Sous-produits de désinfection de l'eau

Généralités

Si les produits désinfectants arrivent tous, lorsque l'on optimise la valeur Concentration-Temps, à détruire de façon satisfaisante les micro-organismes, chacun de ses produits, après réaction, donne naissance à ce que l'on appelle des sous-produits de désinfection. De plus, en addition de ces sous-produits, il peut rester dans l'eau des résidus de produit désinfectant. Ces deux types de produits, même si les études ne l'ont pas démontré de façon certaine, peuvent parfois être dangereux pour la santé humaine. L'objectif de cette page est donc de passer en revue l'ensemble des techniques de désinfection et d'en donner les principaux avantages et inconvénients, notamment en abordant le problème des sous-produits et résidus de désinfection.

Sous-produits et résidu de produits de désinfection

L'Environmental Protection Agency (EPA) a publié en 1999 une liste des sous-produits et de résidus de désinfection susceptibles d'affecter la santé humaine. Ceux-ci sont classés dans 4 catégories précises :

Les résidus de produits de désinfection
Les sous-produits inorganiques
Les sous-produits organiques d'oxydation
Les sous-produits organiques halogénés

Vous trouverez ci-dessous une liste plus détaillée et complète des résidus de produits de désinfection et des sous-produits de désinfection.

Résidus de produits de désinfection	Chlore libre Chloramines Dioxyde de chlore (D)
Sous-produits inorganiques	Ions chlorate ions Chlorites Ions Bromures (B2) Ions Iodates Peroxydes d'hydrogène Ammoniaque
Sous-produits organiques d'oxydation	Aldéhydes Acides carboxyliques Carbone organique assimilable
Sous-produits organiques halogénés	Trihalométhanes (B2) Acides haloacétiques (B2 et C) Haloacétonitriles Halokétones Chlorophénoles Chloropicrines

Les dangers potentiels de ces composés chimiques sont assez peu connus pour l'instant, mais deviennent une préoccupation de plus en plus importante. L'EPA a établi une première classification de ces sous-produits en 1999, basée sur des études épidémiologiques. On distingue 4 niveaux principaux de danger :

Les composés cancérigènes (A) : un lien a été établi entre les composés et la naissance de cancer chez l'homme, basé sur des études épidémiologiques (aucun composé n'appartient pour l'instant à cet catégorie).
Les composés cancérigènes probables (B) : Preuves limités provenant d'études épidémiologiques sur l'homme (B1) et/ou preuves suffisantes provenant d'études menées sur des animaux (B2).
Les composés cancérigènes possibles (C) : Preuve limités obtenus par des études sur des animaux, pas données ou données inadéquates pour les conséquences sur la santé humaine.
Les composés non répertoriables (D) : Aucune preuve scientifique.

Les sections qui suivent s'attachent à donner les principaux sous-produits de désinfection, et à résumer les avantages et inconvénients de chaque procédé de désinfection.

Chlore et hypochlorites : Sous-produits de désinfection / avantages et inconvénients du procédé

Depuis quelques années, de nombreux systèmes de traitement d'eau utilisent le chlore ou les hypochlorites en combinaison avec d'autres systèmes de désinfection et de traitement. La majorité des système de traitement d'eau de surfaces et souterraines utilisent le chlore.

En ce qui concerne la création de sous-produits de désinfection, des composés halogénés sont formés lorsque de réactions entre les composés naturels organiques et le chlore libre.

Avantages

Inconvénients

Oxydation du fer et du manganèse.
Améliore le traitement de la couleur de l'eau.
Peu améliorer la coagulation, et par conséquent la filtration.
Biocide efficace.
Le chlore est la solution la plus facile à mettre en oeuvre et la moins coûteuse, malgré la taille des systèmes.
Il s'agit de la méthode la plus utilisée, et par conséquent, la plus connue.
Le chlore est disponible sous formes d'hypochlorite de calcium et de sodium. Les hypochlorites sont plus faciles à utiliser que le chlore gazeux et moins dangereux. Les équipements requis sont également moins importants.
Le chlore a un effet rémanent.

Formation de sous-produits halogénés.
Après traitement, l'eau peut avoir un goût et une odeur désagréables, selon les doses utilisées.
Le chlore est un gaz corrosif.
Les hypochlorites sont plus chers que le chlore gazeux.
L'hypochlorite de sodium se dégrade au cours du temps et à l'exposition à la lumière.
L'hypochlorite de sodium est un produit chimique corrosif.
L'hypochlorite de sodium doit être conservé dans un endroit sec et frais, afin d'éviter les réactions dues à l'humidité et à la chaleur.
Des solutions hautement concentrées en hypochlorites sont instables et génèrent la production de chlorate.
Moins efficace à pH élevé.
Des sous-produits oxygénés biodégradables peuvent être produits, et ainsi favoriser la croissance bactériologique si le taux de chlore résiduel n'est pas maintenu.

Dioxyde de chlore : Sous-produits de désinfection / avantages et inconvénients du procédé

Lors du traitement de l'eau avec le dioxyde de chlore, les principaux sous-produits de désinfection sont les chlorates, chlorites, ainsi que des sous-produits organiques. La dose maximale préconisée par l'EPA est de 10 mg/l pour la concentration totale en dioxyde de chlore résiduel, chlorites et chlorates.

Avantages

Inconvénients

Le dioxyde de chlore est plus efficace que le chlore et les chloramines pour l'inactivation des virus.
Le dioxyde de chlore oxyde le fer, le manganèse et les sulfides.
Le goût et la couleur dus à la croissance d'algues sont bien traités avec le dioxyde de chlore.
Si le dosage est correct, aucun sous-produit halogéné n'est formé.
Le dioxyde de chlore est produit facilement sur site.
Le pH n'influence pas les capacités de biocide du dioxyde de chlore.
Le dioxyde de chlore a un effet rémanent.

L'utilisation du dioxyde de chlore implique la formation de chlorite et de chlorate.
Le réglage des installations est difficile, et un dosage en excès peut induire la formation de sous-produits halogénés.
Le dioxyde de chlore se décompose à la lumière.
Le dioxyde de chlore doit être produit sur site

Lenntech - ClO2

Ozone : Sous-produits de désinfection / avantages et inconvénients du procédé

L'ozone ne forme pas de sous-produit halogénés (THM et acide haloacétique) lorsqu'il est impliqué dans des réaction d'oxydation avec les composés organiques naturels (sauf en présence d'ion bromure). Cela dit, celui-ci abouti à la formation de nombreux sous-produits organiques et inorganiques :

Aldéhydes : Formaldéhyde, acétaldéhyde, ...
Acides : acide oxalique, acide formique, acide acétique
Acide pyruvique
Bromoforme, ion bromate (en présence d'ion bromure)
Peroxyde d'hydrogène

Avantages

Inconvénients

L'ozone est plus efficace que le chlore, le dioxyde de chlore, et les chloramines pour inactiver les virus, les Giardia et Cryptosporidium.
L'ozone oxyde le fer et le manganèse
L'ozone peut parfois améliorer la clarification de l'eau et la diminution de la turbidité
L'utilisation de l'ozone agit sur la couleur, le goût et les odeurs
En l'absence de bromure, aucun sous-produit halogéné n'est formé.
L'ozone est très efficace, et ne demande qu'un temps de contact très court.
Au cours de la décomposition de l'ozone pur, le seul sous-produit est de l'oxygène dissout.
La pouvoir de biocide n'est pas altéré par la valeur du pH de l'eau à traiter.

La présence de bromure, d'aldéhyde, etc. aboutie à la formation de sous-produits pouvant être halogénés.
Le coût d'investissement est élevé, en comparaison avec les autres procédés.
L'ozone est hautement corrosif et toxique.
Des filtres biologiques sont nécessaires pour récupérer le carbone organique et les sous-produits de désinfection biodégradables
L'efficacité de l'ozone décroît rapidement a des valeurs de pH et de température élevées.
L'effet de l'ozone n'est pas rémanent.

Lenntech - Ozone

UV : Sous-produits de désinfection / avantages et inconvénients du procédé

Contrairement aux autres désinfectants, le rayonnement UV ne détruit pas les micro-organismes par réaction chimique. Cela-dit, il y a réaction photochimique avec l'ADN et l'ARN. D'après les expériences d'Ellis et Well en 1941 et Murov en 1973, le rayonnement UV peut aboutir à la création d'ozone ou/et de composés possédant des radicaux oxydants. L'utilisation d'un traitement post-UV avec du chlore ou des chloramines ne modifie pas de façon significative le taux de formation de sous-produits de désinfection.

De façon générale, très peu de sous-produits de désinfection sont générés lors de l'utilisation du rayonnement UV.

Avantages

Inconvénients

Très efficace contre les bactéries et virus à faible dosage (de 5 à 25 mW.s/cm² pour une efficacité en 2.log et 90 à 140 mW.s/cm² pour 4.log).
Production minimale de sous-produits de désinfection

Les eaux fortement chargées en fer, calcium, phénols, avec une turbidité élevée ne se prête pas au traitement UV.
Effet non rémanent.

Lenntech - UV

Chloramines : Sous-produits de désinfection / avantages et inconvénients du procédé

Le pouvoir désinfectant des chloramines est connu depuis les années 1900. Les chloramines sont formées par la réaction de l'azote ammoniacal avec le chlore. L'intérêt pour ce moyen de désinfection s'est affaibli depuis les années 1950. Cela-dit, les préoccupations actuelles concernant la présence de THM et d'acides haloacétiques dans l'eau font que l'on s'intéresse de nouveau aux chloramines, car ils ne produisent que très peu de sous-produits de désinfection. On distingue les monochloramines, NH₂Cl, et dichloramines NHCl₂ et les trichloramines, ou le trichlorure d'azote NCl₃.

La création de sous-produits de désinfection avec l'utilisation de chloramines dépend de nombreux facteurs, notamment du ratio chlore/ammoniaque et du pH. Les produits formés sont des composés organiques chlorés, cela-dit de façon beaucoup moins importante que lors de l'utilisation d'une même dose de chlore libre.

Avantages

Inconvénients

L'utilisation des chloramines génère moins de sous-produits de désinfection que le chlore libre.
Les résidus de monochloramines sont plus stables et ont une période d'action plus longue que le chlore libre ou le dioxyde de chlore. Cela-dit, la présence en excès d'ammoniaque peut favoriser la formation de biofilms.
L'utilisation de chloramines n'est pas coûteuse.
La fabrication de chloramines est simple.

Les capacités de désinfection des chloramines ne sont pas aussi importantes que celles des autres procédés, comme l'ozone, le chlore et le dioxyde de chlore.
Les chloramines n'oxydes pas le fer et le manganèse.
Les excès d'ammoniaque peuvent conduire à des problèmes de nitrification
Les monochloramines sont moins efficaces à des pH élevés.
Les chloramines doivent être produits sur site.

Permanganate de potassium : Sous-produits de désinfection / avantages et inconvénients du procédé

La fonction première du permanganate de potassium (KMnO4) est d'agir sur le goût, les odeurs, la couleur, la croissance bactériologique dans les stations de traitement et de favoriser le traitement du fer et du manganèse. Une seconde utilisation du permanganate de potassium permet de faire de celui-ci un bon moyen de lutte contre la formation de THM et autres sous-produits, en oxydant les précurseurs. Bien que le permanganate possède de bons pouvoirs d'oxydants, ce n'est qu'un désinfectant assez peu efficace.

Il n'existe aucune littérature en ce qui concerne la formation de sous-produits de désinfection avec le permanganate de potassium. Un pré-traitement de l'eau au permanganate en association avec un post-traitement au chlore permette de réduire la formation de sous-produits de désinfection.

Avantages

Inconvénients

Le permanganate de potassium oxyde le fer et le manganèse.
Il oxyde les composés responsables de modifications du goût et des odeurs.
Il est facile à transporter, à stocker et à appliquer.
C'est un bon moyen de réduire la formation de THM et autres sous-produits de désinfection.
Son utilisation n'a que peu de conséquences sur les traitements postérieurs.
Le permanganate est efficace contre certain virus.

L'usage du permanganate de potassium nécessite un temps de contact relativement long.
Le permanganate de potassium à tendance à donner une coloration rose à l'eau.
C'est un produit toxique irritant pour la peau et les muqueuses.
Certain dangers existent lors de la préparation des solutions.
Les surdosage ont des conséquences sur la santé humaine (jaunisse, pression artérielle)

Comme l'illustre ce document, le choix d'une méthode de désinfection de l'eau est difficile, car dépendant de nombreux paramètres souvent complexes à analyser. Lenntech peut vous aider à déterminer un système de désinfection efficace, en fonction de critères précis, et optimisant le choix des procédés à mettre en oeuvre. Contactez-nous pour tout renseignement !

Source : EPA

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