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Imposent une optimisation de lutilisation des réactifs chimiques Pr René SEUX Strasbourg octobre 2013.

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1 Imposent une optimisation de lutilisation des réactifs chimiques Pr René SEUX Strasbourg octobre 2013

2 Produits et procédés autorisés Chlore liquide ( gazeux) Hypochlorites Dioxyde de chlore Ozone Rayonnement U.V. Pr René SEUX octobre 2013

3 Des produits dont laction dépend de plusieurs facteurs Propriétés intrinsèques de la substance Qualité de leau traitée Caractéristiques physicochimiques Turbidité, pH, TAC, COD,…. Des conditions du traitement (dose, temps de réaction, efficacité du mélange au point dinjection, asservissement au débit, comportement des réacteurs …..) Pr René SEUX octobre 2013

4 Le chlore reste le plus employé des désinfectants Cl + 2 HO HOCl + HO + + Cl Na + ClO - + HO HOCl + Na +, OH HOCl + HO ClO + HO +, pKa 7,6 à 10 °C pH% HOCl % ClO 7, , Pr René SEUX octobre 2013

5 Cinétique de la désinfection La loi de CHICK permet de modéliser la cinétique de destruction des microorganismes Nt/No = exp(-kt) avec k = λc t est le temps de contact (min) c, la concentration du désinfectant (mg/l) k, constante de vitesse dépend du désinfectant n, est une constante dajustement à la courbe expérimentale λ est le coefficient de létalité du désinfectant Pr René SEUX octobre 2013

6 Valeurs des coefficients spécifiques de létalité λ pour différents type de microorganismes et de désinfectants à la température de 5 °C Produit streptocoquesvirus kystes damibes ________________________________________________ O ,5 HOCl 20 10,05 ClO 0,2 0,020,005 NHCl 0,1 0,0050,02 ________________________________________________ Ces valeurs montrent quaucun désinfectant nest vraiment efficace sur kystes et protozoaires Pr René SEUX octobre 2013

7 Réactions du chlore sur les substances organiques Le chlore réagit rapidement avec les sites N-H pour donner la substitution N-Cl et conduire à ce qui est habituellement appelé le chlore combiné. Les réactions dévolution des chloramines isssues de NH sont rapides Elles sont plus lentes avec les acides aminés et très lente avec les composés cycliques du type créatinine par exemple. Les composés (R)(R)N-Cl évoluent en donnant NHCl et NCl qui génèrent une nouvelle demande en chlore dans le réseau et des dérivés aldéhydiques ou cétoniques. Le chlore pourra alors donner la réaction haloforme avec les liaisons C-H situées en α du groupe carbonyle. Globalement la demande en chlore au temps t peut sexprimer par la relation D(t) =8,9 (NH4) +β(t)(Norg) +γ(t) (COD)

8 Réaction du chlore sur les acides aminés - (CO 2,Cl-) H2OH2O OH R-CH-NH 2 Cl O NHCl 2 + R-C H R-CH=NCl HOCl NCl 3 2HOCl

9 dégradation en plusieurs jours formation de nombreux composés intermédiaires (aldéhydes, nitriles…) puis formation de trihalométhanes (THM) : CHCl 3, CHBrCl 2, CHBr 2 Cl, CHBr 3 Exemple dévolution dun acide aminé sous laction du chlore CHCl 3 HOCl Chloration de la kynurenine, R = H 2 N(C 6 H 4 )CO (Ueno et al., 1996)

10 Réaction du chlore avec lurée NH 2 CONH 2 NCl 2 CONCl 2 CO 2 + NHCl 2 + NCl 3 NO 2 - NO HOClHOCl dégradation de lurée en 24h formation de chlore combiné organique : chloro-urée puis formation de chlore combiné minérale : di- et trichloramine

11 RNB : Corrélation COD / N organique sur les eaux des stations de Bretagne Pr René SEUX octobre 2013

12 Evolution de la demande en chlore au cours du temps 3,8 pour 2h de réaction 8 pour 48h 8,9 0,4 à 0,5

13 Formation des haloformes Réaction en du groupe carbonyle En présence de bromure

14 Evolution temporelle des concentrations en THM sur un réseau

15 Distribution des niveaux de THM totaux mesurés sur les réseaux d'Ille et Vilaine en fonction de la teneur en COT

16 Demande en chlore et production de THM Eau clarifiée COT 2,7mg/L COT 0,4mg/L CAG Pr René SEUX octobre 2013

17 Lélimination des matières organiques des eaux de surface présente : Un intérêt sanitaire sur les plans : Microbiologiques Chimiques Un intérêt gustatif : Réduction des réactions secondaires dans le réseau responsables de goûts prononcés « Goût de chlore » Pr René SEUX octobre 2013

18 CONCLUSION : Lobjectif dun COT inférieur à 2 mg/L se justifie par: La limite de qualité sur les THM La maîtrise du résiduel de chlore en distribution Le goût de leau Mais surtout par la sécurité microbiologique qui doit être assurée au consommateur Pr René SEUX octobre 2013

19 Facteurs de formation des bromates Concentration en ozone,temps de contact: CT O3 (0,4 à 0,8 mg/l )et t (6 à 8 mn) Température de leau (lété est une période critique) Composition et qualité de leau(TAC,COT,NH4…) Qualité de lhypochlorite utilisé (BrO3 est une impureté) Pr René SEUX octobre 2013

20 Br + O HOBr

21 Relation entre concentration en bromure de leau brute et bromate de leau traitée

22 Le bioxyde de chlore ClO 2 Un pouvoir désinfectant équivalent à celui de HOCl Des vitesses doxydation de Fe 2+ et Mn 2+ plus rapide quavec HOCl (1,2 mg de ClO 2 par mg de Fe 2+ ) Pas de substitution sur les liaisons N-H, mais oxydation des amines tertiaires par exemple Pas de réaction haloforme Mais ClO 2 oxyde les matières organiques ClO2 + e ClO2 Pr René SEUX octobre 2013

23 Exemple de demande en ClO des substances humiques (conditions: temps de contact 24h, 20°C et à lobscurité) ClO2 appliqué mg/mg COT de 1,6 à 2,1 ClO2 consommé mg/mg COT de 0,8 à 1,8 ClO2 formé/ClO2 consommé de 0,62 à 0,72 Réduction de labsorbance à : 270 nm – de 12 à 31 % 254 nm – de 14 à 27 % Pr René SEUX octobre 2013

24 Evolution comparée de Gardia, Crypto- sporidium et de la turbidité sur 3 usines Pr René SEUX octobre 2013

25 Influence de la maturation du filtre sur la rétention des oocystes Pr René SEUX octobre 2013

26 Conclusions Une désinfection sécurisée fait obligatoirement appel à un couplage de 2 procédés, lun physique -filtration sur sable, - clarification complète, - filtration sur membrane lautre chimique (O3, HOCl, ClO2) ou (et) par U.V. Dans tout les cas lélimination poussée des M.O. et de la turbidité permet de réduire les doses de réactif à appliquer et diminue la formation des sous produits

27 Merci pour vôtre attention René SEUX octobre 2013


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