Les biocides

On a souvent besoin de diminuer le nombre de bactéries et de micro-organismes présent. Ceci peut être efectué avec des biocides: des produits chimique qui sont toxique pour le micro-organismes. Il y a différents types types de biocides, certains ont un large champ d'actions (ils ont des effets sur beaucoup de types de bactéries différents). On peut distinguer les agents oxydants et les agents non-oxydants. 

Agents oxidant :

Chlore
Dioxide de chlore
Chloro-isocyanurates
Hypochlorite
Ozone

Chlore

Le chlore est le biocide industriel le plus utilisé aujourd'hui. Il est utilisé pour la désinfection des eaux domestiques ou pour l'elimination pour une longue période du gout et de l'odeur de l'eau. La quantité de chlore que l'on doit ajouter dans l'eau est déterminée par plusieurs facteurs à savoir la demande en chlore, le temps de contact, le pH et le température de l'eau, le volume d'eau et la quantité de chlore perdu par aération. 
Quand le dichlore (gaz) pénètre dans l'eau il s'hydrolyse pour former de l'acide hypochloreux et de l'acide chlorhydrique. 

La réaction qui se produit est la suivante:
Cl₂ + H₂O -> HOCl + HCl

L'acide hypochloreux est responsable des réactions d'oxydation avec le cytoplasme des micro-organisme, après diffusion à travers les membranes cellulaires. Le chlore perturbe ensuite la production d'ATP (adenosine triphosphate), une molécule importante intervenant dans les mécanismes de respirations. Les bactéries qui sont présentes dans l'eau meurent suite à des problèmes respiratoires, provoqués par l'activité du chlore. 
La quantité de chlore que l'on doit ajouter pour contrôler la croissance des bactéries dépend du pH. Plus le pH est élevé, plus on doit ajouter de chlore pour tuer les bactéries indésirables. Quand le pH est compris entre 8 et 9, on doit ajouter 0.4 ppm de chlore. Quand le pH est compris entre 9 et 10 on doit ajouter 0.8 ppm de chlore.

Dioxide de chlore

le dioxide de chlore est un biocide oxydants actif, qui est de plus en plus utilisé du fait qu'il est moins nocif pour l'environnement at pour l'homme que le chlore. Il ne forme pas d'acide chlorhydrique dans l'eau, il existe sous la forme de dioxide de chlore dissout. A des pH basiques c'est un biocide plus réactif que le chlore notemment.  
Le dioxide de chlore est un gaz explosif, et par conséquent on doit le produire ou le générer sur site, au moyen des réactions suivantes: 

Cl₂ + 2 NaClO₂ -> 2 NaCl + 2 ClO₂
ou
2 HCl + 3 NaOCl + NaClO₂ -> 2 ClO₂ + 4 NaCl + H₂O.

Chloro-isocyanurates

Ils s'agit de composés organo-chlorés qui s'hydrolyse en acide hypochloreux et en acide cyanhydrique dans l'eau. L'acide cyanhydrique réduit la perte de chlore du aux réactions photochimiques avec les rayons UV, ainsi il y a plus d'acide hypochloreux utile à l'action biocide. 

Hypochlorite

L'ion hypochlorite est un des ions de l'acide hypochloreux: (ClO^-), on peut le trouver sous différentes formes. En général il est utilisé sous forme d' hypochlorite de sodium (NaOCl), aussi appelé hypochlorite de soude ou eau de javel,  et d'hypochlorite de calcium (Ca(OCl)2). Ces composés peuvent être utilisés comme biocides. Il fonctionne à peu près de la même façon que le chlore, bienqu'il soit un peu moins efficace. 

Ozone

L'ozone est naturellement instable. On peut l'utiliser comme un agent oxydant puissant, lorsqu'on le génère par un réacteur. En tant que biocide il agit en gros de la même façon que le le chlore: il perturbe la production d'ATP, de ce fait la respiration cellulaire des micro-organismes est rendu difficile. Lors d'un oxydation avec de l'ozone, les bactéries meurent en général de la perte du contenu essentiel à la vie du cytoplasme.
Lors du procédé d'oxydation l'ozone se décompose en oxygène et un atome d'oxygène, qui est perdu lors de la réaction avec les fluides cellulaires de la bactérie:
O₃ -> O₂ + (O)

Un certain nombre de facteurs déterminent la quantité d'ozone nécessaire pour l'oxydation, il s'agit du pH, de la température, des produits organiques et solvants présents, et des produits de réaction accumulés.
L'ozone est moins nocive pour l'environnement que le chlore, car on ajoute pas de chlore dans l'eau et du fait de sa décomposition en oxygène, il ne met pas en danger la vie aquatique. 
En général 0.5 ppm d'ozone sont ajoutés dans le système, de façon continue ou intermittente. 

Agents non-oxidants:

Acroléine
Amines
Produits phénoliques chlorés
Sels de cuivre
Composés organo-souffrés
Sels d'ammonium quaternaire

Dans beaucoup de cas les agents oxydants ne sont pas des biocides efficaces. On utilise alors des agents non-oxydant.

Acroléine

L'acroléine est un biocide extrèmement efficace qui a un avantage sur les composés oxydants an ce qui concerne l'environnement, car il peut être facilement désactivé par du sulphite de sodium avant le rejet des eaux dans la nature.  
L'acroléine a la capacité d'attaquer et de perturber les groupes protéïques et les réactions de synthèses des enzymes. En général on l'introduit dans l'eau sous forme de gaz à une concentration de 0.1 à 0.2 ppm pour les eaux neutres à légèrement alcalines. 
On n'utilise pas très fréquemment l'acroléine car c'est produit extrèmement inflammable.

Amines

Les amines sont des surfactants efficaces qui peuvent agir comme biocide du fait de leur capacité à tuer les micro-organismes. Ils peuvent améliorer l'effet biocide des produits phénoliques chlorés quand ils sont utilisés dans l'eau.


Produits phénoliques chlorés

Les produits phénoliques chlorés, contrairement aux biocides oxidants, n'ont pas d'effet sur la respiration des micro-organismes. Ils sont d'abord absorber par le membrane cellulaire grâce à des interactions avec les liaisons hydrogènes. Après absorption par la membranes, ils se diffusent dans la cellule où ils sont en suspension et où ils précipitent les protéines. La croissance des micro-organismes est alors inhibée. 

Sels de cuivre

Les sels de cuivre sont utilisés comme biocides depuis longtemps, mais leur utilisation a été limité ces dernières années du fait des inquiétudes concernant la contamination par les métaux lourds. On les utilise à des concentrations comprisent entre 1 et 2 ppm.
Quand l'eau qui est traitée se trouve dans un réservoir an acier, les sels de cuivre ne peuvent être utilisés, à cause de leur capacité à corroder l'acier. On ne doit pas non plus les utiliser pour l'eau potable car ils sont toxiques pour l'homme. 

Composés organo-soufrés

Les composés organo-soufrés agissent comme biocides en inhibant la croissance des cellules. Il y a plusieurs composés organo-souffrés différents qui fonctionnent à des pH différents. a
Normalement l'énergie est transferrée dans les cellules bactériennes quand le fer passe de la forme Fe³⁺ à  Fe²⁺. Les composés organo-soufrés élimine les ions  Fe³⁺ par complexation. Le transfert d'énergie dans la cellule est alors stoppé et la mort immédiate de la cellule s'en suit. 

Sels d'ammonium quaternaire

Les sels d'ammonium quaternaire sont des composés chimiques constitués en général d'un atome d'azote substitué par 4 groupes comportant entre 8 et 35 atomes de carbone. 
Ces composés sont en général plus efficaces à des pH alcalins. Ils sont chargés positivement et se lient sur les sites chargés négativement de la membrane cellulaire, ce qui procoque la mort de le cellule par tension sur le membranes. En diminuant la perméabilité de la membranes, ils peuvent aussi stopper es flux de composés dans la cellules.
L'utilisation des sels d'ammonium quaternaire est limitée car ils peuvent interagir avec l'huile lorsqu'il y en a et ils peuvent former de l'écume.