CH631141A5 - Procede de desinfection de l'eau. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un procédé de désinfection d'eau, plus particulièrement d'eau de distribution.
La désinfection des eaux de distribution, et en particulier de l'eau potable, a été considérée comme avantageuse pendant de très nombreuses années. Dans le passé, les efforts ont été dirigés principalement vers la destruction à 100% des germes pathogènes et des indicateurs de pollution fécale, ainsi que vers un degré élevé d'élimination de toutes les autres bactéries mais, actuellement, on porte une attention croissante à la prévention de la croissance ultérieure, c'est-à-dire à la prolifération de bactéries dans l'eau traitée au cours de sa distribution. Le problème de la croissance ultérieure peut se présenter pour diverses raisons. Tout d'abord, les procédés de désinfection traditionnels peuvent laisser dans l'eau une très petite proportion de bactéries. En deuxième lieu, un contrôle inadéquat ou une surcharge de l'installation de traitement peut conduire à une désinfection moins efficace que la normale. En troisième lieu, de nouvelles bactéries peuvent être introduites dans le système de distribution proprement dit, par exemple par croissance sur des matériaux de construction ou pendant la pose d'une conduite principale ou sa réparation, et par suite du contact avec les parois et avec l'air dans les réservoirs de service et les châteaux d'eau. La croissance ultérieure peut donner lieu à de mauvaises odeurs ou conférer un goût désagréable à l'eau de distribution. Les réclamations provoquées par la fourniture d'eau souillée peuvent s'accroître et la vie aquatique, qui utilise les bactéries comme éléments nutritifs, peut proliférer. La croissance ultérieure peut aussi donner lieu à une augmentation de la corrosion produite par voie bactériologique ou, s'il y a formation de dépôts bactériens, à un accroissement du prix de revient du pompage. Le problème de la croissance ultérieure prend une importance accrue quand les conditions climatiques favorisent la prolifération des bactéries, c'est-à-dire pendant les chaleurs estivales, ou quand le temps de séjour dans le système de distribution est allongé ou encore quand le système est endommagé.
Divers procédés de désinfection sont couramment employés à une échelle plus ou moins grande. Le plus important de ceux-ci consiste en l'addition de chlore, soit à l'état de chlore libre ou de chlore combiné, soit à l'état de dioxyde de chlore. Bien que le chlore libre soit le bactéricide le plus efficace, sa réactivité chimique est si grande qu'il ne peut se maintenir que très peu de temps dans la distribution à l'état résiduel. De plus, l'introduction de chlore dans des eaux de distribution contenant des substances ammoniacales peut donner lieu — dans certaines circonstances — à la formation de dichloramine et de trichloramine qui présentent toutes deux un goût désagréable pour les humains.
D'autres procédés de désinfection utilisés comprennent l'emploi d'ozone et d'irradiation ultraviolette, mais aucun de ces traitements ne laisse des résidus bactéricides. Le traitement de l'eau de distribution par le peroxyde d'hydrogène a aussi été proposé, mais le peroxyde d'hydrogène est un bactéricide comparativement moins efficace de sorte qu'en général son emploi ne constitue pas une proposition pratique pour cet usage.
La titulaire a trouvé que l'on peut obtenir des effets avantageux en utilisant pour la désinfection de l'eau, à la fois du peroxyde d'hydrogène et de la monochloramine.
Conformément à la présente invention, on désinfecte l'eau, plus particulièrement l'eau de distribution, en utilisant comme désinfectant à la fois de la monochloramine et du peroxyde d'hydrogène. L'invention procure également une composition comprenant une solution aqueuse de monochloramine et de peroxyde d'hydrogène, utilisable pour la mise en œuvre de ce procédé.
La titulaire a trouvé que la monochloramine et le peroxyde d'hydrogène peuvent avantageusement coexister pendant des périodes de plusieurs jours dans des eaux de distribution, en des concentrations suffisantes pour inhiber la croissance bactérienne. Par contre, le peroxyde d'hydrogène et le chlore libre réagissent l'un avec l'autre beaucoup trop rapidement, ce qui élimine les propriétés bactéricides de chacun des désinfectants.
Il est souhaitable de traiter l'eau de distribution au moyen d'au moins 0,01 ppm de monochloramine, les parties par million spécifiées ici étant des parties en poids, sauf indication contraire. Il est souhaitable que l'eau de distribution contienne au moins 0,05 ppm de peroxyde d'hydrogène. Toutefois, bien que la présence de ces concentrations de peroxyde d'hydrogène et de monochloramine produise une certaine destruction des bactéries dans l'eau, il est préférable que l'un au moins des deux constituants soit présent en une concentration plus élevée. Ainsi, la concentration en monochloramine dans l'eau est—de préférence — d'au moins 0,02 ppm et la concentration préférée de peroxyde est d'au moins 0,1 ppm. En général, l'effet de l'augmentation de la concentration d'un des constituants ou des deux réside en une réduction du taux de survie des bactéries dans la solution. Dans certains cas, le système de distribution d'eau comprend des réservoirs de stockage couverts (réservoirs de service) dans lesquels de l'eau désinfectée est déversée en continu et dont on retire constamment de l'eau. Des essais effectués par la titulaire ont montré que les niveaux bactériens de ces réservoirs peuvent être réglés en maintenant dans l'eau entrante des concentrations d'au moins 0,1 ppm de peroxyde d'hydrogène et d'au moins 0,025 ppm de monochloramine.
Si on emploie des concentrations de peroxyde et de chloramine plus élevées, le niveau bactérien de l'eau décroît progressivement, si bien que, avec 0,025 ppm de chloramine et 0,5 ppm de peroxyde
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d'hydrogène par exemple, on peut maintenir une destruction d'à peu près 100% des bactéries dans les conditions de l'essai. Evidemment, on pourrait utiliser des concentrations encore plus élevées de peroxyde d'hydrogène ou de monochloramine, mais celles-ci serviraient simplement de volant pour agir contre les inoculations beaucoup plus importantes et inattendues de bactéries dans le système. En pratique, la concentration de monochloramine et de peroxyde d'hydrogène dans l'eau, nécessaire pour lutter contre les bactéries, est déterminée par le niveau bactérien initial de l'eau. En général, la concentration de monochloramine ne sera pas supérieure à 0,5 ppm et, pour beaucoup d'applications, ne sera pas supérieure à 0,1 ppm. Parallèlement, la concentration de peroxyde d'hydrogène dans l'eau ne sera pas en général supérieure à 5 ppm et, le plus souvent, ne sera pas supérieure à 1 ppm.
On peut déduire du paragraphe précédent que le rapport entre la chloramine et le peroxyde d'hydrogène peut varier dans de larges limites. De préférence, le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine est d'au moins 2/1 et n'est généralement pas supérieur à 50/1 ; il est souvent compris dans l'intervalle de 4/1 à 20/1.
La concentration de la solution de peroxyde d'hydrogène utilisée pour traiter l'eau de distribution n'est pas critique et on peut employer n'importe quelle concentration disponible dans le commerce. Pour la commodité, la concentration est comprise de préférence entre 25 et 70% poids par poids. Si on le désire, la solution de peroxyde d'hydrogène peut être diluée aisément à n'importe quelle concentration, par exemple en vue de rendre la précision de l'addition de peroxyde plus facile à obtenir, et elle peut éventuellement contenir la monochloramine en une quantité appropriée. La monochloramine destinée à être incorporée à l'eau de distribution soit directement, soit dans la solution de peroxyde, peut être préparée par n'importe quel procédé chimique connu. Ainsi, suivant un procédé, on fait réagir du chlore avec du chlorure d'ammonium dans un tampon au borax à pH = 8,5 et, suivant un autre procédé, on fait réagir du chlore avec de l'ammoniaque aqueux à pH = 7,5.
Si on prépare la monochloramine in situ par réaction entre du chlore et des substances ammoniacales dissoutes, on ajoute ultérieurement — de préférence — suffisamment de peroxyde d'hydrogène pour laisser un résidu à concurrence des limites de quantités préférées indiquées plus haut, en tenant compte de la quantité qui va réagir avec le chlore libre résiduel.
Les eaux désinfectées selon le procédé de l'invention conviennent pour un usage domestique et peuvent notamment être utilisées comme eaux potables.
Après avoir décrit l'invention d'une manière générale, on va en décrire à présent de manière plus détaillée quelques formes de réalisation données à titre d'exemples.
L'eau utilisée dans les exemples présentait les caractéristiques suivantes:
Tableau 1
Caractéristiques
Valeurs au test
Dureté totale (mg CaC03/l)
286
Dureté en carbonate (mg CaC03/'l)
261
Dureté en non-carbonate (mg CaC03/l)
25
Dureté en calcium (CaC03/l)
277
Dureté en magnésium (mg Mg(2+i/T)
2,0
Fer (mg Fe/1)
0,01
Cuivre (mg Cu/1)
0,03
Nitrate (mg N/l)
4,0
Ammoniac (mg N/l)
0,02
Azote organique total (mg N/l)
0,1
Valeur en permanganate (mg O/l)
0,3
Carbone organique total (mg C/l)
0,4
pH
7,5
L'eau avait été soutirée directement de la conduite principale montante et, sauf à l'exemple 3B, avait été déchlorée en utilisant une lampe fluorescente Hanovia, modèle 16, le filtre étant retiré.
Les bactéries utilisées dans les exemples consistaient en un mélange de parties égales de cinq cultures préparées au laboratoire, à savoir Escherichia coli, Streptococcus faecalis (NCIB 775), Pseudomonas aeruginosa (NCIB 8295), Enterobacter sp. et Chromobacterium sp. On a employé des cultures de laboratoire afin d'obtenir des résultats reproductibles et d'éliminer l'élément de hasard qui se présente quand on utilise des échantillons d'eau naturelle. Le comptage des bactéries a été effectué en inoculant des plaques d'agar nutritif au moyen d'échantillons de 1 ml de l'eau, éventuellement dilués dix fois dans du liquide de Ringer de concentration réduite au quart. Dans les cas où on prévoyait que l'eau ne contiendrait que des nombres de bactéries relativement petits, on a utilisé des échantillons de 10 ml. Les plaques ont été soumises à incubation à 37° C pendant 24 h, puis on a procédé au comptage.
Exemple 1:
Dans cet exemple, on a comparé l'effet désinfectant d'une combinaison de peroxyde d'hydrogène et de monochloramine à celui du peroxyde d'hydrogène, de la monochloramine et d'un échantillon de référence (exempt de désinfectant). Des solutions fraîchement préparées contenant la quantité appropriée de désinfectant ont été inoculées par des bactéries jusqu'au niveau de 50 bactéries/ml, puis le niveau a été mesuré chaque jour. Les compositions initiales des solutions sont données au tableau 2 et les résultats sont résumés dans les fìg. 1 et 2, la fìg. 1 montrant l'efficacité du peroxyde d'hydrogène seul en comparaison avec un échantillon de référence et la fig. 2 montrant l'efficacité d'une combinaison de peroxyde d'hydrogène et de monochloramine en comparaison avec un échantillon de référence et avec de la monochloramine seule.
Tableau 2
N° de la figure
Concentration
Concentration
Courbe en H,0, (mg/0
en NH2C1 (mg/1)
1
A
1
B
5
1
C
0,5
—
1
D
0,2
1
E
0,1
2
A
2
B
0,5
0,025
2
C
0,2
0,025
2
D
0,1
0,025
2
E
0,025
—
Les figures et le tableau 2 mettent bien en évidence que la combinaison a donné de meilleurs résultats que la monochloramine ou le peroxyde d'hydrogène pris séparément.
Exemple 2:
Dans cet exemple, on a comparé l'efficacité d'une combinaison de peroxyde d'hydrogène et de monochloramine à celle de la monochloramine seule ou du peroxyde d'hydrogène seul dans des conditions prévoyant l'élimination quotidienne de la moitié de l'eau et son remplacement par de l'eau fraîche contenant le niveau initial de bactéries et de désinfectants. On a procédé au comptage journalier du nombre de bactéries. Les compositions initiales des solutions sont données au tableau 3 et les résultats sont résumés dans les fig. 3 et 4. La méthode simule un réservoir de service (ou réservoir de stockage couvert) utilisé pour un stockage de courte durée.
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65
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Tableau 3
N°de la figure
Courbe
Concentration en H202 (mg/1)
Concentration en NH2C1 (mg/1)
3
A
3
B
5,0
—
3
C
0,5
—
3
D
0,2
—
3
E
0,1
—
4 4 4 4
A B C D
0,2 0,1 0,025
0,025 0,025
Les fig. 3 et 4 permettent de constater qu'une combinaison de peroxyde et de monochloramine a été à même de maintenir le nombre de bactéries en dessous de celui de l'inoculation, particulièrement avec
4
une concentration d'au moins 0,2 ppm de peroxyde d'hydrogène en combinaison avec 0,025 ppm de monochloramine.
Exemple 3:
5 Dans cet exemple, on a simulé la distribution par pipeline en utilisant un tuyau en polyèthylène de 200 m ayant un diamètre de 19 mm, alimenté au départ des canalisations principales. L'eau était dosée en bactéries et contenait les bactéricides mentionnés au tableau 4; la pression dans les tuyauteries était obtenue en utilisant
10 des pompes Metripump Q/5513, le tuyau fournissant 41/min. Après avoir atteint l'état d'équilibre, on a fermé la sortie pour maintenir le temps de séjour nécessaire et on a arrêté le pompage. Les temps de séjour supérieurs à 20 h ont été obtenus uniquement en fermant le système après 20 h, si bien que les temps de contact de plus de 20 h
15 représentent 20 h de contact avec écoulement plus la différence en contact statique.
Les comptages de bactéries des échantillons d'eau et les niveaux résiduels de bactéricides ont été mesurés au temps zéro et après 6,22 et 40 h. Les résultats sont résumés aux tableaux 4 et 5.
20 Pour l'essai B, l'eau a été déchlorée par addition d'une quantité suffisante de thiosulfate. Les essais A et B ne sont présents que pour permettre la comparaison.
Tableau 4
Essai
Chlore résiduel (ppm)
H202 résiduel (ppm)
Nombre de bactéries/ml après
Oh
6h
22 h
40 h
A
0,1
90
27
11
0
B
—
0,25
150
140
16
12
C
0,1
0,25
87
52
0
0
Tableau 5
Essai
Résidu (ppm)
Après
Oh
6h
22 h
40 h
A
Chlore libre
0,04
0,04
0,02
<0,02
Chlore combiné
0,06
0,05
0,06
0,03
B
h2o2
0,25
0,20
<0,1
<0,1
C
Chlore libre
0,045
<0,02
0
0
Chlore combiné
0,05
0,045
0,05
0,035
h2o2
0,2
0,15
<0,1
<0,1
R
2 feuilles dessins
Claims (13)
1. Procédé de désinfection d'eau au moyen d'un désinfectant, caractérisé en ce que le désinfectant comprend à la fois de la monochloramine et du peroxyde d'hydrogène.
2. Procédé selon la revendication 1, appliqué aux eaux de distribution.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'eau de distribution est traitée de manière à obtenir une concentration d'au moins 0,01 ppm en poids de monochloramine.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'eau de distribution est traitée de manière à obtenir une concentration d'au moins 0,02 ppm en poids de monochloramine.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'eau de distribution est traitée de manière à obtenir une concentration d'au moins 0,05 ppm en poids de peroxyde d'hydrogène.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'eau de distribution contient au moins 0,1 ppm de peroxyde d'hydrogène.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine est d'au moins 2/1.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine n'est pas supérieur à 50/1.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine est compris dans l'intervalle de 4/1 à 20/1.
10. Composition pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 2, comprenant une solution aqueuse de monochloramine et de peroxyde d'hydrogène.
11. Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce que le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine est d'au moins 2/1.
12. Composition selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine n'est pas supérieur à 50/1.
13. Composition suivant la revendication 12, caractérisée en ce que le rapport pondéral entre le peroxyde d'hydrogène et la monochloramine est compris dans l'intervalle de 4/1 à 20/1.
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