Trente millions de mètres cube d'eau potable sont produits annuellement pour alimenter Toulouse et une partie des communes périphériques, à partir des deux usines de production de Clairfont et Pech-David. Ces deux usines mettent en oeuvre des filières de clarification classiques adaptées aux conditions parfois difficiles de traitement des eaux de la Garonne. C?est en effet le caractère torrentiel du fleuve qui génère des variations importantes et rapides de la turbidité et des matières organiques.
Trente millions de mètres cube d’eau potable sont produits annuellement pour alimenter Toulouse et une partie des communes périphériques, à partir des deux usines de production de Clairfont et Pech-David.
Ces deux usines mettent en œuvre des filières de clarification classiques adaptées aux conditions parfois difficiles de traitement des eaux de la Garonne. C’est en effet le caractère torrentiel du fleuve qui génère des variations importantes et rapides de la turbidité et des matières organiques.
La production d’eau potable à Toulouse
La désinfection est assurée par ozonation, complétée par l'adjonction de bioxyde de chlore en pré et post désinfection.
Chacune des usines de production dispose d'une réserve d'eau traitée, représentant une autonomie de quelques heures, avant d’être envoyée vers le réseau de distribution, soit en surpression directe à partir de l'usine de Clairfont, soit gravitairement à partir de l'usine de Pech-David.
Pour 95 % de la zone de distribution, les Toulousains reçoivent donc quasi directement l'eau produite depuis les unités de production sans passage par réservoirs intermédiaires. Ainsi le temps de séjour de l'eau potable sur le réseau de distribution est-il inférieur à 22 heures pour les parties les plus éloignées des usines de traitement.
En revanche pour 5 % de la zone de distribution, l'eau produite transite par une station de surpression et par une série de réservoirs sur la zone dite de Bonhoure.
Ainsi le système de production et distribution de l'eau sur Toulouse peut-il être caractérisé par les points suivants :
- Un faible temps de séjour de l'eau sur la
majeure partie du réseau
- * Une absence d’utilisation du chlore, et une généralisation du bioxyde de chlore en pré et post désinfection.
- * Un risque important d’apparition de taux élevés de matière organique et de carbone organique dissous bio assimilable (CODB) en particulier.
Le suivi qualitatif de l’eau en réseau
Dès 1992 de nombreuses études ont été menées sur la qualité bactériologique de l’eau et son maintien le long des réseaux de distribution. C’est en fait l’ensemble de la chaîne trophique présente qui a fait l’objet d’investigations poussées, avec pour objectifs :
- * de développer et mettre en place une stratégie de prélèvement et un plan analytique pour une bonne connaissance du suivi qualitatif de l’eau.
- * de déterminer l’évolution de la matière organique et plus particulièrement du CODB sur l’ensemble de la filière et le réseau de distribution.
- * de vérifier la pertinence des coefficients de corrélation qui pourraient exister entre différents paramètres (T°, taux de résiduel de bioxyde de chlore, consommation de CODB et abondance des germes par épifluorescence).
Les principaux enseignements que l’on peut tirer de ces études sont les suivants :
- * une bonne efficacité des filières de clarification sur l’abattement du CODB.
- * des concentrations en CODB exportées vers le réseau qui restent à des niveaux assez élevés de 0,5 à 0,6 mg/l avec une évolution corrélative du nombre de germes totaux sur les zones les plus éloignées de l’usine de production.
- * l’ozone placé en fin de traitement est en effet générateur du CODB du fait de l’oxydation incomplète de certaines macromolécules et l’absence d’affinage charbon actif en grain.
Les raisons du choix de la désinfection par U.V.
1) La qualité bactériologique de l’eau
L’ensemble des études qui ont été menées sur le réseau de distribution de Toulouse a montré que l’eau produite et distribuée était d’excellente qualité sur le plan bactériologique puisque, par rapport aux normes de potabilisation, un taux de conformité de 100 % est atteint pour un peu plus de 1 500 analyses par an.
Mais la concentration en CODB est supérieure à 0,3 mg/l, valeur qui constitue un seuil qualifié de critique par les différents travaux sur le sujet, et qui semble correspondre à une inhibition de la croissance bactérienne. Ainsi les niveaux de germes totaux à 22° et 37° observés plus particulièrement sur la zone desservie par les réservoirs surélevés confirment cette reviviscence sur le réseau de transport, sans pour autant que ne soient détectés les germes tests de contamination.
Un traitement complémentaire de désinfection sur ce point précis, qui constitue un allongement du temps de séjour de 20 h en moyenne, pouvait ainsi apparaître comme une sécurité devant conduire à un abaissement des germes totaux et par la même à un abaissement de la probabilité d’apparition des germes tests.
2) Les techniques de désinfection déjà en place
Une étude précédente avait conduit à opter pour le bioxyde de chlore sur les usines de traitement. C’est en effet la présence de précurseurs d’haloformes dans les matières organiques et notre volonté de ne pas générer l’apparition d’organo-chlorés qui ont conduit à ce choix.
C’est la même logique qui a été adoptée pour ne pas introduire de chlore sur le réseau de distribution.
3) La configuration du réseau desservi par le réservoir
Constitué d’un réseau d’une longueur peu importante, en bon état et sans extension possible, la zone d’influence de Bonhoure ne nécessitait pas la présence d’un désinfectant avec un pouvoir rémanent.
4) L’habitude d’un certain goût de l’eau
La sensibilité des consommateurs au « goût de chlore » n’est plus à démontrer aujourd’hui.
Ainsi le bioxyde de chlore moins perceptible sur ce point que le chlore a habitué les consommateurs toulousains à une qualité organoleptique qui rend difficile un retour à une perception plus forte de goût de chlore.
5) La nécessité d’une maintenance réduite
Isolée en zone urbaine avec une absence de personnel permanent, la technique de désinfection par U.V. constitue une excellente réponse grâce aux contraintes d’exploitation qui sont réduites sur ce matériel.
Il en est de même de l’absence de risque sur l’environnement, comparée aux mesures qu’il est nécessaire de prévoir sur une installation de chloration.
Rappel de l’action désinfectante des U.V. en eau potable
Les rayonnements ultraviolets sont des ondes électromagnétiques dont le spectre se situe entre 100 et 400 nm. L’énergie véhiculée par un rayonnement est inversement proportionnelle à sa longueur d’onde, et lui confère ainsi des propriétés spécifiques.
Une des propriétés des rayons U.V. dont la longueur d’onde est comprise entre 200 et 300 nm est d’être germicide, avec une efficacité maximale entre 250 et 260 nm. L’action germicide des U.V. est localisée, entre autres, au niveau des molécules d’ADN, matériel génétique cellulaire. En effet, l’énergie photonique des U.V. permet de créer des double liaisons entre les nucléotides thymines adjacents et de déformer ainsi la molécule d’ADN à cet endroit.
Il s’ensuit un blocage de la réplication du matériel génétique, et un arrêt de la multiplication cellulaire qui conduit à la mort de la cellule.
Tout micro-organisme, que ce soient des bactéries ou des virus, qui possède une molécule d’ADN sera sensible au rayonnement U.V. et sa reproduction sera affectée par la dose U.V. reçue.
En France, la législation recommande d’installer des équipements capables de délivrer une dose U.V. en tout point du réacteur supérieure à 25 mJ/cm².
Caractéristiques techniques de l’installation mise en place en sortie du réservoir de Bonhoure
- - générateur U.V. 7800 Trailigaz en acier inoxydable 316 L
- - longueur extérieure : 1 794 mm
- - diamètre : 508 mm
- - volume utile : 290 l
- perte de charge générée par le passage de 350 m³/h : 36 cm CE
- pression d’épreuve : 18 bars
Les lampes installées sont des lampes à vapeur de mercure basse pression ; leur enveloppe en quartz présente un taux de perméabilité à la lumière ultraviolette supérieur à 90 % pour des longueurs d’onde comprises entre 233,7 et 173,7 nm.
À une distance de 1 mètre, ces lampes produisent une intensité minimale de 190 µW/cm².
La puissance électrique générée après 100 h (W UVe) est de 26,7.
90 % de l’émission se situe entre 233,7 et 273,7 nm.
Le renouvellement des lampes est conseillé toutes les 8 760 heures.
Une sonde U.V. installée dans le réacteur est affichée en façade du coffret électrique sous la forme d'une information exprimée en mW/cm².
Ce signal correspond à l'intensité U.V. émise à 253,7 nm qui atteint une photodiode positionnée dans le corps de la sonde. Cette sonde permet ainsi de porter un diagnostic sur l'évaluation des performances de l'appareil et de déclencher les opérations de remplacement des lampes.
Les premiers résultats
Dès la mise en service de cette installation des campagnes de mesures ont été menées afin d’évaluer les performances obtenues sur les paramètres bactériologiques.
L’analyse de ces résultats est illustrée par les courbes des taux de germes par millilitre à 22 °C et 37 °C. On observe sur ces deux séries de courbes que les pointes de germes/ml relevées, principalement pendant les périodes d'été, ne se retrouvent pas après la mise en œuvre des U.V. Pour ce paramètre, le niveau de germes reste inférieur à 4/ml, ce qui constitue un excellent résultat (figures 1 et 2).
Il semble d’autre part que l’efficacité des U.V. soit indépendante des niveaux de germes à l’entrée du réacteur ; la période d’observation est toutefois encore trop courte pour le confirmer.
Des observations ont également été menées sur le nombre d’aéromonas par 100 millilitres. Ainsi pour ce paramètre les résultats confirment l’absence de ce germe sur l'eau en sortie générateur U.V.
Conclusion
Les résultats indiquent clairement une action efficace sur les germes totaux. Des analyses pratiquées sur le réseau desservi et plus particulièrement sur les points les plus éloignés du réservoir sont effectuées de façon suivie pour compléter ces résultats. Notre analyse porte également, à plus long terme, sur les performances de l'ensemble des lampes en fonction du temps, afin d’optimiser la période de renouvellement.
Dans le cas d'une configuration bien précise, comme celle que nous avons décrite dans cet article, on peut dès à présent conclure que la désinfection par U.V. constitue un excellent outil pour améliorer la qualité sanitaire de l’eau de consommation.
Références bibliographiques
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- Geldreich E.E., Microbial Water Quality Concerns for Water Supply Use, Environmental Toxicology and Water Quality, vol. 6, n° 2, 1991, pp. 209-223.
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- Meulemans C.C.E., The basic principles of UV-disinfection of water, Ozone Science & Engineering, vol. 9, n° 4, 1987, pp. 299-314.
- Prados M.J., Paillard H., Roche P., Hydroxil radical oxidation process for the removal of triazine from natural water, Ozone Science & Engineering, 1995, pp. 183-194.
