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Applications de l'ozone Eau potable

Grâce à ses excellentes qualités de désinfection et d'oxydation, l'ozone est énormément utilisé pour le traitement de l'eau potable. L'ozone peut être utilisé pour différents objectifs dans les systèmes de traitement, tels que pour une pré-oxydation, une oxydation intermédiaire ou une désinfection finale. Généralement, il est recommandé d'utiliser l'ozone pour la pré-oxydation, avant un filtre à sable ou un filtre à charbon actif (GAC). Après l'ozonisation, ces filtres peuvent éliminer la matière organique restante (important pour une désinfection finale).

Cette combinaison a plusieurs avantages:

- L'élimination de la matière organique et inorganique
- L'élimination des micropolluants, tels que les pesticides
- L'amélioration du procédé floculation/coagulation-décantation
- L'amélioration de la désinfection et la réduction des sous-produits de désinfection
- L'élimination des goûts et des odeurs

Elimination de la matière organique et la matière inorganique

Toutes les sources d'eau contiennent de la matière organique naturelle. Les concentrations (généralement mesurées en carbone organique dissous, DOC) diffèrent de 0,2 à plus de 10 mg L-1 [6]. La matière organique naturelle crée des problèmes directes, tels que le goût et l'odeur de l'eau, mais également des problèmes indirects tels que la formation de sous-produits organiques de désinfection, encourageant le développement de bactéries dans les systèmes de distribution, etc. Pour produire une eau potable pure, l'élimination de la matière organique naturelle est une priorité dans les traitements modernes de l'eau.
L'ozone, comme n'importe quel autre oxydant, réalise rarement une minéralisation complète de la matière organique naturelle. La matière organique est partiellement oxydée et devient plus facilement biodégradable. Ceci entraîne une plus grande quantité de BDOC (DOC Biodégradable). Par conséquent, l'ozone améliore le procédé d'élimination de la matière organique naturelle par un filtre subséquent, lorsqu'il est utilisé en tant que pré-oxydant [33,39,40]. Dans une recherche de Siddiqiui [40], l'effet de l'ozone en combinaison avec un filtre biologique est décrit. Le traitement combiné a pour conséquence la réduction de la DOC de 40 à 60%. L'élimination est encore meilleure lorsque l'ozone est utilisé avec un coagulant. Ceci parce que l'ozone peut favoriser le procédé de coagulation. La combinaison coagulation–ozone–bio filtration permet une réduction de la DOC de 64%. Lorsque la bio-filtration seule était utilisée, le taux de réduction était seulement de 13%. La concentration optimale pour éliminer la matière organique par l'ozone était une dose d'ozone de: O3/DOC = 1 mg/mg.
La plupart de la matière inorganique peut être éliminée par l'ozone assez rapidement [15,39]. Après l'ozonation, une bio filtration est également requise pour la matière inorganique. En fait, l'oxydation forme des composés insolubles qui nécessitent d'être éliminés lors de la prochaine étape de purification de l'eau.

Pesticides

Les micropolluants tels que les pesticides peuvent occuper l'eau de surface, mais également dans les eaux souterraines. Les normes de l'eau potable pour les pesticides dans l'Union Européenne sont strictes: 0,1 μg l-1 pour chaque composé [38].
Plusieurs chiffres montrent que l'ozone peut être efficace pour l'oxydation de plusieurs pesticides. Dans une unité de traitement de l'eau à Zevenbergen (Pays-Bas), il a été prouvé que trois barrières (stockage–ozonation–filtre à charbon actif (filtre GAC)) sont efficaces et assez sures pour l'élimination des pesticides. Sur 23 pesticides testés, 50 % furent suffisamment dégradés (80 % de dégradation). Le tableau 1 montre un aperçu sur les pesticides qui sont facilement dégradés par l'ozone. Pour les pesticides très résistant, un plus fort dosage d'ozone est conseillé, ou de l'ozone combiné au peroxyde d'hydrogène [38].

Tableau 1: dégradation des pesticides facilement dégradables par ozonation (%)

Pesticide

pH 7,2; 5 °C; O3/DOC = 1,0

pH 7,2; 20 °C; O3/DOC = 1,0

PH 8,3; 20 °C; O3/DOC = 1,0

diazinon

86

92

92

diméthoate

97

97

97

parathion-méthyle

85

91

91

diuron

91

95

98

linuron

67

81

89

methabenzthiazuron

78

90

94

metobromuron

83

91

94

MCPA

83

87

90

MCPP

91

93

93

chlortoluron; isoproturon; metoxuron; vinchlozoline

> 99

> 99

> 99

Réduction des sous-produits de désinfection et amélioration de la désinfection

Les sous-produits de désinfection (DBP) sont principalement formés lors de la réaction entre la matière organique et un désinfectant. La réaction du chlore avec la matière organique peut mener à la formation de DBP organiques chlorés, tels que les trihalométhanes (THM). L'ozone peut également réagir avec la matière organique et forme des DBP. Ceux-ci sont principalement des sous-produits organiques, tels que les aldéhydes et les cétones, qui peuvent être facilement dégradés par un bio filtre (90-100%). Généralement, ces DBP organiques de l'ozone ne présente aucun risque de violation des normes de l'eau potable, lorsque l'ozone est utilisé comme pré-oxydant.
Pour réduire la quantité de DBP à un système de désinfection conventionnel (désinfection par produits chlorés), il est important que le potentiel pour former des DBP reste faible. Ceci s'exprime souvent en tant que potentiel de formation de DBP (DBPFP). Le potentiel pour former les DBP peut être réduit par l’élimination de (la plupart de ) la matière organique naturelle, par exemple par pré-oxydation à l'ozone (ozone-filtration). Cette combinaison peut réduire le DBPFP de 70 à 80%, lorsque le chlore est utilisé comme désinfectant final [40]. Ceci concerne le DBPFP pour les THM, les acides halo acétiques et l'hydrate chloral.

L'ozone est un désinfectant plus efficace que le chlore, les chloramines, et même le dioxyde de chlore. Une dose d'ozone de 0,4 mg/L pour 4 minutes est généralement efficace pour l'eau prétraitée (faible concentration en matière organique naturelle) [39]. Plusieurs études ont prouvé que l'ozone, contrairement aux produits chlorés, peut désactiver les microorganismes résistants (voir la page sur les microorganismes résistants). Cependant, comme l'ozone se décompose rapidement dans l'eau, sa durée de vie dans les solutions aqueuses est très courte (moins d'une heure). Ainsi, l'ozone est moins appropriée à la désinfection résiduelle et peut seulement être utilisée dans les cas particuliers (principalement dans les petits systèmes de distribution). Le chlore et le dioxyde de chlore remplacent souvent l'ozone dans la désinfection finale. Pour la désinfection primaire (antérieur à la bio filtration) l'ozone est très adapté. Ceci mènera à une désinfection plus complète et à une plus faible concentration en désinfectant.

Elimination du goût et de l'odeur

La production d'odeur et de goût dans l'eau potable peut avoir plusieurs causes. Des composés entraînant le goût et l'odeur peuvent être présents dans l'eau brute, mais ils peuvent également être formés lors du traitement de l'eau. Ces composés peuvent dériver de la décomposition de matière, mais normalement ils résultent de l'activité d'organismes vivants présents dans l'eau [5]. Les composés inorganiques tels que le fer, le cuivre et le zinc peuvent aussi générer un goût spécifique. Une autre possibilité est que l'oxydation chimique (traitement au chlore) mène à des goûts et des odeurs désagréables.
Les composés provoquant des goûts et des odeurs sont souvent très résistants. Ainsi, leur élimination nécessite un procédé très intense [33]. Pour l'élimination du goût et de l'odeur, plusieurs procédés peuvent être appropriés, tels que l'oxydation, l'aération, la filtration au charbon actif (GAC) ou la filtration au sable. Généralement, on utilise une combinaison de ces techniques.
L'ozone peut oxyder les composants sur une gamme de 20 à 90% (en fonction du type de composé) [6]. L'ozone est plus efficace pour l'oxydation des composés insaturés. Comme ce fut le cas pour l'oxydation des pesticides, l'ozone combiné au peroxyde d'hydrogène (procédé AOP) est plus efficace que l'ozone seul. Le geosmin et le 2-méthylisoborneol (MIB) sont des exemples de composés odorants résistants, qui sont souvent présents dans l'eau. Ils sont produits par une algue et ont une faible odeur et un léger goût. Néanmoins, l'ozone a encore une très grande action sur ces composés, voir figure 1.

Figure 1: Elimination du MIB et du Geosmin (eau de rivière du Colorado, US)

Généralement, la voie la plus efficace pour éliminer les composants ayant une incidence sur le goût et l'odeur semblent être une combinaison entre la préoxydation et la filtration [5]. Le tableau 2 montre plusieurs combinaisons de techniques pour améliorer le goût. L'ozone avec un filtre à sable et une filtration au GAC est la combinaison la plus efficace (82% d'élimination).

Tableau 2: effet de l'ozone et de traitement subséquent pour la réduction de le goût et l'odeur effectués sur le pilote de traitement à Saint-Maur (France)

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