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Le chlore est employé pour les eaux de consommation et de piscine, dans les circuits de refroidissement et en traitement tertiaire des effluents urbains. Il est principalement utilisé pour assurer la désinfection des eaux mais peut également permettre de contrôler le développement de divers organismes (algues, moules, coquillages). Il peut aussi oxyder des composés responsables de goût et d’odeur, oxyder le fer et le manga­nèse, éliminer la couleur, améliorer la coagulation mais le risque associé de générer des sous-produits nocifs oriente vers l’emploi d’autres oxydants.

À partir des récipients de stockage, le chlore est distribué dans l’eau au travers de l’organe de dosage appelé chloromètre (voir chlore). L’hypochlorite de sodium en solution est directement injecté dans l’eau généralement à l’aide d’une pompe doseuse. Il en est de même pour l’hypochlorite de calcium après dissolution. La dilution des solutions d’hypochlorite par une eau dure peut entraîner des phénomènes d’entartrage.

Dans tous les cas d’application, il est important que le mélange de la solution mère chlorée avec l’eau à traiter soit parfaitement et rapidement obtenu. Aussi, l’injection est réalisée sous chute d’eau, sous agitation ou dans un mélangeur en ligne. De plus, les bassins de contact doivent être aménagés pour éviter, dans la mesure du possible, tout court-circuit par lequel une partie de l’eau échapperait au temps de contact mini­mal nécessaire.

La dose de chlore à distribuer est déterminée d’après les mesures de la demande en chlore de l’eau à trai­ter et de la concentration résiduelle en chlore libre.

Le temps de contact nécessaire est essentiellement lié à la cible visée, à la présence de composés interfé­rents (MES, composés oxydables) et aux conditions d’application du chlore : concentration en chlore libre, pH et température de l’eau, qualité de la mise en contact (mélange, hydraulique du réacteur).

application en désinfection des eaux de consommation

Parmi les facteurs dont dépend l’efficacité du chlore, le pH et la température de l’eau ont un effet prépon­dérant (figure 3) :

  • le pH conditionne la distribution des espèces acide hypochloreux et anion hypochlorite ; or, l’acide hypochloreux, reconnu comme le plus germicide, prédomine en milieu acide à neutre. Cette considération justifie en particulier le besoin d’ajuster le pH dans le cas d’emploi d’hypochlorite ;
  • la vitesse d’inactivation des micro-organismes augmente à température croissante.
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Figure 3. Valeurs de CT pour l’inactivation des virus par le chlore

Le dimensionnement du réacteur de chloration est effectué sur la base du critère CT (produit de la concen­tration résiduelle en désinfectant C en mg · L–1, par le temps de contact T en min). Ce dernier est établi pour chaque germe pathogène à inactiver en fonction de la température et du pH (tableau 1).

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Tableau 1. Gammes de valeur de CT pour l’inactivation de 2 log (99 %) des principaux micro-organismes par le chlore à pH 6 à 7 et à température entre 5 et 25 °C

Le maintien d’une concentration en chlore libre de 0,5 mg · L–1 pendant 30 min à pH inférieur à 8 permet d’éliminer à la fois les bactéries pathogènes et le virus de la poliomyélite. Les kystes de protozoaires requiè­rent en revanche des valeurs de CT rédhibitoires pour l’application du chlore du fait des tailles d’ouvrage correspondantes et des risques de formation de sous-produits tels que THM et HAA par réaction compétitive avec les matières organiques.

Les bassins de contact sont conçus de sorte à se rapprocher du réacteur idéal qui assure un temps de séjour de l’eau strictement équivalent au temps de contact hydraulique. La géométrie du réacteur doit donc permettre un écoulement en flux piston. En pratique, le temps de contact réel est pris égal au temps de pas­sage noté T10 mesuré sur la sortie de 10 % du flux de traceur. Le rapport T10/temps de résidence hydrauli­que permet alors de rendre compte de l’écart dans la distribution des temps de séjour par rapport au réacteur idéal à flux piston. Il varie entre 0,1 et 0,7 en fonction de la géométrie des bassins. Il augmente grâce à l’aménagement de chicanes qui définissent des canaux dont la longueur peut être jusqu’à 50 fois plus éle­vée que la largeur (figure 4).

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Figure 4. Réhabilitation d’une bâche de contact au chlore par chicanage (C = 0,5 mg · L–1) : modélisation par CFD

Le taux de chlore libre dans le réseau de distribution doit être suffisant pour empêcher la reviviscence bactérienne et le développement de micro-invertébrés. La concentration en chlore libre est au moins égale à 0,1 mg· L–1. Elle est ajustée à l’entrée du réseau en fonction de sa configuration mais aussi de son entretien et de la qualité de l’eau. Si le réseau est très étendu, des injections de chlore peuvent être nécessaires en divers points comme les réservoirs intermédiaires.

autres applications

Les conditions générales d’application du chlore pour le traitement des eaux autres que les eaux de consommation sont décrites dans le tableau 2 à titre indicatif.

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Tableau 2. Cas conventionnels d’application du chlore hors eaux de consommation