATION PAR ECHANGE D’IONS

15.3.2. Regeneration des echangeurs d’ions a 2 lits

La regeneration peut se faire a co-courant ou a contre-courant. La regeneration acontre-courant donne une meilleure qualite d’eau et permet d’economiser jusqu’a 10%de regenerant (a dosage eleve).

15.3.3. Echangeur d’ions a lit melange

Dans un echanger d’ions a lit melange, les 2 resines sont melangees dans une seulecolonne. Le systeme de regeneration de la resine est plus complexe. Par contre, la qualitede l’eau obtenue est meilleure.

15.3.4. Pourquoi l’eau est-elle meilleure apres un lit melangequ’apres un deux-lits ?

Les reactions d’echange d’ions sont des reactions a equilibre. Les substances ne reagissentpas completement, mais seulement jusqu’au point d’equilibre entre la deionisation et laregeneration. Durant la deionisation, la resine echangeuse de cations libere de l’acide.Dans un echangeur a 2 lits, cet acide est a disposition pour la reaction en sens inverse(regeneration). Dans un lit melange, l’acide liberee est tout de suite neutralise et enlevepar une boule de resine echangeuse d’anions a proximite. De meme, la soude produitepar la resine anionique est tout de suite neutralisee et enlevee par une boule de resinecationique a proximite. Donc, dans un lit melange, la contre-reaction ne se produit pas, adefaut de reactants. L’equilibre n’est pas atteint avant la deionisation presque completede l’eau. Du point de vue conceptuel, un lit melange peut aussi etre decrit comme uneserie infinie d’echangeurs a deux lits.

15.3.5. Regeneration

Etant donne que deux resines l’une devant etre regeeneree avec de la soude et l’autreavec de l’acide sont melangees, la regeneration d’un echangeur d’ions a lit melange estune operation plus delicates que la regeneration d’echangeurs a 2 lits. La duree d’unesequence de regeneration et aussi plus longue : de l’ordre de 4 heures, contre environ 2pour un echangeur a 2 lits et moins de 2 heures pour un adoucisseur.

Phases de la regeneration d’un lit melange

1. Retrolavage : enleve les particules et permet la stratification des resines

2. Adjonction de soude sur toute la resine : cette operation augmente la difference dedensite entre les deux resines

3. Retrolavage : permet de peaufiner la stratification des resines

4. Adjonction de soude et d’acide, avec sortie a mi hauteur, a la limite entre les deuxresines


CHAPITRE 15. PROCEDES PAR ECHANGE D’IONS

5. Lavage, avec sortie a mi hauteur, a la limite entre les deux resines

6. Melange de la resine avec de l’air comprime

7. Lavage co-courant pour stabiliser la resine

8. Remise en service

Certains fabricants proposent des variantes de ce cycle.

15.4. Calcul des echangeurs d’ions

15.4.1. Principes generaux

Le calcul d’un echangeur d’ions se base sur 2 parametres :

• Le debit maximum• La capacite necessaire entre deux regenerations

Le debit determine une section ou un volume minimum de resine, alors que la capacitedetermine le volume minimum de la resine. La capacite de la resine et les debits sur-faciques maximum admissibles sont donnes par fabricants de resine. Il est raisonnablede demander aux fournisseurs la fiche de specification du fabricant de la resine, et deverifier que l’echangeur d’ions a ete dimensionne en conformite avec les specifications dufournisseur de resine.

15.4.2. Qualite de l’eau obtenue par echange d’ions

La qualite de l’eau que l’on peut obtenir en aval d’un echangeur d’ions depend dutype d’echangeur :

Adoucisseur : 0 a 5 ppm de calcium comme CaCO3

Echangeur d’ions, 2 lits : 1% de salinite residuelle pour co-courant. Contre-courantjusqu’a 1 MΩ

Echangeur d’ions, lits melage : un echangeur permet d’atteindre une resistivite del’eau de 1 a 15 MΩ. L’emploi d’un deuxieme echangeur a lit melange en avalpermet de depasser les 18 MΩ.


16. Les antitartres electromagnetiques

16.1. Passions et polemique

Il est impossible de mentionner les antitartres electromagnetiques a un praticien dutraitement de l’eau sans declencher les passions les plus vives. Alors que certains lancentdes regards incredules a celui qui explique qu’il utilise un adoucisseur — Vous utilisezencore les adoucisseurs ? m’a lance une fois un entousiaste des antitartres alors quenous discutions de l’alimentation d’une chaudiere a vapeur — alors que les detracteursde ces appareils aiment se lancer dans de longues diatribes sur l’impossibilite physiquedu fonctionnement des antitartres. Le nombre d’etudes publiees sur ces appareils estbeaucoup moins important que pour d’autres technologies de traitement de l’eau. D’apres[17], cela peut s’expliquer en partie par le fait que cette technologie fut initialementdevveloppee surtout en Russie, et en Occident l’on tend a etre sceptique concernanttoute technologie provenant de l’Est. Pourtant plusieurs etudes ont montre l’efficacitede ces appareils depuis les annees 1950 [31] [32]. Plusieurs etudes ont etes publiees aucours des annees 1990 concernant l’utilisation des antitratres electromagnetiques pourles eaux usees [17] [30]. D’autre part il y a aussi des etudes realisees sur des bancs d’essaiqui ont montre que les antitartres testes n’avaient aucun effet sur l’eau, comme parexemple [33].

16.2. Principe de fonctionnement

Ces appareils permettent la stabilisation du calcium dans l’eau, du moins d’apres ceuxqui les proposent. L’explication ci-dessous est tiree de la documentation d’un fabricant1

Sous l’effet d’un champs electromagnetique induit, des microcristaux de car-bonate de calcium sont formes et restes en suspension dans l’eau.

Les appareils antitartres electroniques, procede RIMEAU, provoquent, sousl’effet d’un champ electrique impulsionnel induit, la collision des ions Ca+

2

et CO−3 presents dans les eaux calcifiantes, la formation de microcristaux de

carbonate de calcium CaCO3. Ceux-ci ainsi formes, restent en suspensiondans la veine d’eau et se comportent en ”germes de cristallisation” fixantd’autres ions encore libres. Ainsi ces germes grossissent en aval de l’appareil

1RIME SA, Chabeuil, France

121

CHAPITRE 16. LES ANTITARTRES ELECTROMAGNETIQUES

durant leur sejour dans les canalisations. Ils n’ont aucune tendance a s’in-cruster ni dans les canalisations, ni dans les installations ni dans les appareilsa proteger.

1. Une fois l’eau traitee, les ions Ca++ et HCO−3 se fixent preferentiellement

sur les germes de CaCO3 generes par l’appareil, au lieu de former denouveaux cristaux sur les parois des canalisations (ou des phenomeneselectrochimiques peuvent conduire a une elevation locale de pH de l’eau,la rendant ainsi tres fortement entartrante). Les installations sont doncprotegees contre de nouveaux depots de calcaire incrustant, et les mi-crocristaux seront vehicules a travers l’installation jusqu’a leur sortielors de soutirages

2. Un detartrage general de toutes les parois metalliques est induit par cesappareils qui detachent le calcaire incruste sur les vieilles installationsn’ayant pas ete protegees. Cette action est progressive ; il demeure ce-pendant un fin voile blanchatre protecteur constitue d’ions positifs natu-rellement attires par les parois metalliques (a caractere electronegatif).Ce voile isole et rend electropositive la paroi en contact avec l’eau. Cecicontribue a la longevite de l’installation en limitant les effets de la cor-rosion.

Description

Une serie de bobinages moules autour de la chambre de traitement dans la-quelle circule l’eau a traiter recoit en permanence des impulsions electriquesdelivrees par le generateur electronique, a une tension et une frequencedeterminees. Un champ impulsionnel se trouve ainsi transmis par inductiondans la veine d’eau a traiter.

Ce traitement agit sans electrolyse puisqu’il n’y a pas de courant dans la veined’eau. Une energie optimale est ainsi transmise aux particules dissoutes quisont porteuses d’une charge electrique a l’etat naturel (Ca++, CO−−

3 ).

A chaque impulsion de traitement est opposee une impulsion d’autonettoyagequi garantie l’absence de tout depot dans la chambre de traitement, ce quiassure le fonctionnement sans entretien et sans visite periodique.

16.3. Limitations d’emploi

Le principal defaut des antitartres electromagnetiques est l’impossibilite de verifier demaniere sure et simple si ils fonctionnent reellement : on ne peut pas simplement mesurerla durete de l’eau sortant de l’appareil, comme avec un adoucisseur. On ne peut que lesemployer dans les situations ou une precipitation de calcaire n’aura pas de consequencescatastrophiques.


16.3. LIMITATIONS D’EMPLOI

Fig. 16.1.: Antitartre electromagnetique. Image : RIME SA


17. Electrodeionisation

17.1. Principe

L’electrodeionisation est pratiquement l’inverse de l’osmose inverse. Des electrodesattirent les ions a travers des membranes. Il y aussi un concentrat, comme pour l’osmoseinverse, mais peu (5-10%). La qualite d’eau obtenue est excellente : meilleure que celleobtenue avec un echangeur a deux lits, mais pas tout a fait aussi bonne que avec un litmelange.

Fig. 17.1.: Principe de l’electrodeionisation. Image : E-Cell Corporation

La figure 17.1 illustre le fonctionnement de l’electrodeionisation :

1. L’eau d’alimentation est distribuee dans les differentes cellules

2. Une difference de potentiel electrique est appliquee a travers la cellule. Des moleculesd’eau presentes dans la chambre ”D” sont separee en ions hydrogene et ions hy-droxyle

124

17.2. AVANTAGES ET DESAVANTAGES

3. Les ions hydrogene et hydroxyle sont amenes par force electrostatique dans lachambre ”C”. La production continuelle de ces ions regenere en continu les lits deresine echangeuse

4. Les ions presents dans l’eau sont absorbes par la resine echangeuse d’ions et migrentdans la chambre ”C”.

5. Dans la chambre ”C”, les ions hydrogene et hydroxyle se combinent pour formerde l’eau

6. 90% a 95% de l’eau entrant dans la cellule sort de la cellule a travers la chambre”D” sous forme d’eau demineralisee

7. Le concentrat est recircule, comme souvent dans les osmoseurs

8. le concentrat peut etre reinjecte en debut de chaıne de traitement

Fig. 17.2.: Principe de l’electrodeionisation explique par un client de E-Cell. Image :Osmonics

17.2. Avantages et desavantages

17.2.1. Principaux avantages

Compare a un systeme d’echange d’ions, l’electrodeionisation apporte les avantagessuivants :

Elimine le besoin d’acide et soude : il n’y a pas a regenerer de resines comme avec unechangeur d’ions

Fonctionnement continu : pas d’interruptions pour les regenerations


CHAPITRE 17. ELECTRODEIONISATION

Fig. 17.3.: Exemple d’elecrodeionisateur pour 6 m3/h. Dimensions 117 × 134 × 214cm. Puissance electrique maximum 68 kW. Image : E-Cell Corporation

17.2.2. Principaux desavantages

Consomme de l’eau en continu, environ 5 a 10% de l’eau d’alimentation. Cela est tou-jours beaucoup plus que la consommation d’eau lors de la regeneration de resinesd’un echangeur a lit melange.

N’arrete pas : silice, particules, bacteries, molecules organiques

Prix d’achat : a debit egal, un elecrodeionisateur coute environ 2 fois plus qu’un echangeurd’ions a lit melange

Remplacement des modules : il faut echanger les modules au bout de 3 a 5 ans. Partimportante du prix de l’appareil (variable)

Rechauffement de l’eau : un elecrodeionisateur chauffe l’eau de environ 2 a 3C. Celapeut constituer un probleme dans les installations sur des boucles de distribution :l’eau devient plus chaude, donc plus propice aux bacteries

Necessite de regler la conductivite : le principe de l’elecrodeionisateur fait qu’il fautque l’eau ait une certaine conductivite. Si l’on emploie de l’eau trop demineralisee,donc isolante, l’elecrodeionisateur ne peut fonctionner. Il faut donc regler la conduc-tivite de l’eau a une valeur donnee par le fournisseur des cellules1

1Le principal fabricant de cellules specifie une conductivite de l’eau en entree de environ 20 µS/cm


17.3. PROBLEMES RESULTANTS D’ASPECTS COMMERCIAUX

17.3. Problemes resultants d’aspects commerciaux

L’electrodeionisation fut longtemps un brevet de la societe US-Filter (Aujourd’huiintegree dans Vivendi Waters). Lorsque le brevet est tombe dans le domaine public audebut des annees 1990, plusieurs societes ont commence a produire des electrodeionisateurs.La technologie etant difficile a maıtriser, une seule societe a acquis une part de marcheimportante : il s’agit de E-Cell, filiale de General Electrics.

E-Cell produit essentiellement les cellules, laissant a des integrateurs le soin de construirela machine complete. Pour pouvoir proposer une machine avec une cellule E-Cell, l’integrateurdoit d’abord acheter une licence E-Cell et suivre une formation assez couteuse. Lesintegrateurs avec licence E-Cell sont donc tres motives a vendre un grande nombred’electrodeionisateurs, Cette situation cause aussi un autre probleme, que peu de clientsremarquent : l’eletronique de puissance d’un electrodeionisateur est tres complexe : laplupart des clients d’E-Cell achetent donc leur electronique de puissance aux USA, chezE-Cell. Cela peut poser un probleme en cas de pannes, puisque ces electrodeionisateurssont equipes de de composants d’electronique de puissance americains aux normes NEMA,que l’on ne trouve pas ou difficilement en Europe : la panne peut donc etre prolongeepar manque de pieces de rechange.

17.4. Etudes de cas

17.4.1. L’osmoseur instable

Convaincue par un fournisseur d’electrodeionisateurs, une societe qui alimentait sachaudiere a vapeur avec une chaıne de traitement qui comprenait un osmoseur suivid’un echangeur d’ions a lit melange a remplace ce dernier par un elecrodeionisateur. Aubout de quelques jours la qualite de l’eau a empire : la conductivite de l’eau augmen-tait, puis periodiquement s’ameliorait pour ensuite empirer. Somme de l’expliquer, lefournisseur de l’elecrodeionisateur a commence a noter la qualite de l’eau provenant del’osmoseur, et, constatant que la valeur de conductivite de l’eau mesuree variait entre 11et 13 µS/cm, le fournisseur a explique au client que le probleme etait du a l’osmoseurqui serait ”instable”. Il en suivi des echanges de correspondance assez houleux entre lefournisseur de l’osmoseur et l’utilisateur, puisque le fournisseur de l’osmoseur pretendaitque l’osmoseur fonctionnait et que d’une part les variations de conductivite etaient im-putables a la precision du conductivimetre et que d’autre part aucune specification nementionnait que l’osmoseur devait produire une eau dont les variations de conductivitedevaient etres inferieures au µS/cm.

Finalement, apres plusieurs mois, le fournisseur de l’elecrodeionisateur obtint du clientqu’il enleve l’osmoseur de l’autre fournisseur et le remplace par un osmoseur livre parle fournisseur de l’elecrodeionisateur. Cette operation representa un investissement deplusieurs dizaines de milliers de francs.

la qualite de l’eau produite par l’elecrodeionisateur continua a varier. Finalement, pourpouvoir continuer a faire fonctionner la chaudiere, le client changea la valeur de seuil


CHAPITRE 17. ELECTRODEIONISATION

de conductivite declenchant l’alarme ”conductivite” de l’alimentation de la chaudiere de1 µS/cm a 3 µS/cm.

17.4.2. Cellule mysterieuse

Une societe de microelectronique avait choisi l’electrodeionisation sur la base du coutd’investissement. Un fournisseur de materiel de traitement d’eau proposait un nou-vel elecrodeionisateur, avec des cellules d’electrodeionisation de fabrication propre. Aubout de 6 mois de fonctionnement, les cellules d’electrodeionisation se bloquerent. Audemontage, l’on constata qu’il s’agissait de depots organiques : la cellule fut remplacee.L’episode se repeta 4 fois a distance de 6 mois, apres quoi le fournisseur accusa l’utilisa-teur d’utiliser une eau ”speciale”2. Finalement, des mesures furent prises pour empecherque des bacteries penetrent dans l’elecrodeionisateur : un filtre 0.2 µm fut place a l’entreede l’appareil, qui pourtant etait place directement en aval d’un osmoseur. Environ 6 moisapres, la cellule dut a nouveau etre changee. Cette fois une cellule differente fut employee,et le probleme n’est plus reapparu depuis.

17.5. Situation actuelle

En l’etat actuel du marche et de la technologie, l’electrodeionisation est une solutioninteressante si

Le fournisseur de l’elecrodeionisateur fournit l’ensemble de l’installation : pour eviterles conflits entre fournisseurs du type de ceux decrits dans les etudes de cas ci-dessus

Il est impossible ou difficile de stocker des produits toxiques

Manque de place : l’elecrodeionisateur est moins encombrant en general qu’un echangeurd’ions equivalent, et en plus il n’est pas necessaire de prevoir un systeme de neu-tralisation des eaux de regeneration

2Il ne pouvait pas lui reprocher le dysfonctionnement de l’osmoseur, puisque c’est lui qui l’avait fourniaussi


18. Degazage

18.1. Applications

Il peut etre necessaire d’enlever de l’eau un ou plusieurs des gaz suivants :

• Gaz carbonique CO2

• Radon• Hydrogene sulfure H2S• Oxygene O2

En pratique, plus de 90% des applications de degazage dans l’industrie concernent leCO2.

18.2. La technologie traditionelle : le decarbonateur

18.2.1. Principe

Les decarbonateurs sont generalement de veritables zoos de bacteries.

18.2.2. Le dimensionnement des decarbonateurs

L’efficacite d’un decarbonateur est fonction de sa hauteur.

log c1 − log c2 = KH

Q(18.1)

Avec :

• c1 : concentration de CO2 a l’entree• c2 : concentration de CO2 a la sortie• H : hauteur• Q : debit d’eau• K : constante, depend de la construction de la colonne

En pratique, il s’agit generalement de colonnes de 3 a 4 m de hauteur.

129

CHAPITRE 18. DEGAZAGE

Fig. 18.1.: Schema de principe d’un decarbonateur [8]

18.3. Les nouvelles technologies de degazage

18.3.1. Principe de fonctionnement

L’utilisation de systemes d’aeration et de degazage bases sur les injecteurs Venturi segeneralise depuis la fin des annees 1990 [15].

Le principe de fonctionnement d’une combinaison Venturi - Reacteur - Cyclon utiliseepour le degazage est le suivant :

• Le Venturi melange les phases gazeuses et liquides en dispersant des bulles d’airdans un ecoulement d’eau fortement turbulent• Dans le reacteur, a lieu le transfert de masse des gaz ou produits volatiles indesirables

de la phase liquide (eau) a la phase gazeuse (bulles d’air). Le caractere turbulentde l’ecoulement de l’eau assure une repartition assez uniforme des gaz et produitsvolatiles indesirables dans chacune des deux phases, accelerant ainsi le transfert demasse• Le separateur cyclon separe les deux phases.

Ce principe est illustre par la figure 18.2.

Les avantages de la combinaison Venturi - Cyclon par rapport au systemes tradition-nels sont fondamentalement les memes que ceux illustres pour l’ozonisation : encom-brement reduit, investissement moins eleve, couts de maintenance plus faibles. L’aspectmaintenance est encore plus important pour les colonnes de degazage que pour l’ozonisa-tion. En effet, les problemes de croissances bacterielles sont relativement frequents dansles colonnes de degazage, alors qu’ils sont absents des combinaisons Venturi - Cyclon,


18.3. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES DE DEGAZAGE

Fig. 18.2.: Principe de fonctionnement d’une installation de degazage avec injecteurVenturi [15]

en raison du caractere turbulent de l’ecoulement.

18.3.2. Calcul

D’apres [15], l’efficacite d’un systeme de degazage utilisant un venturi est essentiel-lement une fonction du rapport entre le debit de gaz et le debit d’eau : plus celui-ciest eleve, plus l’efficacite est elevee. La courbe 18.3 permet de calculer l’efficacite del’enlevement du CO2 d’un tel systeme.

La temperature a aussi une influence sur l’efficacite des systemes de degazage, commecela est illustre par la courbe a la figure 18.4.

En pratique, lors de la specification d’un systeme de degazage, il faudra donc indiqueraux fournisseurs :

• Quel est le gaz dont il faut reduire la concentration• La concentration initiale du gaz• La concentration a atteindre• La temperature de l’eau a traiter


CHAPITRE 18. DEGAZAGE

Fig. 18.3.: Efficacite d’un systeme de degazage a Venturi [15]

Fig. 18.4.: Efficacite d’un systeme de degazage a Venturi pour l’elimination du radon[15]


Troisieme partie .

Conception et optimisation desystemes de purification de l’eau

133

19. Introduction

Cette partie traite des aspects pratiques concernant la conception d’installation etl’optimisation d’installations existantes. Nous aborderons les aspects suivants :

Methodologie : comment proceder pour la conception d’une installation

Deroulement d’un projet typique

Specifications : les points dont il faut tenir compte pour les differents elements dusysteme

Les possibilites d’optimisation d’une installation existante seront traites dans chapitresepare.

19.1. Deroulement du projet

La conception d’un systeme de traitement de l’eau est une demarche de conceptionde procede. Nous n’etudierons pas ici le detail de la conception de chaque element dusysteme de traitement d’eau – de l’osmoseur, par exemple – car ce travail sera fait parle fournisseur de l’appareil. Nous examinerons le processus de conception de la chaınede traitement du point de vue de l’utilisateur ou de l’integrateur de systeme. La plupartdes elements du systemes seront disponibles sur le marche, souvent comme produitsstandard sur catalogue.

134

19.2. DELAIS

19.2. Delais

Il est importants d’etre conscients de delais necessaires a la mise en place d’un systemede traitement de l’eau. Un tel systeme ne s’improvise pas. Mon experience est que cesdelais sont generalement sous-evalue : il en resulte des achats erratiques d’equipements,qui conduisent a la mise en service d’un systeme ne correspondant pas pleinement auxbesoins des utilisateurs.

Delais typiques :

Obtention des donnees de base : 4 a 8 semaines

Conception du procede : 2 a 3 semaines, y compris quelques iterations

Etablissement des specifications : quelques jours

Recherche des fournisseurs : 2 a 4 semaines

Obtention des offres : 2 a 4 semaines

Examen des offres, discussion des offres avec les fournisseurs : 2 a 4 semaines

Processus de decision interne a l’entreprise : variable

Delais de livraison 2 a 16 semaines

Mise en service : 1 semaine max., sauf pharmacie et microelectronique

En pratique, le delai total de mise en place d’un systeme de purification de l’eau estde l’ordre de 15 a 40 semaines. Notre experience est que le plus grand facteur de retardsest le processus de decision interne.

Nous avons aussi trop souvent fait l’experience d’utilisateurs qui imposent des delaistrop courts aux fournisseurs pour les offres : le resultat est que le client obtint trop peud’offres, ou des prix peu avantageux.

Recherche de fournisseurs : il ne faut pas craindre d’acheter du materiel etranger. Laplupart des fabricants de materiel ne sont pas en Suisse, et tous les fabricants suisses sefournissent de composants a l’etranger. Notre avis est que cela ne vaut pas la peine depayer un prix supplementaire pour le Made in Switzerland pour ce qui est du traitementde l’eau. Cela d’autant plus que le materiel propose comme Made in Switzerland souventn’est que un Private Label1.

Il y a une grande difference de delais selon que l’on achete du materiel standard ousur mesure. En pratique, l’on trouve sur le marche du materiel standard jusqu’a environ70 m3/h, et beaucoup de choix jusqu’a environ 40 m3/h

1Dans toutes les branches industrielles l’on trouve des produits venus par un ”fabricant” qui en faitne fait que coller son etiquette sur un produit achete ailleurs. Dans le cas particulier du traitementde l’eau cela est tres frequent : le marche est petit, et il y a peu de fournisseurs des composantsfondamentaux comme les membranes ou les lampes U.V. par exemple



19.3. Caracteristiques de l’eau d’alimentation

19.3.1. Informations a obtenir

Le principe de base est de concevoir le systeme en fonction de la ”pire” eau possible.En pratique, cela signifie qu’il faut avoir :

Eaux souterraines : demander une analyse et l’avis d’un hydrogeologue. De telles ex-pertises on un cout, mais elles sont essentielles. Par exemple pour un projet ouune usine devait pomper de l’eau souterraine a relativement faible distance presd’un fleuve, l’hydrogeologue avait dit que durete et salinite diminueraient, maischarge en bacteries augmenterait. Cela a permis de concevoir une installation as-sez differente de celle qui aurait ete prevue sur la base de la seule analyse de l’eau

Eaux de surface : analyse et avis d’un hydrologue sur les variations saisonnieres

Eau potable : obtenir les analyses du service des eaux (commune) l’eau communale :un reseau, des reservoirs, plusieurs sources, souvent melange eau surface / eausouterraine.

Eau de puits : les utiliser affecte les ecoulement souterrains, donc la qualite de l’eau.

Eau potable : quelques recommandations :• Demander les analyse de chaque source - station - point d’alimentation• Se mefier d’affirmations telles que :• ”Notre eau est conforme a l’OSEC” (Ordonnance sur les substances etrangeres

et les composants)• ”Il n’y a pas de chlore dans l’eau, puisque nous utilisons l’ozone” . Il y a bien sur

toujours du chlore dans l’eau potable.• ”Toute l’eau qui arrive chez vous vient de la source X”• ”Votre eau contient 34% d’eau de la source 1 et 66% de la source 2”• ”Radon ? Il n’y a pas de radon dans notre eau”• Insister !• Obtenir une lettre si possible

19.3.2. Etude de cas : chlore et membranes

Dans une ville de l’arc jurassien, une societe avait installe deux petits osmoseurs enserie pour produire environ 1 m3/h d’eau pour des bains de traitement de surface. Ilsdisent avoir obtenu l’assurance par telephone que l’eau potable fournie par la ville necontient pas de chlore. Il decida donc d’economiser Au bout de 6 mois, la conductivitede l’eau en aval du premier osmoseur avait double. Au bout de 2 ans, la conductivite enaval du premier osmoseur avait tellement augmente que l’eau fournie par le 2eosmoseuretait d’une qualite qui n’etait plus suffisante pour l’utilisation prevue, et les membranesdu premier osmoseur ont du etre changees. Des analyses faite par l’entreprise de l’eaurecue de la ville ont montre que l’eau contenait 0.1 a 0.2 ppm de chlore libre, ce qui estsuffisant pour fortement accelerer le vieillissement des membranes.


19.4. QUALITE D’EAU NECESSAIRE

Eau potable : autres informations Outre l’analyse chimique, il faudrait savoir aussi :

• Pression : peut varier de maniere importante• Temperature• Debit disponible. ce parametre est rarement un probleme, mais il vaut mieux le

decouvrir avant de realiser l’investissement.• SDI (rarement fourni), si l’on prevoit d’utiliser un osmoseur• Penetration des UVc si l’on envisage l’installation d’un sterilisateur U.V.

19.4. Qualite d’eau necessaire

La qualite de l’eau necessaire depend evidemment de l’usage. Il s’agit souvent d’unprobleme difficile, car le praticien se trouve souvent confronte a des utilisateurs de l’eauqui reclament la meilleure qualite possible ou encore l’eau comme elle a toujours ete,sans preciser leurs demandes. il est essentiel de mettre en question les affirmations desutilisateurs de l’eau sur la qualite qu’ils reclament, et aussi de refuser les specificationsimpossibles ou impossibles a mesurer.

• Si le but du traitement de l’eau est la protection d’equipements, la qualite del’eau sera specifie par le fabricant du materiel a proteger. C’est le cas le plus simpleque l’on puisse rencontrer.• Si la purification de l’eau est necessaire pour assurer la qualite du produit fini,

comme c’est souvent le cas dans l’industrie chimique et l’agro-alimentaire, alors laqualite de l’eau est a definir par les concepteurs du procede et le responsables de laqualite. il n’y a pas de recette simple pour determiner la qualite de l’eau a fournir.• Pour les eaux de rincages, en regle generale des essais sont necessaires. On peut

toutefois citer quelques points de repere :• Eau de lave-vaisselle menager : eau adoucie• Eau de rincage en fin de tunnel de lavage de voiture : eau osmosee, max. 40 ppm

de salinite totale• Eau de lavage de Wafers en microelectronique : eau 18 MΩ× cm• Eaux de rincage de pieces en traitement de surface : cela peut etre de l’eau osmosee

ou de l’eau non traitee, selon la piece et le procede employe. Il n’y a pas de reglegenerale

• Certaines industries ont des normes, ce qui simplifie bien sur le choix de la qualited’eau a produire. C’est notamment le cas de la microelectronique et de l’industriepharmaceutique

19.5. Definition de la qualite de l’eau necessaire

En pratique on peut proceder par etapes comme suit pour definir la qualite d’eaunecessaire :



1. Est-ce que le but du traitement est de proteger un appareil ou machine ? Si oui,se referer aux specifications du fournisseur

2. Est-ce que il existe une norme pour notre industrie ? Parmi les branches pourlesquelles il y a des normes, il faut citer la microelectronique et la pharmaceutique

3. Est-ce que l’eau doit etre employee pour un procede de lavage ? Si oui, des essaissont recommandes

4. Est-ce que l’eau fera partie du produit fini ? Dans ce cas, les concepteurs de procededu produit, et les responsables de la qualite doivent definir les specifications del’ingredient ”eau”.

Etude de cas : specifications inverifiables

Extraits d’une specification reelle d’un systeme pour la microelectronique :

1. ”Les echangeurs d’ions devront etres concus de maniere a ce qu’il soit impossiblequ’il y ait une croissance de bacteries”

2. ”Zero particules de plus de 0.05 microns apres la filtration finale”

Le point 1 est techniquement impossible a realiser : l’echangeur d’ions est un milieuxporeux, donc a priori propice aux croissances de bacteries. C’est pourquoi l’on prevoit,en microelectronique, des systemes de desinfection en aval des echangeurs d’ions. Lepoint 2 est quand a lui realisable, mais impossible a verifier avec du materiel industrieldisponible dans le commerce. On s’expose donc a des conflits insolubles.

19.6. Quantite d’eau necessaire

Il est important de definir les differents parametres :

• Consommation moyenne• Consommation maximum, duree• Heures par jour – jours par semaine

La question n’est pas triviale ! Mais elle est souvent sous-estimee. On arrive souventa la conclusion qu’il faut prevoir un stockage de l’eau purifiee. L’eau stockee sert aussi,pendant des phases d’arret eventuelles dus au lavage ou la regeneration d’un filtre asable ou d’un adoucisseur, ou au lavage de l’osmoseur. La regeneration d’un echangeurd’ions necessite une grande quantite d’eau. S’il n’y a pas une configuration duplex (1 enfonctionnement, 1 en regeneration ou standby), il faut toujours prevoir un assez grandstockage d’eau demineralisee ou osmosee. Si un osmoseur est utilise, en general, il fautun petit stockage, car le debit n’est pas variable.

19.7. Autres parametres

D’autres parametres importants ont souvent negliges : voici une breve checklist pourverifier que aucun parametre n’est oublie :


19.8. CONCEPTION DU PROCEDE

Place disponible : souvent un critere majeur

Accessibilite : essentiel pour la maintenance. Verifier la place necessaire pour le rem-placement des membranes des osmoseurs et des lampes U.V. des sterilisateurs parexemple

Charge admissible du sol

Eaux usees : capacite disponible : cela peut interdire certaines solutions. C’est un problemesurtout dans les zones industrielles

Exigences concernant instrumentation et controle a distance

Stocks de matieres dangereuses (Chlore) : dans certaines entreprises, le fait de de-voir stocker des matieres dangereuses comme le chlore, ou bien les acides et soudenecessaires pour la regeneration d’echangeurs d’ions pose un probleme insoluble.Dans d’autres entreprises, comme par exemple la microelectronique, qui stockegeneralement ces matieres pour ses procedes de production, ce stockage ne poseaucun probleme

Conception integree : souvent plusieurs niveaux de qualite d’eau sont requis a l’interieurd’une meme usine : la methodologie de conception de tels systemes pourrait fairel’objet d’une seminaire ou d’un livre entier. Voir [37].

19.8. Conception du procede

Methodologie

Un procede de traitement de l’eau comprendra generalement :

• Pretraitement• Procede de traitement ou purification principal• Finition

En pratique, la chronologie de la conception sera :

1. Traitement principal

2. Pretraitement

3. Finition

Le present manuel devrait vous permettre de choisir les procedes appropries. Les listesci-dessous permettent un premier choix des procedes a employer.

Procedes de pretraitement

Filtre a sable : enlever les particules de taille importante

Charbon actif : elimination du chlore et des composes organiques

Adoucisseur : enlever les ions divalents, prevenir le tartre

Injection d’acide ou de base : reglage du pH



Injection de metabisulfite de sodium : elimination du chlore

Filtre a cartouche : elimination de particules en suspension

Ultrafiltration : elimination de certaines substances organiques et de silice colloıdale

Chlore : precipitation du fer, desinfection

Choix du procede principal

Osmose inverse : elimine particules, bacteries, pyrogenes, composes organiques, ions

Nanofiltration : elimine particules, bacteries, ions divalents, reduit la concentrationd’ions monovalents

Echange d’ions : elimine ions, silice activee, CO2

U.V : inactive les bacteries

Ozone : elimine bacteries, precipite le fer

Procedes de finition

Echangeur d’ions a lit melange : Diminue les solides dissous, silice et CO2 residuels

Microfiltration : elimine particules et bacteries

Ultrafiltration : elimination de bacteries, pyrogenes, particules, colloıdes, certains com-poses organiques

Electrodeionisation : diminue les solides dissous, silice et CO2 residuels


20. Specification des principauxelements

20.1. Introduction aux specifications

Dans ce chapitre nous nous proposons de fournir des checklists de points desquels ilfaut ternir compte lors de la specification de differents elements de systemes de traitementde l’eau.

20.2. Osmose inverse

• Unites testees avec eau en usine, membranes montees• Demander calcul de la qualite d’eau obtenue• Pompe centrifuge1

• Examiner la disposition des membranes proposee par le fournisseur. Le debit parmembrane ne devrait pas exceder 90% du debit nominal de la membrane• Place : ne pas oublier la place pour sortir les membranes !• Prevoir une unite de nettoyage2, eventuellement rincage automatique a l’eau a

chaque arret de l’osmoseur• Cartouches : demander prix des cartouches de remplacement ! Le micronnage conseille

est de 5 µm nominal• Demander une offre pour un set de membranes de rechange• Materiaux :• Membranes : polyamide, sauf necessite absolue d’utiliser l’acetate de cellulose• Ne pas utiliser les membranes basse pression comme membrane ”haut debit”• Cartouches filtrantes : polypropylene, a densite progressive• Corps de membrane : en acier inox3

1Sauf pour les petites installations de moins de de environ 500 l/h. Des entreprises serieuses vendentdes systemes avec pompes volumetriques : cette solution est a eviter en raison des pulsations depression qui abiment les membranes rapidement

2Cette unite de doit pas forcement pas forcement etre fournie par le fabricant de l’unite d’osmoseinverse.Il est frequent de trouver des osmoseurs sans systeme de nettoyage. Dans ces cas, les four-nisseurs proposent generalement un service couteux de nettoyage par leurs soins.

3Il faut eviter les corps de membrane en plastique, qui d’apres notre experience commencent vite aavoir des fuites. Les corps de membrane en fibre de verre tendent a se deformer avec le temps, ce qui

141

CHAPITRE 20. SPECIFICATION DES PRINCIPAUX ELEMENTS

• Conduites : inox pour conduites haute pression. Plastique inerte (PVC ou tuyauxflexibles) pour conduites basse pression, sauf cas particulier (industrie pharma-ceutique ou microelectronique, qui utilisent inox, propylene ou PVDF pour lepermeat)

Instrumentation reccomandee

Au minimum :

• Alarme temperature• Alarme basse pression a l’entree• Debit concentrat et permeat• Pression permeat• Pression differentielle du prefiltre• Electrovanne en entree, fermeture si la machine n’est pas en service• Conductibilite du permeat (sauf petites unites)

Les instruments et accessoires suivants sont utiles mais generalement pas indispen-sables

• Vannes d’echantillonnage du permeat• Indication du pH de l’eau d’alimentation, de preference avec alarme

20.3. Echangeurs d’ions

• Regeneration automatique• Conduites et vannes en PVC• Capacite suffisante pour que la regeneration n’interrompe pas la production !• Lits melanges : demandez a savoir les pourcentages en volume des resines anionique

et cationique• Instrumentation :• Pression amont/aval• Debit• Resistivite aval

20.4. Generateurs d’ozone

Notre experience est que la solution la plus economique est generalement :

• Generateur d’ozone a frequence moyenne• Alimente avec un concentrateur d’oxygene4

• Concentration d’ozone. de l’ordre de 6 a 10%

peut poser des problemes lors de remplacement de membranes, surtout si il y a plusieurs membranesdans un seul corps de membrane

4Par exemple SeQualTM


20.5. DISTILLATEURS

• Melange eau-ozone par Venturi, separation des phases par cyclon et reaction dansla conduite• Reglage : en fonction du debit• Prevoir une detection des fuites avec alarme

Fig. 20.1.: Petit concentrateur d’oxygene. Photo : SeQual Corporation

20.5. Distillateurs

Il est important de specifier au fournisseur la qualite d’eau disponible.

Materiaux :

Verre : tres fragiles, on le les trouve que dans les laboratoires

Acier inoxydable : standard pharmaceutique

Cuivre avec couche d’etain : economiques, mais adaptesseulement a l’usage en labo-ratoire.

Titane : imbattable du point de vue de la resistance a la corrosion

• Filtre a air cote distillat, avec systeme de vannes pour eau pharmaceutique• Reglage du niveau de l’eau par vanne ou overflow• Instrumentation necessaire :• Conductivite distillat• Alarme niveau d’eau (distillateurs electriques)

20.6. Electrodeionisation

L’electrodeionisation a longtemps ete le monopole d’une entreprise, US Filter5 , quiavait brevette le procede. Suite a l’expiration du brevet, la 2e moitie des annees 1990’a vu la proliferation de nouveaux fournisseurs de systepmes d’electrodeionisation, dontcertains sont proposes a des prix inferieurs a ceux d’un echangeur a lit melange. Notre

5Aujourd’hui filiale du groupe Vivendi


CHAPITRE 20. SPECIFICATION DES PRINCIPAUX ELEMENTS

experience est que certains de ces fournisseurs ne maıtrisent pas reellement la technologieet livrent des installations tres peu fiables. Nous avons ainsi vecu le cas d’une installationou les cellules d’electrodeionisation ont ete remplacees 4 fois pendant l’annee de garantie.Actuellement, il nous semble que les deux fournisseurs dignes de confiance pour lescellules d’electrodeionisation sont US Filter et E-Cell. E-Cell fournit ses cellules a ungrand nombre de fabricants. Il nous paraıt donc raisonnable en l’etat actuel du marchede n’utiliser que des electrodeionisateurs muni de cellules de l’une de ces deux marques.

20.7. Specification des filtres et cartouches filtrantes

20.7.1. Cartouches de pefiltration

• Preferer corps de filtre en acier inox, sauf pour les corps de filtre monocartouche• Cartouches : 5 µm, en polypropylene a densite progressive• Debit : pour avoir une perte de charge initiale de 0.1 a 0.2 bar

20.7.2. Cartouches de microfiltration

• Utiliser de preference des cartouches dont on peut tester l’integrite• 0.2 µm : suffit pour arreter les bacteries• Corps de filtre en plastique inerte ou acier inox

20.7.3. Debits : ordres de grandeur

• 1 m3/h par cartouche 10” pour prefiltration• 0.5 m3/h pour microfiltration


21. Optimisation de systemes existants

21.1. Methode

Alors qu’il est assez simple de definir une methode generale de conception de systemesde traitement de l’eau, il est plus difficile de definir une methodologie generale pour lessystemes existants, tant la variete de systemes rencontres est grande. Nous donnons iciquelques exemples de cas d’optimisation economique de systemes industriels existants,esperant qu’ils pourront stimuler l’imagination des lecteurs.

21.2. Osmoseurs : optimisation de la maintenance

Notre experience est que souvent la maintenance es osmoseurs est negligee. Il enresulte un surcout en terme de performances non optimales de l’osmoseur et en termede duree de vie des membranes. Nous recommandons donc de realiser la maintenancedes osmoseurs selon les directives du chapitre 6 a la page 58.

21.3. Cartouches filtrantes

Lors de la construction d’une installation, le prix des cartouches filtrantes ne representequ’une part negligeable de l’investissement total. Par contre, lors du fonctionnement dusysteme, les cartouches peuvent representer une part importante des couts de consom-mables de l’installation. Il faut surveiller de pres deux aspects : la frequence de chan-gement des cartouches filtrantes, et le prix des cartouches. Il est tres frequent qu’il soitavantageux economiquement de proteger une cartouche ”chere” — comme par exempleune cartouche de microfiltration — avec une cartouche plus economique de filtrationnominale a par exemple 1 ou 5 µm.

21.4. Etude de cas : cartouche de prefiltration d’unosmoseur

Une societe de microelectronique utilisait un petit osmoseur produisant environ 0.2 m3/halimente directement avec l’eau du reseau. Initialement cet osmoseur ne fonctionnait queoccasionnellement. Par la suite, la production de la societe passa du stade de prototypes

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CHAPITRE 21. OPTIMISATION DE SYSTEMES EXISTANTS

et preseries au stade de production normale, et l’osmoseur devait fonctionner en per-manence. Il apparut qu’il fallait changer la cartouche filtrante toutes les deux semaines,pour un prix de plus de CHF 200.00 par cartouche. Un bref calcul de la capacite ducharbon actif compris dans la cartouche montra que l’on pouvait, du point de vue de lacapacite du charbon actif, garder une cartouche pendant environ 2 mois. Une cartouchenominale de 5 µm fut installee en amont de l’osmoseur, pour un investissement total deenviron CHF 250.00. Maintenant, l’on procede a un remplacement de la cartouche 5 µmenviron 2 fois par an, pour un prix unitaire de environ CHF 10.00, alors que la cartouchecombinee au charbon actif n’est plus changee que une fois tous les deux mois.

21.5. Osmoseur en pretraitement d’echange d’ion

L’on trouve frequemment dans l’industrie et dans les laboratoires les bouteilles echangeusesd’ions, utilisees pour demineraliser de l’eau provenant directement du reseau. Il s’agitd’echangeurs d’ions a lit melange qui n’ont pas de systeme de regeneration des resines :la regeneration se fait alors en externe, chez un fournisseur. Ou bien l’on remplaceperiodiquement les resines. Dans un cas particulier, le laboratoire d’une usine depensaitenviron CHF 500.00 par mois en remplacement de resines. En investissant CHF 5000.00dans un petit osmoseur de laboratoire, ces frais ont etes divise par 20.

Fig. 21.1.: Generation d’ozone par decharge Corona. Principe


21.6. CAPACITE DES RESINES D’ECHANGEURS D’IONS

21.6. Capacite des resines d’echangeurs d’ions

Les echangeurs d’ions sont souvent surdimensionnes. Il en resulte des potentiels d’economieimportant, d’autant plus que la capacite d’une resine regeneree n’est pas lineaire en fonc-tion de la quantite de regenerant employe.

Fig. 21.2.: Capacite d’une resine en fonction de la quantite de regenerant employe


Bibliographie

[1] Les traitements de l’eau, Claude Cardot, Ellipses Edition, Paris, 1999, ISBN 2-7298-5981-0. Ce livre donne de bonnes connaissances de base, surtout sur les technologiesemployees en potabilisation de l’eau et pour le traitement des eaux usees.

[2] Handbook of water purification ed. Walter Lorch, Ellis Horwood Ltd. Passe lestechnologie en revue, et presente les particularites du traitement de l’eau dansplusieurs industries. Un classique. Plus informatif que pratique.

[3] Wasseraufbereitung , Prof. Dr. Ing. Klaus Hancke, VDI Verlag, 1994. Tres completen ce qui concerne la chimie de l’eau et l’echange d’ions. Ne contient pratiquementaucune information concernant la desinfection et les technologies membranaires, cequi est assez decevant.

[4] Reverse Osmosis - A Practical Guide for Industrial Users, Wes Byrne, Tall OaksPublishing, 1995. Repond pratiquement a toute question que l’on peut avoir surl’osmose inverse.

[5] Ozone in Water Treatment, Bruno Langlais, David A. Reckhow, Deborah R. Brink,Lewis Publishers, 1991, ISBN 0-87371-474-1 : la reference sur l’ozone

[6] Les applications innovantes des techniques membranaires dans l’industrie, ReseauNOVELEC (EDF), 1993

[7] Les traitement de l’eau, Claude Cardot, Ellipses Edition, Paris, 1999, ISBN 2-7298-5981-0

[8] Memento technique de l’eau, Degremont, ed. Lavoisier, Paris. Connu comme ”labible de Degremont”. Complet, traite aussi de la potabilisation de l’eau et deseaux usees. Surtout utile pour ses formules et graphiques sur la chimie de l’eau etl’hydraulique. Disponible Online a http ://www.degremont.com

[9] Osmonics Pure Water Handbook Bonne introduction aux differentes technologiesde purification de l’eau.

[10] Le manuel de l’eau edite par NALCO. Une alternative a la ”bible” de Degremont

[11] Water, the Universal Solvent . Edite par NALCO. Bonne introduction a la chimiede l’eau

[12] Permutit Water and Waste Water Treatment Handbook. L’editeur (Permutit USA)ayant disparu, cet excellent recueuil de chiffres est devenu dificile a trouver.

[13] Ultraviolet Applications Handbook, Bolton, James R., Ph.D, Bolton PhotosciencesInc.,Ayr, Canada, 2001. Web : http ://www.boltonuv.com. Malgre son titre, il s’agit

148

Bibliographie

essentiellement d’un manuel sur les bases theoriques de la sterilisation par ultravio-let.

[14] La filtrazione dei fluidi, edite par FILTERS srl, Scalenghe, Italie. En italien

[15] Nouvelles technologies pour l’ozonisation et le degazage, Riboni, Enrico, Overbeck,Paul, Gaz Eau Eaux usees, mai 1997

[16] Eaux de process. Quand la desinfection est necessaire, Riboni, Enrico, Environne-ment et Technique, octobre 2002

[17] Elektromagnetische Wasserbehandlung — Falstudien in Abwasseranlagen undTrinkwasser-Anwendungen. Bundesamt fur Umwelt, Wald und Landschaft (BU-WAL), 1999. Cette publication disponible aupres de l’administration federale suisseresulte d’une these faite a l’Ecole Polytechnique de Zurich et represente l’etude laplus extensive sur des essais d’antitartres electromagnetiques realises en conditionsreelles a ce jours.

[18] La Page de l’Eau : http ://www.ozone.ch/gasandwater/pageeau/ . Page de liensmaintenue a jour par l’auteur.

[19] http ://www.degremont.com avec ”Le memento technique de l’eau” en ligne.

[20] http ://www.osmonics.com : grande quantite d’articles sur differentes applicationsdes technologies membranaires

[21] Biofilms Online : http ://www.biofilmsonline.com/ : informations et liens sur lesbiofilms

[22] Center for Biofilm Engineering : http ://www.erc.montana.edu/ : informations etliens sur les biofilms

[23] Site Web de ozone.ch : http ://www.ozone.ch : informations, liens, catalogue enligne, publications a telecharger en format PDF

[24] Ultraviolet (UV) Disinfection in Drinking Water Treatment in North America Mal-ley, James P. Jr, Ph.D, WaterTECH Conference, Sydney, Australia, Avril 2000.Disponible sur le site http ://www.iuva.org

[25] Survival of Bacteria After Ozonation, Lee, JiYoung et Deininger, Rolf A., OzoneScience and Engineering, Volume 22, Number 1, 2000

[26] High Efficiency In-Line Pressurized Ozone Contacting With The GDTTMProcessMazzei, Angelo, Overbeck, Paul, presente a International Ozone Association AnnualConference, Berlin, avril1997

[27] Mass Transfer of High Concentration Ozone With High Efficiency Injectors and De-gassing Separators, Mazzei, Angelo L., presente a International Ozone AssociationAnnual Conference, Cambridge, Massachusetts, novembre 1995

[28] Battling Biofilms : Costerton, J.W. and P.S. Stewart, Scientific American,285(1) :74-81 (2001)

[29] Measurement of Dissolved Ozone, Kilham, Larry B., Water Conditioning and Pu-rification, January 2002, pages 34-35


Bibliographie

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[31] Le traitement magnetique des liquides contre la corrosion et l’incrustation, Vermei-ren, T., Cebelcor, 1957

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[33] Physikalische Wasserbehandlungsgerate. Versuche und Stellungnahme der EMP,Theiler, F., Gas — Wasser — Abwasser, 11, 1988.

[34] Desinfection de boucles de distribution, Riboni, Enrico, Note Technique ozone.ch,2002

[35] Desinfection d’installations domestiques, Riboni, Enrico, Note Technique ozone.ch,2001

[36] Parametres a enregistrer quotidiennement sur un osmoseur, Riboni, Enrico, NoteTechnique ozone.ch, 2002

[37] Practical Techniques and Methods to Develop an Efficient Water Management Stra-tegy,Tainsh, R.A. and Rudman A. R.,IQPC conference “Water Recycling and Ef-fluent Re-Use”, 26-27 April 1999


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