Une technique enfin opérationnelle : la stérilisation de l'eau par les ultraviolets

Tandis que les effets germicides de la radiation solaire sur les bactéries ont été décrits dès 1878 par DOWNES et BLUNT, ce sont des Français : CERNOVEDEAU et HENRI qui, à Marseille en 1910, utilisèrent pour la première fois les rayons U.V. pour la stérilisation de l'eau.

Au cours de ces cinquante dernières années, la Recherche a démontré que certaines longueurs d’ondes et différentes puissances de lumière U.V. avaient des effets extrêmement variés sur les micro-organismes. Mais l'application pratique des rayons ultraviolets dans des installations d’épuration microbiologique de liquides et de gaz n’a été rendue possible que récemment, car il fallait résoudre des problèmes d’appareillage qui ont semblé longtemps des obstacles insurmontables, et surtout arriver enfin à des coûts raisonnables.

Pour ces raisons de coût de premier établissement, les premiers et principaux utilisateurs de l'efficacité stérilisante des U.V. avaient été les Militaires, les Laboratoires pharmaceutiques, et certains particuliers aisés.

Tout comme dans l'automobile la transmission du modèle « T » de Henry FORD est devenue « automatique » d’aujourd’hui, les U.V. ont dû attendre que les matériaux et les composants aient atteint la qualité de l'ère spatiale pour être enfin utilisables dans ces nombreuses applications où les U.V. peuvent apporter un concours irremplaçable pour la stérilisation de l'eau.

LES PROBLÈMES RÉSOLUS AUJOURD’HUI

Quelles sont donc ces réussites technologiques qui permettent d'affirmer que dorénavant l'utilisation des U.V. devient une application pratique et moderne ?

Essentiellement la solution — économique — des quelques points techniques suivants, qui concernent tous la réalisation de l'appareillage approprié :

• — Lampe à haute intensité, d’un format raisonnable, de faible consommation et de longue durée (7 500 h).
• — Enveloppe de quartz vitrifié, transparent, à haut pouvoir de transmission.
• — Système de nettoiement sans démontage.
• — Contrôle permanent et visuel du rayonnement U.V., avec en cas d'insuffisance de ce dernier, l'arrêt automatique du débit d'eau (électro-vanne) couplé à un signal d’alarme.

LUMIÈRE U.V. – EFFET GERMICIDE

La longueur d’onde permettant les effets germicides optima se trouve dans une bande étroite située autour de 2 600 angströms (ou 260 nanomètres), et demeure invisible.

Par contre, les autres effets des U.V. tels que : formation de vitamine D, coups de soleil, effets sur les encres d’imprimerie, sont produits sur d’autres longueurs d’onde comprises entre 1 800 angströms et 3 000 angströms.

SOURCE DE LUMIÈRE U.V.

Elle est fournie par des lampes à vapeur de mercure.

En variant les électrodes, l'enveloppe de quartz, le contenu de mercure et la pression de la vapeur de mercure, on obtient une production efficace de lumière U.V. « GERMICIDE » sur la longueur d'onde de 2537 angströms.

À cette qualité est jointe aujourd'hui une durée de service prolongée.

Le haut rendement des lampes U.V. s'étend désormais sur plus de 7500 h de service, soit 10 mois en continu et pour une très faible consommation de courant (40 watts à l'heure).

ACTION GERMICIDE

Pour atteindre l’objectif désiré — la destruction des bactéries — dans un organisme donné comme cible, il faut le soumettre à une radiation suffisante.

Un tableau de références donne les niveaux de susceptibilité typiques de divers micro-organismes (voir pages suivantes).

Leur destruction, elle-même provoquée par une dose U.V., étant le résultat d'une exposition maintenue à une certaine intensité pendant une certaine durée de temps.

Cette intensité est mesurée en termes de puissance par unité de surface — pour plus de commodité en microwatts par cm² — et la durée en secondes, la température du liquide étant comprise entre 10 ° et 25 ° Celsius.

Les normes du Ministère de la Santé des États-Unis stipulent une dose minimum de 16000 microwatt s/cm² de puissance ultraviolette de 2537 angströms (ou 253,7 nanomètres), pour la stérilisation de l'eau.

Certains appareils, dorénavant, sont conçus de manière à fournir un minimum de 30000 microwatt s/cm² à travers les milieux liquides, avec une turbidité de 15 p.p.m. et 10 p.p.m. de couleur soit un coefficient d'absorption total par centimètre de 0,2, ceci pour un débit allant de 0 à 400 m³/h en continu.

CONTRÔLE D’INTENSITÉ

Un indicateur électronique d'intensité est incorporé à chacun des modèles de la gamme des stérilisateurs U.V. modernes, et permet de mesurer le taux d'épuration de façon précise, assurant le fonctionnement automatique et la sécurité positive de l'installation. Cette seule mise au point a demandé plusieurs années de recherches.

L'indicateur électronique mesure avec exactitude une intensité germicide U.V. de 2537 angströms après la pénétration dans le milieu liquide et fournit par l'intermédiaire d'un galvanomètre une indication visuelle des niveaux U.V.

Ce dispositif de sécurité positive électronique fournit aussi un signal de baisse de puissance limite, déclenchant une alarme sonore ou visuelle, tout en arrêtant le débit de l'installation par la fermeture d'une électrovanne ou mettant en action le dispositif de fonctionnement de secours.

NETTOYAGE

Les différents micro-organismes contenus dans l'eau peuvent altérer la transparence des tubes de quartz, en s’y déposant.

De même certains sels en suspension dans l'eau (sodium, calcium, magnésium) provoquent à la longue une formation de tartre.

Pour pallier ces inconvénients, un frotteur automatique assure le nettoyage des chemises de quartz vitrifié, transparent, où sont logées les lampes, empêchant la formation de dépôts et garantissant une radiation germicide optima.

La construction des appareils en acier inoxydable leur donne une protection prolongée contre la corrosion.

COMMENT SÉLECTIONNER UN STÉRILISATEUR U.V. ?

Il importe de distinguer deux facteurs essentiels pour stériliser l’eau ou d’autres liquides.

La clé du succès pour stériliser l’eau est l'application sur les micro-organismes de rayons U.V. d’une intensité suffisante, durant une période assez longue pour en effectuer leur destruction.

a. Transmission de la lumière U.V.

Les métaux, tels que le fer, et les matières organiques présentes en solution dans l'eau absorbent les rayons ultraviolets, et il est impératif de constater et de mesurer le niveau de l'intensité U.V. à l'intérieur du stérilisateur U.V.

Cette intensité se mesure en microwatts par cm². (1).

b. Vitesse du débit d’écoulement.

La vitesse du débit d’écoulement doit être appropriée de façon à assurer une exposition correcte au rayonnement ultraviolet.

La vitesse du débit détermine la durée de la présence du liquide à l’intérieur du stérilisateur U.V.

Cette durée se mesure en secondes. (2).

Le produit de (1) multiplié par (2) donne l'intensité germicide mesurée en microwatts/seconde par centimètre carré.

TABLEAU D’INTENSITÉ GERMICIDE U.V., en mW/s/cm²

Quelques exemples :

etc...

SÉLECTION D’UN MODÈLE APPROPRIÉ

Tenant compte que le tableau d’intensité germicide des différents micro-organismes, levures ou moisissures est basé sur un taux de transmission de 60 % et une exposition de 40 000 mW/s/cm², il faut :

— déterminer le débit maximum du liquide à traiter,

— procéder à un test avec un appareil de mesure approprié pour constater le taux de transmission.

Si ce taux de transmission est de 60 %, ou supérieur, connaissant le niveau d’intensité germicide U.V. des bactéries en présence à détruire, on peut utiliser un débit d’écoulement plus rapide.

Inversement, on ralentira le débit par un étrangleur calibré.

Ce calcul se fait aisément en reportant un paramètre sur des abaques appropriés.

DOMAINES D'UTILISATION POUR LA STÉRILISATION U.V. DES EAUX ET DES LIQUIDES

Ces domaines sont nombreux, et on peut dire que la stérilisation U.V. s'impose partout où il est préférable de ne pas utiliser des réactifs chimiques :

— eau potable pour des petites agglomérations rurales (on peut aller jusqu’à des agglomérations de 5 000 maisons),

— eau potable à bord des navires,

— eau des piscines, privées ou publiques,

— eau en bouteille,

— eau de mer,

— industries alimentaires : brasserie - conserverie - laiterie - fromagerie...,

— eaux de lavage et de rinçage,

— dégermination des échangeurs d’ions,

— traitement de produits finis tels que : certaines huiles - le sucre liquide - les solutions ophtalmologiques - et un bon nombre de spécialités pharmaceutiques.

Les applications industrielles de cette conception moderne de stérilisateurs U.V. n’existent jusqu’alors qu’aux U.S.A. et en Grande-Bretagne. L’extension de leur utilisation en France vient de démarrer, et connaît dans notre pays le même succès.

Dans un second article, nous passerons en revue des cas précis d’application dans un certain nombre d’industries, avec description d’exemples de réalisations.

Le problème de stérilisation des eaux de piscine par les U.V. fera l'objet d'une communication séparée.

E. LE CARPENTIER.