La désinfection des eaux ne saurait se passer de chlore. Cette substance, incontournable mais non sans risques, doit être manipulée et dosée de manière rigoureuse. Des différentes formes possibles d'introduction du chlore dans l'eau, l'utilisation de bouteilles de chlore gazeux se révèle la plus sûre et la moins contraignante en exploitation. Côté mesure, le contrôle du pH est essentiel pour produire un résultat correct.
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La désinfection des eaux ne saurait se passer de chlore. Cette substance, incontournable mais non sans risques, doit être manipulée et dosée de manière rigoureuse. Des différentes formes possibles d’introduction du chlore dans l’eau, l'utilisation de bouteilles de chlore gazeux se révèle la plus sûre et la moins contraignante en exploitation. Côté mesure, le contrôle du pH est essentiel pour produire un résultat correct.
Puissant oxydant, le chlore est utilisé pour inhiber, détruire les microorganismes. Il transforme les espèces minérales et organiques oxydables d’où son emploi en prétraitement des eaux, avec le risque, sur certains types d'eaux, d’en générer d'autres, moins souhaitables comme les trihalométhanes (THM).
Il est utilisé en eau potable, en eaux de process, dans les piscines publiques et privées, dans l'industrie alimentaire et pour les tours aéroréfrigérantes. Bénéfique, le chlore doit être utilisé à bon escient, au bon moment, à la bonne dose et sous la bonne forme chimique (voir encadré). L’eau de Javel peut être produite sur site.
Apport de chlore : de nombreuses solutions
Plusieurs moyens sont disponibles pour obtenir la concentration optimale. Historiquement, l'eau de Javel s'est imposée par sa facilité d’emploi, mais elle présente une sécurité trompeuse : renversement de fûts, dégagement de chlore par contact avec un acide. Lorsque le besoin en chlore est important, la manutention de bidons ou de fûts est importante.
L’hypochlorite est instable, décomposé par les UV solaires, réduisant la quantité de chlore actif disponible : pas question d'envisager un stockage de longue durée.
Par électrolyse d’une solution de chlorure de sodium. Ceci évite le transport de substances dangereuses, mais il faut un électrolyseur spécifique et une alimentation électrique avec redresseur de courant. La solution reste coûteuse à l'investissement surtout en cas de besoins importants (plus de 1 000 g/h de chlore) : près de dix fois le prix d'une installation à base de Javel et 2,5 fois celui d’une installation en chlore gazeux. ProMinent propose ses Dulco®Zon qui produisent soit directement l'eau de Javel, soit du chlore gazeux et de la soude (appareils à membrane), laquelle est utilisable pour contrôler le pH. Le chlore produit est utilisable en ligne ou stocké transitoirement. Les capacités de production vont de quelques grammes Cl/h à 5 kg Cl/h selon les modèles. « Mais cela reste une niche pour des raisons de sécurité (pas de stockage dangereux) ou d’autonomie pour des lieux éloignés et les îles » explique Claude Klein de ProMinent.
Des électrolyseurs Cifec ont été installés en zone urbaine en banlieue parisienne afin de concilier sécurité et autonomie, en piscine comme en eau potable.
Cir propose de son côté le Javel Pack, un système compact de javellisation composé d'une pompe montée en charge avec un bac de 10, 20 ou 30 litres et une canne de dégazage en sortie immédiate du bac. Ce système en charge avec dégazage permet de réduire les phénomènes de désamorçage des pompes.
Alternative à l'eau de Javel, l'utilisation d’hypochlorite de calcium, sous forme de poudre ou de galets. Il réduit le transport puisque le solide est dissous avec l’eau du site. Conservés dans de bonnes conditions ces galets ou poudres sont stables. Mais un certain nombre d’accidents (explosion, incendie) en piscines et chez des distributeurs de produits se sont produits, suffisamment pour justifier une circulaire (DGS/SD7A du 30 janvier 2003). Il faut un dispositif de dissolution du solide avant le dosage pour le traitement de l'eau (par exemple Dulcodos Procal de ProMinent pour piscines contenant 40 kg d’hypochlorite de calcium).
Le dioxyde de chlore ClO₂ est un gaz doté d'une réactivité particulière (il se dissout dans l'eau sans se dissocier en ions, son activité est peu sensible au pH). Très instable, il est produit sur place. Son effet biocide est supérieur au chlore puisqu’il détruit virus, bactéries et spores dans une plage de pH de 6 à 10 et les biofilms ; il ne génère pas de chloramine et les détruit, ni d'autres composés odorants. Son usage se développe d’après Grundfos Alldos (gamme Oxiperm d’Alldos) même si certaines sociétés reviennent en arrière du fait de problèmes particuliers rencontrés sur certaines canalisations en polyéthylène.
Damien Jacquier, Responsable du marché Eau chez Grundfos, signale l’évolution de la réglementation européenne sur le ClO₂ (directive 2010/72/UE) qui recense 23 classes d'utilisation. S'il est interdit depuis le mois d’août 2011 d'utiliser le dioxyde de chlore comme substance biocide pour la protection des denrées alimentaires hors usage additif alimentaire (TP20), l'utilisation du dioxyde de chlore est quant à elle toujours autorisée concernant l'ensemble des 22 autres usages. Depuis de nombreuses années, le dioxyde de chlore est produit via des générateurs comme le Bioxy de Cifec, le Securox® M de Thétis Environnement, le Permo Biox de Permo ou la gamme Bello Zon® de ProMinent.
Avec Xziox® ClO₂, Ximax propose de son côté un dioxyde de chlore sans générateur, ne nécessitant qu’un simple mélange de Xziox A et B pour générer une solution stable de dioxyde de chlore à 3500 ppm soit 3,5 g/litre. Cette solution de dioxyde de chlore, stable jusqu'à 30 jours, peut être utilisée pour de nombreuses applications : eau potable, eaux usées, eau de process, désinfection des systèmes de refroidissement, maîtrise du risque “légionelles” pour les TAR... etc.
Grundfos-Alldos propose une gamme de solutions de production in situ et sans contrainte afin de pouvoir bénéficier d'un bioxyde de chlore toujours actif. Généré à partir de solution diluée, stable et sans danger de chlorite de sodium (NaClO₂, 7,5 %) et d’acide chlorhydrique (HCl 9 %), il est immédiatement prêt à l'emploi. Notons toutefois qu’il peut aussi être stocké et utilisé en mode séquentiel (par batch). Ses capacités de production de 5 g/h (correspondant à un traitement de 12,5 m³/h d’eau potable à 0,4 ppm) à 60 g/h (correspondant à un traitement de 150 m³/h d’eau potable à 0,4 ppm) permettent de lutter efficacement contre Legionella et les biofilms. Lanaly-
seur de Cl₂/ClO₂, vendu avec ce système assure une précision accrue du résiduel désiré. La compacité de l’Oxiperm Pro permet de l’installer dans de petits espaces, d’autant plus que les opérations de maintenance pourront entièrement être réalisées à partir de sa face avant. La robustesse de sa construction offre une grande fiabilité d’utilisation tout en réduisant les frais d’intervention. Autre avantage : le raccordement et la mise en service de cet équipement peuvent être faits sans avoir à couper l’alimentation en eau de l’installation.
Cir propose de son côté le Dioxir, un générateur de dioxyde de chlore à base de chlore gazeux et de chlorite de sodium. La particularité du système est de fabriquer le dioxyde de chlore par mise en contact direct en aspiration sous vide du chlore gazeux et du chlorite de sodium. Tout se fait sous vide et c’est le dioxyde de chlore déjà fabriqué qui est mis en solution. La réaction est instantanée et totale et évite donc les réactions concurrentes de fabrication de chlorate en solution aqueuse au
Un nouveau capteur spécialement dédié à la mesure de chlore libre ou de dioxyde de chlore dans les réseaux ECS
L'injection de chlore dans les réseaux d'eau chaude sanitaire (E.C.S.) pour maintenir les légionelles à une concentration la plus faible possible et réduire la réduction des biofilms dans les tuyauteries est une solution mise en œuvre par de nombreux utilisateurs. Tous les établissements publics ayant un réseau de distribution d'eau chaude sanitaire doivent surveiller et assurer la traçabilité de la température et procéder à des analyses pour rechercher la présence de légionelles dans leurs réseaux. Pour obtenir des conditions d'hygiène satisfaisantes, le chlore ou le dioxyde de chlore sont employés comme agents désinfectants. Le dioxyde de chlore présente l’avantage de moins se dégrader avec l'augmentation de la température. Son coût et les précautions drastiques de sa mise en œuvre en ralentissent la mise en place. Les systèmes de mesure employés à ce jour, pour la mesure de désinfectant fonctionnent en gravitaire, engendrant une perte en eau. Cette perte en continu d'eau chaude conditionnée entraîne des dépenses conséquentes. Bamo Mesures a donc développé un nouveau capteur spécialement dédié à l'eau chaude sanitaire. Le capteur AS3 peut être mis en œuvre pour des températures jusqu'à 70°C et une pression de 6 bar. C’est un capteur cellule semi-fermée avec trois électrodes. L’électrode de référence est dans l'embout en contact avec l’électrolyte. L’électrode de mesure et la contre-électrode sont en or et en contact direct avec l'eau du réseau. L'implantation du capteur peut se faire aussi bien sur le départ que sur le retour de la boucle. On privilégie le retour car la température est moindre et engendre moins de contraintes sur les équipements installés. Certains clients préfèrent l'implantation sur le départ, car en cas de défaut d'étanchéité sur les mitigeurs de distribution d'eau, ceux-ci peuvent renvoyer de l'eau froide non traitée dans l'eau chaude traitée. Ce phénomène provoque une dilution de l’agent désinfectant et entraîne une injection de celui-ci dans la boucle. Le risque est d’avoir une concentration de chlore en entrée de boucle supérieure à 4 ppm, qui est considérée comme le seuil de dangerosité pour l’être humain. Il n'y a pas à faire d’étalonnage du zéro du capteur. Celui-ci est réalisé en atelier lors de la fabrication du capteur. La sortie du signal 4/20 mA du capteur est branchée sur le contrôleur Bamophox 194. Les capteurs AS2/3 ont une durée de vie de plusieurs années. Bamo préconise de changer l’électrolyte tous les trimestres. L’étalonnage est à vérifier une fois par semaine. Le nettoyage des électrodes est à prévoir une fois par trimestre. Le fait de pouvoir mesurer en température évite de refroidir l'eau devant être analysée, car le dégazage de l'eau échantillonnée dépressurisée peut engendrer des problèmes de mesure. Mesurer sous pression permet ainsi d’éviter la présence de bulles de gaz sur les électrodes du capteur et d'assurer une bonne qualité de la mesure. Ceci engendre des économies sur le coût de fonctionnement de l’installation. Les économies d’eau sur un an rentabilisent l'installation voire sur une durée moindre par rapport à une installation fonctionnant en eau perdue.
Bamo Mesures
niveau du générateur lui-même.
Aquasan propose également la production de dioxyde de chlore in situ, sécurisée et sans générateur via son procédé DK-DOX.
La forme gazeuse du chlore (liquéfié en bouteille), qui semble la plus dangereuse, est devenue la plus pratique d’usage et la plus sûre : chlore pur (sans co-produits soude, chlorure de sodium...). C’est la plus concentrée donc la moins coûteuse en manutention. Sauf ouverture malintentionnée, il n'y a pas de contact avec le chlore. BWT Permo, fabricant de systèmes de désinfection au chlore a innové avec le Permo Eco-MX, un système de fabrication in-situ et à la demande d’une solution d’hypochlorite de sodium ou d’un mélange d’oxydants. Basés sur une technologie brevetée, les générateurs Permo Eco-MX permettent de produire par électrolyse in-situ et à la demande, une solution désinfectante en toute sécurité, à moindre coût, uniquement à partir de sel, d’eau et d’électricité, supprimant l’achat, le transport et le stockage de produits chimiques dangereux. Ils s’adressent aux exploitants d’installations techniques ou de procédés industriels qui requièrent des opérations continues ou curatives de désinfection. La gamme standard permet de produire une solution d’hypochlorite de sodium adaptée aux eaux à pH neutre ou très légèrement alcaline (eau de process alimentaire, eaux potables, fontaines, piscines...) tandis que la gamme Permo Eco-MX+ permet de produire un mélange d’oxydants à haut pouvoir désinfectant, particulièrement adapté pour les circuits de refroidissement, la lutte contre le biofilm, la désinfection sans sous-produits néfaste ou odorant, et la clarification ou déferrisation.
Concernant les piscines, toutes les solutions d’apport de chlore sont utilisées. En Allemagne, l'hypochlorite de sodium pourrait être interdit car il génère du chlorate qui s'accumule. Mais il faut distinguer les piscines en plein air et couvertes. Les ultraviolets solaires détruisent rapidement l'hypochlorite. D’où l’utilisation d’autres produits : acide trichloroisocyanurique (ATCC) ou dichlororisocyanurate de sodium ou de potassium (DCCNa et DCCK), utiles pour l’extérieur. Des produits plus chers qui évitent une surconsommation d’eau de Javel de chlore ou de galets non stabilisés. Revers de la médaille : ils laissent des résidus dans l'eau dont il faut éviter l’accumulation.
Le dosage : asservir l’addition aux besoins
Le dosage pour ajout de chlore quelle que soit la forme est assuré par des dispositifs automatiques. Pour le chlore gazeux, il s’agit du chloromètre de sécurité disponible chez les spécialistes comme Cifec (Chloro+ en Chloraflon®, Prominent, Eurochlore (Série 200) CIR (Clorus séries 2001 - 2501 - 2901), Grundfos Alldos (qui fait aussi du dioxyde de chlore)... et à des vannes (Modulo+ en Chloraflon® chez Cifec, vanne modulante d’Eurochlore etc). Le Modulo+ comprend un calculateur-régulateur pour ajuster le taux de chlore selon le débit d’eau et le résiduel de chlore mesuré en amont ou en aval.
Le Statox 505 de Compur Monitors est un détecteur de gaz fixe à installer dans les locaux de stockage des bouteilles de Cl2 et/ou injection du chlore. Il permet de suivre la concentration en chlore dans les locaux de travail et ainsi prévenir le personnel exploitant en cas de fuite.
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Utilisé par la mise sous vide de la canalisation de chlore par un hydroéjecteur dans lequel s'effectue le mélange avec l'eau. La gamme de débit va de 0 à 2 000 g/h en entrée de gamme. Des sécurités sur la ligne de distribution, des pas de vis inversés réduisent quasiment à zéro le risque d'accident. L'instant le plus critique est le changement de bouteille, réalisé par du personnel client formé et équipé. « Une fois mise en service, la chloration est entièrement automatique. Sur des sources d’eau potable isolées de faible débit, une bouteille de 30 kg pourra tenir un an, sans visite » explique David Mariet de Cifec. La plupart des installations disposent de deux bouteilles, ce qui évite une rupture de traitement, et d’une vanne modulante (entre le débitmètre de chlore et l'hydroéjecteur) pour asservir l'addition au besoin. Les bouteilles existent de 6 à 49 kg de chlore ; au-delà, des tanks sont utilisés.
« L'injection d’eau de javel est un peu plus délicate car, vu le pH de la solution, l’eau devient calcaire ; des dépôts peuvent se produire au niveau des buses d’injection et les bouchent. La maintenance doit être réalisée régulièrement » insiste David Mariet.
Reste que certains procédés requièrent des dispositifs de dosage et/ou de régulation très élaborés. Comme ProMinent, Grundfos Alldos ou encore Aqua FDI, Cifec, TMR s'est ainsi spécialisée dans l’élaboration de solutions complètes à destination des traiteurs d’eau ou des industriels. L'entreprise est ainsi devenue en quelques années l'un des tout premiers fournisseurs d’instrumentation et de dosage du chlore ou bioxyde de chlore dans le cadre de la lutte contre le risque légionelles, par exemple. CIR propose quant à elle la régulation des injections de chlore gazeux : soit des régulations en fonction d'un signal de débit d'eau, soit des régulations en fonction d'une analyse de chlore (via les analyseurs ampérométriques ou colorimétriques Swan), soit des régulations doubles en fonction du débit d’eau à traiter et de l’analyse de chlore. Ces systèmes se composent d’un analyseur de chlore, d’un régulateur PID et d’une vanne modulante placée sur le circuit du chlore gazeux. La CIR insiste particulièrement sur l'étude de la boucle de la régulation afin de parfaitement définir le point d’injection de chlore et le point d’analyse de l'eau chlorée qui sont les plus adaptés au site.
De son côté, Cifec a fourni au Sedif des postes de rechloration ajustant automatiquement le taux de chlore grâce à des algorithmes spécifiques de régulation.
Mesurer la teneur en chlore
L'action bactéricide optimum est due à l’acide hypochloreux HClO, prépondérant en dessous de pH 7 par rapport à ClO-. Il est donc essentiel de mesurer la teneur en chlore, fréquemment, notamment sur les applications en boucle. Deux méthodes sont utilisées par plusieurs fournisseurs tels que ABB, Anael, Bamo, Hach-Lange, Cifec, Hanna-Instruments, Endress+Hauser, Mesureo, ProMinent, Swan, Heito, Proanatec ou Aquacontrol : ampérométrique et colorimétrique au DPD (N-N diéthyl paraphénylèndiamine). L’ampérométrie mesure le chlore actif HClO (et aussi le ClO-), le DPD le chlore libre (HClO et ClO-). L’ampérométrie, méthode électrochimique, n’utilise pas de réactif, donne une valeur en continu ; son coût d'usage est quasi nul. La colorimétrie est discontinue puisqu’il faut prélever, mélanger au réactif (et au tampon) et faire la mesure. Les appareils sont automatisés et le cadencement des mesures est réglable, par exemple toutes les cinq minutes. Guillaume Schneider de Swan indique que « avec une telle fréquence de mesure, la consommation annuelle de réactifs est de l’ordre de 350 € sur nos appareils de nouvelle génération AMI codes II ».
Il insiste également sur la constance des conditions de mesure en ampérométrie pour avoir une mesure précise et fiable : débit et pression sur la cellule de mesure.
compensation en température et en pH. En piscine, l’ampérométrie et la colorimétrie peuvent être utilisées selon le type de traitement utilisé (stabilisé ou non) et ce que l’on souhaite mesurer (chlore libre ou chloramines).
Pour résumer, l’ampérométrie ne sera pas des plus adaptée sur du chlore stabilisé pour des raisons de dérive de mesure et de maintenance accrue. La colorimétrie reste la référence dans ce cas. De plus, toutes les ampérométries n’utilisent pas la même technologie, comme l’Ami Trides de Swan qui permet d’effectuer une mesure plus stable sur 3 électrodes avec un capteur inusable, sans membrane ni électrolyte.
Enfin, Swan revendique être le seul avec son Ami Codes II CC à mesurer sur le même échantillon et avec le même photomètre, le chlore libre et les chloramines. Cifec, avec le BS13, permet la mesure sélective des différentes formes de chlore. Hach Lange propose de son côté une gamme très complète pour la mesure du chlore : l’analyseur 9184 (ampérométrie chlore actif avec compensation de pH), le CLF10 (ampérométrie chlore libre, versions chlore total et chlore haute concentration pour les désodorisations en stations d’épuration), le CL17 (colorimétrie chlore libre ou total) sans oublier les appareils portables Pocket chlore.
Les ouvrages de potabilisation comportent de nombreux points de mesure de chlore, à chaque fois qu’un ajout de chlore est pratiqué et donc autant d’appareils sur site. En hôtellerie, hôpitaux et collectivités, le chlore est mesuré dans les boucles d’eau chaude sanitaire. En industrie, on en trouve sur les tours aéroréfrigérantes, et dans l’agroalimentaire, sur les installations de nettoyage en place. ■
