Les bases fondamentales de l’eau

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1 Les bases fondamentales de l’eau
L’importance de l’eau: Le corps humain La chimie de base de l’eau: propriétés mesurables Les bases de la technologie de l’eau: Le cycle hydrologique La nature de l’eau: Facteurs environnementaux Contamination: Origines et problèmes potentiels

2 Les bases fondamentales de l’eau
Cerveau 75 % d’eau L’importance de l’eau: Le corps humain est composé de 70% d’eau. Elle est vitale au fonctionnement de ses systèmes. Une eau ‘propre’ est essentielle. Les contaminants présents dans l’eau peuvent se bio-accumuler et causer des problèmes de santé – ex.: les substances cancérigènes comme les THM peuvent se bioaccumuler et possiblement causer un cancer dans l’avenir. Système circulatoire 80% d’eau Poumons 86% d’eau Muscles 75% d’eau

3 Les bases fondamentales de l’eau
La chimie de l’eau Molécule d’eau: 2 atomes d’hydrogène 1 atome d’oxygène L’eau est un composé extrêmement stable atomes d’hydrogène et d’oxygène. Souvent désigné comme solvent universel, elle dissout plus de substances que tout autre liquide. L’eau est unique puisqu’elle est la seule substance qu’on puisse retrouver en trois états dans la nature – liquide, solide et gazeux. L’eau est très rarement à l’état pur ‘distillé’. L’eau contient toujours des sels, nutriments et particules, dépendant des conditions locales.

4 Les bases fondamentales de l’eau
Les bases de la technologie de l’eau: Le cycle hydrologique

5 Les bases fondamentales de l’eau
Problèmes potentiels selon les contaminants: PROBLÈME SYMPTÔME CAUSE Dureté Accumulation de résidus blancs sur les robinetteries, difficulté de faire mousser le savon Calcium et magnésium dissouts Fer, manganèse Taches sur les robinetteries Fer dissout (ferreux) ou précipité (ferrique) Acide/Corrosion Taches vertes sur les robinetteries Faible pH dû à un excès d’acidité Soufre Odeur d’oeufs pourris Gaz H2S causé par des bactéries réductrices de sulfates Plomb Indétectable Réserves d’eau contaminées, soudures de plomb dans les tuyaux Cysts  Indétectables Giardia ou cystsCryptosporidium Chimiques VOC - benzène, THM, PCB

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Les propriétés mesurables de l’eau: pH pH: renvoie à la qualité acide, ou neutre de l’eau; le pH est influencé par la présence de produits chimiques ce qui en fait un bon indicateur d’un changment de la nature chimique de l’eau. Le pH représente le potentiel d’hydrogène. Le point neutre, 7, indique la présence de concentrations égales d’hydrogène libre (H+) et d’ions d’hydroxile (OH-). Chaque unité de pH signifie une augmentation au décuple (10 fois) de la concentration en ions d’hydrogène – ce qui signifie que le pH est plus acide.

7 Les bases fondamentales de l’eau
Les propriétés mesurables de l’eau: Dureté (1) H CO H2CO3 (eau) (dioxyde de carbone) (acide carbonique) PRÉCIP GAZ DANS L’ATM ACIDE FAIBLE (2) CaCO H2CO Ca(HCO3)2 or Mg(HCO3)2 (carbonate de calcium) (acide carbonique) (bicarbonate de calcium) CALCAIRE ACIDE FAIBLE DURETÉ SOLUBLE Alors que l’humidité tombe à travers l’atmosphère, elle absorde une certaine quantité de CO2. Lorsque le CO2 se dissout dans l’eau, une partie forme un acide faible appelé acide carbonique. Cet acide carbonique en contacte (carbonate) à la surface du sol, est transformer en bicarbonate de calcium et de magnésium. Les “bicarbonates” son connus comme la ‘Dureté temporaire’. Ces bicarbonates sont hautement solubles; lorsque chauffés, les bicarbonates relâcheront du CO2 & retourneront à l’état de carbonates ou ‘état insoluble’ = DURETÉ + CALCAIRE.

8 Les bases fondamentales de l’eau
Les propriétés mesurables de l’eau: Turbidité La turbidité sont des petites particules de matière solide dans l’eau. Elle est mesurée à l’aide d’un turbidimètre. La valeur mesure de perte en NTU. La turbidité bloque les rayons de lumière et peut donner un aspect nuageux à l’échantillon. La turbidité NE PEUT PAS être considérée comme le résultat direct et proportionnel de solides suspendus (TSS) La turbidité NE PEUT PAS être considérée directement égale au niveau de transmittance (UVT).

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Les propriétés mesurables de l’eau: Turbidité La turbidité est mesurée avec un turbidimètre. Le turbidimètre est calibré grâce à des fioles de solutions contenant différentes valeurs prédéterminées de NTU. La turbidité peut rendre l’eau nuageuse ou opaque, dépendamment de ce qui la rend turbide. Elle est mesurée en NTU (Nephelometric turbidity units). Plus élevée est la valeur en NTU, plus grande est la quantité de lumière dispersée par l’échantillon.

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Les propriétés mesurables de l’eau: Fer (Fe) L’une des ressources terrestres les plus abondantes (5% de la croûte terrestre). L’eau de pluie qui s’infiltre à travers le sol dissout le fer dans le croûte et le transporte dans presque tous les types de réserves d’eau, principalement les puits. On trouve rarement le fer en concentration supérieure à 10 ppm. Le fer n’est pas néfaste pour la santé humaine, il est considéré comme un contaminant esthétique secondaire. Des taches sur les robinetteries peuvent se produire lorsque la concentration est de 0.3 ppm et plus. Le fer peut être présent dans l’eau sous forme soluble et claire (fer ferreux) ou insoluble et rougeâtre (fer ferrique) souvent associée avec des problèmes de bactérie du fer. Lorsqu’on considère l’enlèvement du fer (avec un adoucisseur par exemple), il faut s’assurer que les robinets extérieurs sont aussi traités….vous vous demandez pourquoi? Taches de fer dans la toilette

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Les propriétés mesurables de l’eau: Manganèse (Mn) Cet élément se retrouve habitellement dans les eaux souterraines. Habituellement présent en combinaison avec du fer (mais en concentration moins élevée). À partir de 0.05 ppm, il peut causer des taches de couleur noir-jaune. Le fer et le manganèse peuvent tous deux se retrouver dans l’eau d’un puits bien qu’elle soit claire lorsqu’elle est tirée. Lorsqu’exposé à l’air, le fer soluble et le Mn s’oxyderont rapidement et adopteront leur forme insoluble (un précipité).

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Les propriétés mesurables de l’eau: Tannins Les tannins sont des composés organiques solubles dans l’eau Les tannins se retrouvent dans l’eau dans presque tous les endroits où de grandes quantités de végétaux se sont décomposés. Ils ne peuvent pas être tout simplement filtrés puisque les tannins consistent en particules colloïdales microscopiques et non-déposables qui comportent une charge négative. Ils créent une coloration jaunâtre Ils ne sont pas toujours visibles dans un verre d’eau mais une baignoire remplie (ou un verre de Styromousse) semblera légèrement jaune. Dans un pH de plus de 6, les tannins doivent être enlevés par échange ionique. À moins de 5, ils peuvent être enlevés à l’aide de charbon activé selon la concentration. Comparaison entre des eaux avec et sans tannins Baignoire remplie d’eau contenant des tannins

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Les propriétés mesurables de l’eau : Soufre d’hydrogène (H2S) H2S est un gaz toxique corrosif et inflammable souvent retrouvé dissout dans l’eau des puits. Il est la plupart du temps accompagné de fer et d’un pH bas. Est formé lors de la décomposition de matières organiques ou de bactéries réductrice de sulfates (SRB). Les SRB produisent des enzymes qui accélèrent la réduction des composés soufrés, ce qui crée le H2S. Produit une odeur d’oeufs pourris, peut faire rouiller les tuyaux (corrosif) et donne une coloration noirâtre à l’eau. Dans certains cas, le H2S peut n’être présent que dans l’eau chaude de la maison. Cet état de choses est causé par une réaction biochimique entre les sulfates dans l’eau et les bactéries réductrices de sulfates ou des matières organiques. Modèle structural du soufre d’hydrogène

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Les propriétés mesurables de l’eau: Transmittance UV (UVT) L’UVT est une mesure de la capacité de l’eau de transmettre les rayons UV. Si les rayons UV ne peuvent pénétrer l’eau, ils ne peuvent pas non plus atteindre les microorganismes présents dans l’eau. Lorsque l’UVT diminue, la dose d’UV diminue aussi de façon dramatique. Le pourcentage UVT est la propriété la plus importante à considérer lors de la sélection d’un système UV comme équipement de traitement d’eau. Gardez à l’esprit qu’une transmittance peu élevée n’est pas toujours détectable à l’oeil nu. Les tannins sont visibles dans l’eau mais de nombreuses autres substances organiques peuvent faire diminuer la transmittance sans occasionner aucune coloration de l’eau. Moins de rayons UV passent à travers l’eau UVT faible = Faible dose UVT fort = Forte dose

15 Fluorine 3.0 Hydroxyl radical 2.8 Ozone 2.1 Hydrogen peroxide 1.8
H2O2 Hydroxyl radical The hydrogen peroxide bonds are broken to form hydroxyl (OH) radicals, Hydroxyl radicals are one of the most powerful oxidizing agent Oxidant Potential Fluorine Hydroxyl radical Ozone Hydrogen peroxide Chlorine UV-Oxidation

16 UV & H2O2:Destruction des Contaminants dans l’eau
Oxydation avec des systèmes UV vont détruire des contaminants vs. déplacements Traitements des différent compose présentement non traiter; Pharmaceutiques endocrine disrupters pesticides 1-4 dioxins disinfection & treatement T&O issues (e.g. geosmin) Not only will UV and H2O2 treat taste and odor compounds, but the combination can also destroy many other contaminants not currently treated

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19 Les bases fondamentales de l’eau
Quel effet ces paramètres peuvent-ils avoir sur un système UV? La dureté, le fer, le manganèse et les tannins peuvent empêcher les rayons UV de pénétrer les microorganismes dans l’eau. Ceci est accompli par l’écaillement ou l’absorption. Si la sleeve est recouverte, les rayons UV sont emprisonnés et ne peuvent se rendre à l’eau. Un système non surveillé doit être utilisé en eau pré-traitée ou de qualité connue.

20 Le prétraitement

21 Les bases fondamentales de l’eau
La nature de l’eau – Facteurs environnementaux L’eau est un produit de l’environnement qui dissout une partie de tout ce qu’elle touche autant dans l’air que dans l’eau.

22 OVERVIEW

23 Les bases fondamentales de l’eau
La nature de l’eau – Facteurs environnementaux AIR: Alors que l’eau tombe vers la terre, la pluie sert à nettoyer l’atmosphère. La pluie absorbe les matières solides, les gaz, les odeurs et autres impuretés qui polluent l’air. Le dioxyde de carbone de l’atmosphère peut pénétrer les précipitations lorsqu’elles tombent, cela rend les pluies légèrement acides (acide carbonique). L’eau de pluie peut aussi entrer en contact avec de l’acide sulfurique et certains types de bactéries. SURFACE: Les propriétés de la surface peuvent aussi avoir un fort impact sur l’eau tombée. Lorsque l’eau s’infiltre dans le sol, elle perd une partie des impuretés recueillies dans l’air MAIS, bien que le sol filtre ces impuretés, il permet aussi à l’eau de dissoudre un grand nombre de minéraux… Régions couvertes de végétation: l’ O2 est consommé et le CO2 est produit par la décomposition de la végétation. Régions fortes en calcaire: l’H20 contenant du H2CO3 réagit avec la pierre calcaire et devient dure; des bicarbonates de CA et de Mg se forment. Régions fortes en granite/sable: l’H20 retient le H2CO3 mais ne devient pas dure étant donné l’absence de calcaire.

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Contamination: La contamination de l’eau potable peut prendre plusieurs formes: Particules de matière Matières colloïdales Solides dissouts Contaminants radioactifs Microorganismes (cysts protozoaires, virus, pyrogènes) Pesticides et herbicides Molécules organiques lourdes Elles existent de façon naturelle ou sont le produit de l’activité humaine. Inorganic Particulate Matter: Clay, silica, dirt, rust Organic Particulate Matter: Decaying plant matter, Cyst, others Dissolved Organic Compounds: VOC’s, propylene glycol, ethylene glycol Dissolved Inorganic Compounds: Salts, Sodium chloride, hardness, alkalinity 24 24

25 Structure bactérienne

26 Electromagnetic Spectrum:
UV Process Electromagnetic Spectrum:

27 As we learned earlier, UV breaks chemical bonds
UV-Photolysis

28 Les bases fondamentales de l’eau
Les contaminants et leurs origines: Provenance HUMAINE Provenance naturelle Agricole Industrielle Saleté Rouille Sédiments Racines Feuilles Algues Moisissures Fer (Fe) Calcium (Ca) Magnésium (Mg) Manganèse (Mn) Soufre Microorganismes Cysts (Cryptosporidium, Giardia) Fertilisants Herbicides Pesticides Nitrates Fongicides Détergents Solvants Déchets radioactifs Acides Hydrocarbones Monoxyde de carbone Contaminants à base de plomb Chlore Chloramines THM etc...

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