Les Procédés physico-chimiques
1. Application générale :
Voici un shémas classique de système de retraitement des eaux :
Les procédés de traitement présentés ci-dessous interviennent lors de la phase de désinfection, qui est une phase où l’on se rapproche d’une eau potable.
2. Les Algicides :
Les algicides interviennent pour la destruction d’algues vertes ou bleues dans l’eau lors du traitement chimique.
Leur principal inconvénient malgré une grande efficacité, est le dégagement de toxines lors de la destruction des algues ainsi qu’une production de mousse due aux réactions chimiques.
L’algicide le plus classique est le sulfate de cuivre CuSO4., mais on compte aussi des sels de fer, d’amine, de colophane C20H30O2. et le chlorure de benzalkonium.
3. Les Produits « Anti écume » :
Leur but est, comme leur nom l’indique, d’éliminer l’écume formée lors de certaines phases de traitement.
Si l’élimination n’est pas une nécessité, elle permet néanmoins de préserver une bonne qualité de traitement ainsi que des coûts d’entretien raisonnables. L’origine de la mousse est aussi compliquée que diverse, mais la plupart des traitements « anti mousse » fonctionnent selon un principe utilisant des propriétés du silicone qui présente une résistance aux réactifs chimiques, mais aussi des propriétés inodores, insipides, non volatiles et non toxiques.
Ces produits sont basés sur le polydimethylsiloxane [SiCH3)2O]n. (polymère à base de silicone) modifié.
4. Les Désinfectants :
Le principe d’action des désinfectants est une pénétration du mur bactérien de cellules ainsi qu’une réaction avec les Acides Aminés dans le cytoplasme, ce qui a pour effet de détruire une grande quantité de bactéries.
Le désinfectant le plus classique est le chlore Cl., utilisé comme désinfectant primaire des eaux de surface, efficace aux faibles concentrations ( 0.1 parties par millions) et sous une large plage de PH. Son principal inconvénient est le dégagement de gaz nocifs à l’utilisation, ce qui présente un inconvénient environnemental notable.
La recherche d'un désinfectant pouvant remplacer le chlore a abouti à la découverte de nombreux autres procédés.
Bien qu'aucun désinfectant ne soit parfait, le dioxyde de chlore ClO2. apparaît lui comme une très bonne alternative de par ses caractéristiques. En effet, tout comme l'ozone O3. et le chlore, le dioxyde de chlore est un biocide oxydant, et non une toxine agissant sur le métabolisme. En d'autres termes, cela signifie que le dioxyde de chlore élimine les micro-organismes en agissant sur le transport de nutriments à travers la paroi cellulaire, et non en agissant sur les procédés métaboliques directement.
Contrairement à l’ozone et au chlore qui sont des composés plus réactifs, et agissant sur la majorité des composés organiques, le dioxyde de chlore ne réagit qu'avec des composés sulfurés réduits, des amines secondaires et tertiaires, et quelques autres produits organiques fortement réduits. Cela permet l'utilisation de dosages moins élevés.
Le dioxyde de chlore présente des avantages indéniables :
- Des valeurs de pH comprises entre 4 et 10 n'affectent pas l'efficacité.
- Le dioxyde de chlore est clairement plus efficace que le chlore, pour la destruction des spores, bactéries, virus et autres organismes pathogènes sur un même échantillon.
- Le temps de contact nécessaire est réduit par rapport à l’ozone ou au chlore.
- Le dioxyde de chlore est très soluble.
- Des concentrations élevées en chlore n'ont pas d'effets corrosifs. Les coûts de maintenance à long terme sont réduits.
- Le dioxyde de chlore ne réagit pas avec NH3 et NH4+ (peu de dégagement gazeux).
- Il est plus efficace que le chlore pour le traitement du fer et du magnésium.
L’ozone est aussi un gaz fortement désinfectant, inoffensif dans son action désinfectante et nécessitant un temps de contact relativement court.
En effet, le troisième atome d’oxygène, au contact de la bactérie se décompose par oxydation, et forme une molécule de dioxygène ce qui lui permet une utilisation complémentaire dans des procédés biologiques comme les boues activées (nécessitant une aération constante), le dioxygène permettant la « respiration » des bactéries.
L’ozone permet cependant d’aller plus loin que le dioxyde de chlore ou le chlore pour le traitement de l’eau puisqu’il permet la production d’eau « ultra pure », ce qui est avantageux pour certaines applications industrielles.
Voici un tableau récapitulatif tiré du site lenntech.com, résumant les contraintes d’application des différents désinfectants les plus couramment employés :
| Technologie | Respect de l’environnement | Quantité de produits necessaire | Efficacité | Investissement | Coûts d’opération | Surfaces | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ozone | + | + | ++ | - | + | ++ | |
| UV | ++ | ++ | + | +/- | ++ | -- | |
| Dioxyde de chlore | +/- | +/- | ++ | ++ | + | -- | |
| Hypochlorite | -- | -- | - | + | ++ | -- |
L’hypochlorite de sodium NaClO., aussi appelée eau de javel est un produit désinfectant très connu car utilisé pour des applications domestiques. Il peut être facilement transporté sur un site, et son dosage est simple. Il n’est cependant pas très utilisé dans l’industrie car présentant de grosses contraintes environnementales, ainsi qu’une efficacité moindre face à l’ozone, aux UV ou au dioxyde de chlore. Son degré d’efficacité est en effet celui du chlore gazeux. C’est un produit par ailleurs fortement corrosif et dangereux qui a tendance à se dégrader au contact de l’air, mais qui se révèle inefficace contre certains germes, tels les Giardia Lambia et les Cryptosporidiums (parasites microscopiques).
5. Les Floculants :
Les floculants sont employés pour la clarification de l’eau et favorisent les liens entre les particules en suspension. Ils ont un effet chimique de décantation, précipitent la matière en suspension. Ce sont des polymères hydrosolubles (solubles dans l’eau) et présentant une masse molaire assez élevée ( 105/106 g.mol-1), tels les polymères cationiques (basés sur l’azote), les polymères anioniques (ions carboxylates), et les polyampholytes (anioniques et cationiques).
