Études de cas pratique

EGC

Traitement dans une Station de Purification d’Eau

Traitement dans une Station de Purification d’Eau en Eau Potable

Traitement dans une Station de Purification d’Eau Potable

Comprendre le Traitement de l'Eau Potable : Désinfection

La désinfection est une étape cruciale du traitement de l'eau potable, visant à éliminer ou inactiver les micro-organismes pathogènes (bactéries, virus, protozoaires) pour rendre l'eau sûre à la consommation. Le chlore et ses dérivés sont des désinfectants couramment utilisés en raison de leur efficacité et de leur capacité à maintenir un résiduel protecteur dans le réseau de distribution. L'efficacité de la désinfection dépend de la concentration du désinfectant (\(C\)) et du temps de contact (\(T\)) entre le désinfectant et l'eau. Le produit \(C \times T\) (valeur CT) est un indicateur clé pour évaluer l'efficacité de la désinfection par rapport à des objectifs d'abattement des micro-organismes.

Données de l'étude

Une station de purification d'eau traite un débit nominal d'eau brute. L'étape de désinfection finale est réalisée par chloration.

Caractéristiques de la station et du processus de désinfection :

  • Débit d'eau à traiter (\(Q\)) : \(500 \, \text{m}^3/\text{h}\)
  • Demande en chlore de l'eau (chlore consommé par les matières oxydables) : \(0.8 \, \text{mg/L}\) (ou g/m³)
  • Concentration de chlore résiduel souhaitée à la sortie du bassin de contact : \(0.5 \, \text{mg/L}\)
  • Volume du bassin de contact pour la désinfection (\(V_{\text{bassin}}\)) : \(250 \, \text{m}^3\)
  • Le bassin de contact est supposé avoir un écoulement de type piston (pas de court-circuitage significatif).
  • Objectif CT pour l'inactivation des virus (exemple) : \(15 \, \text{mg.min/L}\)

Hypothèses :

  • Le chlore est injecté sous forme de solution d'hypochlorite de sodium, mais les calculs de dose se feront en équivalent chlore gazeux (Cl\(_2\)).
  • La température et le pH sont considérés constants et favorables à l'action du chlore.

Schéma : Bassin de contact pour la désinfection
{/* */} Eau à désinfecter {/* */} Injection Chlore {/* */} Bassin de Contact (Volume V) Temps de contact T {/* */} Eau désinfectée (Chlore résiduel C) Désinfection par Chloration

Schéma simplifié d'un bassin de contact pour la désinfection au chlore.

Questions à traiter

  1. Calculer la dose de chlore totale (\(D_{\text{chlore}}\)) à appliquer en mg/L.
  2. Calculer la quantité de chlore (en kg) à injecter par heure pour traiter le débit d'eau.
  3. Calculer le temps de contact théorique (\(T\)) de l'eau dans le bassin de désinfection, en minutes.
  4. Calculer la valeur du paramètre CT (\(C \times T\)) effectif pour ce système de désinfection, en mg.min/L.
  5. Comparer la valeur CT effective à l'objectif CT. Le système est-il conforme pour l'inactivation des virus selon cet objectif ?
  6. Si la demande en chlore de l'eau brute augmentait à \(1.2 \, \text{mg/L}\) et que la dose appliquée restait la même que calculée en Q1, quel serait le nouveau chlore résiduel ? Quelles en seraient les conséquences sur la valeur CT et la conformité ?

Correction : Traitement dans une Station de Purification d’Eau

Question 1 : Dose de Chlore Totale (\(D_{\text{chlore}}\)) à Appliquer

Principe :

La dose de chlore totale à appliquer doit satisfaire la demande en chlore de l'eau et assurer la concentration de chlore résiduel souhaitée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[D_{\text{chlore}} = \text{Demande en chlore} + \text{Chlore résiduel souhaité}\]
Données spécifiques :
  • Demande en chlore : \(0.8 \, \text{mg/L}\)
  • Chlore résiduel souhaité : \(0.5 \, \text{mg/L}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} D_{\text{chlore}} &= 0.8 \, \text{mg/L} + 0.5 \, \text{mg/L} \\ &= 1.3 \, \text{mg/L} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La dose de chlore totale à appliquer est \(D_{\text{chlore}} = 1.3 \, \text{mg/L}\).

Question 2 : Quantité de Chlore à Injecter par Heure

Principe :

La quantité de chlore à injecter par heure est le produit du débit d'eau à traiter par la dose de chlore. Il faut faire attention aux unités.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{Masse de chlore/heure} = Q (\text{m}^3/\text{h}) \times D_{\text{chlore}} (\text{g/m}^3)\]

Conversion : \(1 \, \text{mg/L} = 1 \, \text{g/m}^3\). \(1 \, \text{kg} = 1000 \, \text{g}\).

Données spécifiques :
  • Débit d'eau (\(Q\)) : \(500 \, \text{m}^3/\text{h}\)
  • Dose de chlore (\(D_{\text{chlore}}\)) : \(1.3 \, \text{mg/L} = 1.3 \, \text{g/m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Masse de chlore/heure (g)} &= 500 \, \text{m}^3/\text{h} \times 1.3 \, \text{g/m}^3 \\ &= 650 \, \text{g/h} \\ \text{Masse de chlore/heure (kg)} &= \frac{650 \, \text{g/h}}{1000 \, \text{g/kg}} \\ &= 0.65 \, \text{kg/h} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La quantité de chlore à injecter par heure est de \(0.65 \, \text{kg/h}\).

Question 3 : Temps de Contact Théorique (\(T\)) en Minutes

Principe :

Le temps de contact théorique dans un bassin est le volume du bassin divisé par le débit d'eau qui le traverse.

Formule(s) utilisée(s) :
\[T = \frac{V_{\text{bassin}}}{Q}\]
Données spécifiques (avec conversion d'unités si nécessaire) :
  • Volume du bassin (\(V_{\text{bassin}}\)) : \(250 \, \text{m}^3\)
  • Débit d'eau (\(Q\)) : \(500 \, \text{m}^3/\text{h}\)
Calcul en heures :
\[ \begin{aligned} T (\text{heures}) &= \frac{250 \, \text{m}^3}{500 \, \text{m}^3/\text{h}} \\ &= 0.5 \, \text{heures} \end{aligned} \]
Conversion en minutes :
\[ \begin{aligned} T (\text{minutes}) &= 0.5 \, \text{heures} \times 60 \, \text{min/heure} \\ &= 30 \, \text{minutes} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le temps de contact théorique de l'eau dans le bassin est de \(30 \, \text{minutes}\).

Quiz Intermédiaire 1 : La "demande en chlore" d'une eau représente :

Question 4 : Calcul de la Valeur CT Effective

Principe :

La valeur CT est le produit de la concentration de chlore résiduel (\(C\)) à la sortie du bassin de contact par le temps de contact (\(T\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{CT} = C \times T\]
Données spécifiques :
  • Concentration de chlore résiduel (\(C\)) : \(0.5 \, \text{mg/L}\)
  • Temps de contact (\(T\)) : \(30 \, \text{minutes}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{CT} &= 0.5 \, \text{mg/L} \times 30 \, \text{min} \\ &= 15 \, \text{mg.min/L} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La valeur CT effective pour ce système de désinfection est de \(15 \, \text{mg.min/L}\).

Question 5 : Conformité du Système par Rapport à l'Objectif CT

Principe :

On compare la valeur CT effective calculée à l'objectif CT requis pour l'inactivation des virus.

Données spécifiques :
  • CT effectif : \(15 \, \text{mg.min/L}\)
  • Objectif CT : \(15 \, \text{mg.min/L}\)
Comparaison :
\[15 \, \text{mg.min/L} \geq 15 \, \text{mg.min/L}\]

La valeur CT effective est égale à l'objectif CT.

Résultat Question 5 : Oui, le système est conforme pour l'inactivation des virus selon cet objectif, car le CT effectif (\(15 \, \text{mg.min/L}\)) atteint l'objectif CT requis (\(15 \, \text{mg.min/L}\)).

Question 6 : Impact d'une Augmentation de la Demande en Chlore

Principe :

Si la demande en chlore augmente et que la dose appliquée reste la même, le chlore résiduel diminuera. Cela affectera la valeur CT.

Nouvelle demande en chlore : \(1.2 \, \text{mg/L}\)

Dose appliquée (inchangée) : \(D_{\text{chlore}} = 1.3 \, \text{mg/L}\)

Calcul du nouveau chlore résiduel (\(C_{\text{nouveau}}\)) :
\[ \begin{aligned} C_{\text{nouveau}} &= D_{\text{chlore}} - \text{Nouvelle demande en chlore} \\ &= 1.3 \, \text{mg/L} - 1.2 \, \text{mg/L} \\ &= 0.1 \, \text{mg/L} \end{aligned} \]
Calcul de la nouvelle valeur CT (\(\text{CT}_{\text{nouveau}}\)) (Temps de contact \(T = 30 \, \text{min}\) inchangé) :
\[ \begin{aligned} \text{CT}_{\text{nouveau}} &= C_{\text{nouveau}} \times T \\ &= 0.1 \, \text{mg/L} \times 30 \, \text{min} \\ &= 3 \, \text{mg.min/L} \end{aligned} \]
Conséquences et conformité :

La nouvelle valeur CT (\(3 \, \text{mg.min/L}\)) est maintenant bien inférieure à l'objectif CT de \(15 \, \text{mg.min/L}\).

\[3 \, \text{mg.min/L} < 15 \, \text{mg.min/L}\]

Le système ne serait plus conforme pour l'inactivation des virus. Une augmentation de la demande en chlore, sans ajustement de la dose appliquée, réduit le chlore résiduel et par conséquent l'efficacité de la désinfection (valeur CT).

Résultat Question 6 :
  • Nouveau chlore résiduel : \(0.1 \, \text{mg/L}\)
  • Nouvelle valeur CT : \(3 \, \text{mg.min/L}\)
  • Conséquence : Le système ne serait plus conforme à l'objectif CT de \(15 \, \text{mg.min/L}\) pour l'inactivation des virus.

Quiz Intermédiaire 2 : Pour augmenter la valeur CT, on peut (en gardant les autres facteurs constants) :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La désinfection de l'eau potable vise principalement à :

2. Le chlore résiduel dans un réseau de distribution d'eau potable sert à :

3. La valeur CT est un produit de :

Glossaire

Désinfection
Processus de traitement visant à éliminer ou à inactiver les micro-organismes pathogènes (bactéries, virus, parasites) présents dans l'eau pour la rendre propre à la consommation.
Chlore
Élément chimique couramment utilisé comme désinfectant dans le traitement de l'eau potable, sous différentes formes (chlore gazeux, hypochlorite de sodium, dioxyde de chlore).
Demande en Chlore
Quantité de chlore consommée par les réactions avec les matières organiques et inorganiques présentes dans l'eau avant qu'un résiduel de chlore libre puisse être maintenu.
Chlore Résiduel
Concentration de chlore (libre ou combiné) qui subsiste dans l'eau après que la demande en chlore a été satisfaite. Il assure une protection continue contre la recontamination dans le réseau de distribution.
Dose de Chlore
Quantité totale de chlore ajoutée à l'eau, qui est la somme de la demande en chlore et du chlore résiduel souhaité.
Temps de Contact (T)
Durée pendant laquelle l'eau est en contact avec le désinfectant dans un bassin ou une conduite spécifique, permettant au désinfectant d'agir.
Valeur CT (ou Produit CT)
Produit de la concentration du désinfectant résiduel (\(C\), en mg/L) par le temps de contact (\(T\), en minutes). C'est un indicateur clé de l'efficacité de la désinfection. Des valeurs CT cibles sont établies pour atteindre des niveaux spécifiques d'inactivation des micro-organismes.
Bassin de Contact
Ouvrage (réservoir ou conduite spécifique) conçu pour assurer un temps de contact suffisant entre l'eau et le désinfectant.
Traitement dans une Station de Purification d’Eau - Exercice d'Application

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