FAQ - étapes de purification de l'eau

Quelles sont les méthodes spécifiques de purification de l'eau ?

L'eau qui est distribuée dans les villes et les communautés est intensivement traitées. Il y a des étapes spécifiques de purification afin que l'eau corresponde aux normes en vigueur. 
On peut répartir les méthodes de purification dans trois groupes, le dépôts des matières en suspension, les traitements physico-chimique des colloïdes et les traitements biologiques. Toutes ces méthodes de traitement ont plusieurs applications différentes.

Quel sont les principes de fonctionnement de ces différentes méthodes?

1 Traitement physique de l'eau

Le traitement physique de l'eau concerne essentiellement les techniques de filtration.  La filtration sert à retirer les solides des liquides. Il y a différentes techniques de filtration. Un système de filtrage typique se compose d'un réservoir, du filtre lui même et d'un système de contrôle pour permettre le refoulement.

Écrans

La filtration par les  écrans est habituellement faite au début du processus de purification de l'eau. La forme des écrans dépend des particules qui doivent être enlevées.

Filtration sur sable

La filtration sur sable est une méthode fréquemment employée et très robuste pour enlever les solides en suspension de l'eau. Le filtre se compose de plusieurs couches de sable de taille et de densité différente. Quand l'eau traverse le filtre, la matière en suspension précipite dans les couches de sable  et l'eau, qui contient moins de matière en suspension s'écoule hors du filtre. Quand les filtres sont chargés en particule on inverse la direction du flux afin de le régénérer. Les petites particules passent à travers le filtre à sable, par conséquent une deuxième filtration est en géneral nécessaire.

La Filtration sur membrane

La filtration par écoulement à travers une membrane permet d'éliminer à la fois la matière en suspension et la matière organique dissoute, ceci en utilisant une membrane perméable. Le concentrat s'écoule le long de la membrane et hors du système et le reste de la solution est éliminée en s'écoulant de l'autre côté de la membrane. 
Il y a différentes techniques de filtration sur membrane: la micro-filtration, l'ultra filtration, la nano-filtration et l'osmose inverse. La technique à utiliser dépend du type de composé à éliminer et de la taille des particules.

1) La microfiltration
La microfiltration est une technique de séparation sur membrane dans laquelle les particules,ou autres matières en suspension, dont la dimension particulaire est comprise entre 0,1 et 1,5 microns, sont séparées d'un liquide. Elle permet d'éliminer la matière en suspension, les bactéries ou d'autres impuretés. La taille nominale des pores d'une membrane microfiltration est de 0.2 microns.

2) L'ultrafiltration
L'ultrafiltration est une technique de séparation sur membrane dans laquelle les particules, ou autres matières en suspension, dont la dimension particulaire est comprise entre 0,005 et 0,1 microns, sont séparées du liquide. Elle permet d'éliminer les sels, les protéines et d'autres impuretés. Les membranes d'ultrafiltration ont une taille nominale de pore de 0,0025 à 0,1 microns.

3) La Nanofiltration
La Nanofiltration est une technique de séparation sur membrane dans laquelle les particules, ou autres matières en suspension, dont la dimension particulaire est comprise entre   approximativement 0,0001 et 0,005 microns, sont séparés d'un liquide. Elle permet d'éliminer les virus, les pesticides et les herbicides.

4) Osmose inverse (RO)
L'osmose inverse, ou RO, est la technique de séparation sur membrane disponible la plus fine. La RO sépare les particules, ou autres matières en suspension, dont la dimension particulaire peut aller jusqu'à 0,001 microns. Elle permet d'éliminer les ions métalliques et d'éliminer complètement les sels aqueux.

Plus sur l'osmose inverse et la pression osmotique

La Filtration par cartouche

Les unités de filtration par cartouche se composent de fibres. Ce sont les installations les plus efficaces et les plus économiques lorsque le niveau de contamination ne dépasse pas 100ppm. Lorsque le niveau de pollution est plus important on utilise ces installations en fin de process en finition.

2 traitement chimique de l'eau

Le traitement chimique de l'eau concerne beaucoup de méthodes. La méthode à utiliser dépens du type de contamination. Voici un résumé de plusieurs de ces méthodes.

Addition d'un produit chimique

Il y a de diverses situations dans lesquelles des produits chimiques sont ajoutés, par exemple pour empêcher la formation de certains produits de réaction. En voici quelques exemples:
- Ajout d'agents de chélation afin d'empêcher les effets négatifs de la dureté, provoqués par le dépôt du calcium et du magnésium.
- Ajout d'oxydants, en tant que biocide, ou pour neutraliser les agents réducteurs.
- Ajout de réducteurs pour neutraliser les oxydants, tels que l'ozone et le chlore. Ils aident également à empêcher la dégradation des membranes de purification.

Clarification

La clarification est un processus multi-étapes pour éliminer la matière en suspension. On ajoute d'abord des coagulants qui réduisent la charge des ions. Ainsi ils peuvent s'accumuler dans de plus grosse particules appelées flocs. Ces flocs se déposent ensuite par gravité au fond du réservoir ou sont éliminés en faisant passer l'eau à travers un filtre. Les particules dont la taille est supérieure à 25 microns sont efficacement éliminées par clarification. Une eau clarifiée peut encore contenir des matières en suspension et a donc besoin d'un traitement supplémentaire. 

Déionisation et adoucissement

La déionisation est généralement effectuée par échange d'ion. Les systèmes d'échange ions se composent d'un réservoir rempli de lits de résines synthétique, qui ont été traitées pour absorber sélectivement certains cations ou anions et pour les remplacer par des contre-ions. Le processus d'échange d'ions dure jusqu'à ce que tous les espaces disponibles soient remplis d'ions. Lorsque c'est le cas, l'appareil être régénéré avec les produits chimiques appropriés.
L'un des échangeurs d'ions le plus communément utilisés est l'adoucisseur. Ce dispositif élimine les ions calcium et magnésium de l'eau calcaire, en les remplaçant par d'autres ions chargés négativement, tels que le sodium.

Pour plus d'information sue l'adoucissement de l'eau consultez la  FAQ sur l'adoucissement

Désinfection

La désinfection est un des étapes les plus importantes dans la purification de l'eau des villes et des communautés. Son objectif est de tuer les micro-organismes non désirés dans l'eau, c'est pourqoi les désinfectants sont souvent désignés sous le nom de biocides. Il y a plusieurs techniques disponibles pour désinfecter les fluides et les surfaces, comme: la désinfection à l'ozone, la désinfection au chlore et la désinfection UV.

Le chlore a un inconvénient: il peut former des chloramines et des hydrocarbures chlorés, qui sont des cancérigènes dangereux. Pour éviter ce problème on peut utiliser le dioxide de chlore. Le Dioxyde de chlore est un biocide efficace à partir de concentrations faible: 0,1ppm et pour une large gamme de pH. Le ClO₂ pénètre à l'intérireure de la bactérie et réagit avec les acides aminés essentiels dans le cytoplasme de la cellule pour tuer l'organization. Le sous-produit de cette réaction est le chlorite. Les études toxicologiques ont montré que ce sous-produit ne présente pas de risque significatif pour la santé.

L'ozone est utilisé pour la désinfection de l'eau potable dans les usines municipales de production d'eau en Europe depuis plus de ans et est aujourd'hui utilisé par un grand nombre de compagnies de l'eau, où des capacités de générateur d'ozone de cent kilogrammes par heure sont  choses communes. Lorsque  l'ozone rencontre des odeurs, des bactéries ou des virus, Un des atomes d'oxygène réagit avec par oxydation et les détruit. Pendant ce processus cette aome d'oxygène est détruit et il n'y a plus d'odeur, de bactérie ou d'ozone (qui s'est transformé en oxygène). L'ozone est non seulement un désinfectant efficace, mais aussi un désinfectant sans risques à utiliser.

De nos jours on emploie également le rayonnement UVC pour la désinfection. Une fois exposés à la lumière du soleil, les germes sont tués et les bactéries et les mycètes ne peuvent plus se multiplier. Ce procédé naturel de désinfection peut être utilisé de façon plus efficace en controlant l'exposition au rayonnement UV.

Distillation

La distillation consiste à récupérer la vapeur d'eau, après ébullition des eaux usées. Avec un système correctement étudié, l'élimination des polluants organiques et inorganiques ainsi que des impuretés biologiques peut être obtenue, ceci car la plupart des polluants ne se vaporisent pas. L'eau passe donc dans le condensat et les polluants restent dans le système d'évaporation.

Electrodialyse

L'électrodyalise est une technique qui utilise le courrant électrique et des membranes spécifiques spéciales , qui sont semi perméables aux ions, selon leur charge. Les membranes cationiques laissent passer les cations at les me,branes anioniques laissent passer les anions. Les menbranes laissant passer les anions et celles laissant passer les cations sont placées alternativement, ces me,branes sont placés entre deux électrodes.  Les électrodes attirent les ions de charges opposées à travers les membranes, de sorte que ceux-ci sont éliminés de l'eau.

ajustement de pH

Le pH de l'eau municipale est souvent ajustée, afin d'empêcher la corrosion des tuyaux et la dissolution du plomb dans le système d'approvisionnements en eau. Le pH est abaissé  par addition d'acide chlorhydrique, dans le cas d'un liquide basique, ou augmenté par addition de soude, dans le cas d'un liquide acide. On cherche à atteindre un pH d'approximativement 7 - 7,5, après l'addition de ces substances.

Balayage

La plupart des produits organiques naturels ont une charge légèrement négative. Le balayage organique est fait par addition dune résine anionique fortement basique. Les produits organiques se fixent sur la résine et quand elle est chargée elle est régénérée avec des concentrations élevées de chlorure de sodium.

3 traitement biologique de l'eau

Le traitement biologique de l'eau est effectué pour abaisser la charge en produit organique dissout. Les micro-organismes, principalement des bactéries, décomposent ces composés. Il y a deux catégories principales de traitement biologique: le traitement aérobie et le traitement anaérobie.
La demande biologique de l'oxygène (DBO) définit la charge en produit organique. Dans les systèmes en aérobies l'eau est aérée avec de l'air comprimé (dans certains cas simplement l'oxygène), tandis que dans les systèmes en anaérobies fonctionnent dans un milieu sans oxygène.

Pour les termes techniques de l'eau consultez notre glossaire de l'eau ou retourner à vue d'ensemble des FAQ sur l'eau

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