Thématiques - Traitement de l’eau
4.1 Aperçu
L’eau dans les applications techniques provient en général du réseau public d’eau de boisson et elle a déjà été soumise à un traitement ultérieur complet. L’eau de boisson issue du réseau public de distribution fait l’objet de contrôles stricts et arrive comme liquide clair et incolore, exempt d’odeurs gênantes et de bactéries ou substances nocives, mais cependant enrichi de minéraux et sels essentiels. Cette eau est de qualité alimentaire puisqu’elle répond aux exigences de la Loi sur les denrées alimentaires (LDA); dans certains cas toutefois, elle peut être impropre à des usages techniques spécifiques.
L’eau de boisson fournie par l’exploitant du réseau peut, selon l’usage qu’il en est fait, faire l’objet d’un traitement ultérieur.
Pour le traitement ultérieur de l’eau de boisson, il convient de tenir compte des critères suivants:
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Définition de l’usage auquel est destinée l’eau
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Exigences chimiques et microbiologiques
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Conditions d’exploitation
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Température de l’eau
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Matériaux pour les conduites et appareils
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Lois, normes et directives
Pour les divers procédés de traitement de l’eau de boisson, il convient de tenir compte des facteurs suivants:
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L’eau de boisson de la zone de distribution peut être soumise à des variations dans sa dureté et sa composition.
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Pour l’adjonction de produits chimiques, il faut respecter les dispositions légales.
Les procédés de traitement envisageables pour l’eau sont les suivants:
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Echange d’ions |
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Filtration (technologie des membranes) |
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Procédés physiques |
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Irradiation aux UV |
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Procédés alternatifs/ésotériques |
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Selon les procédés utilisés, les eaux traitées ont des propriétés chimiques, physiques et microbiologiques différentes qui seront présentées dans les chapitres suivants. Pour les matériaux utilisés, il convient de respecter les remarques et restrictions relatives aux divers domaines d’utilisation.
Indications sur le domaine d’utilisation de produits
Les connaissances techniques, explications, solutions envisageables ou résumés des exigences sont disponibles dans les notices techniques correspondantes de la SVGW, p. ex.:
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Le montage d’installations de traitement ultérieur de l’eau de boisson nécessite une autorisation de l’exploitant du réseau.
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Pour le traitement ultérieur de l’eau de boisson, il faut respecter les dispositions de l’Ordonnance sur les denrées alimentaires et les objets usuels ainsi que de l’Ordonnance sur les substances étrangères et les composants.
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Le propriétaire de l’installation est tenu de contrôler et d’entretenir régulièrement l’installation de traitement ultérieur de l’eau de boisson selon l’Ordonnance sur l’eau potable, l’eau de source et l’eau minérale.
4.2 Echange d’ions
4.2.1 Adoucissement
4.2.1.1 Principe de fonctionnement
Les ions de calcium et de magnésium (Ca2+, Mg2+) dissous dans l’eau sont remplacés par des ions de sodium (Na+) avec un échangeur de cations fortement acides. On évite ainsi par la suite des dépôts de carbonates insolubles (calcaire).
La résine échangeuse d’ions est régénérée par une solution concentrée de chlorure de sodium (NaCl). Il y a alors tellement de sodium qui passe par l’échangeur qu’il libère à nouveau les ions de magnésium et de calcium. Ceux-ci sont ensuite éliminés par rinçage avec le sodium en excès.
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Degré d’adoucissement |
< 0.02 mmol/l (adoucissement pratiquement complet) |
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Teneur totale en sel |
6 mmol/l (inchangé) |
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Conductivité |
700 µS/cm (inchangé) |
Propriétés d’une eau adoucie
4.2.1.2 Domaines d’utilisation
L’eau adoucie est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✔ |
✔ |
✔ |
|
✔ |
utilisation: oui |
4.2.2 Déminéralisation partielle
4.2.2.1 Principe de fonctionnement
Les ions de calcium et de magnésium (Ca2+, Mg2+) dissous dans l’eau sont remplacés par des ions d’hydrogène (H+) au moyen d’un échangeur d’ions faiblement acides. La dureté non carbonatée et les sels neutres ne sont pas touchés.
La résine échangeuse d’ions est régénérée avec de l’acide chlorhydrique (HCl).
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Degré d’adoucissement |
Complètement adoucie |
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Teneur totale en sel |
1 mmol/l (réduction de 10 … 20 %) |
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Conductivité |
180 µS/cm (abaissée) |
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Agressivité |
Accrue (par de l’acide carbonique non dégazé) |
Propriétés d’une eau partiellement déminéralisée
La déminéralisation partielle est le seul procédé qui puisse être désigné comme détartrage. Elle convient tout particulièrement pour de l’eau où le rapport de la dureté carbonatée et de la dureté totale est supérieur à 70 %.
4.2.2.2 Domaines d’utilisation
L’installation de déminéralisation partielle est très économique et convient pour d’importants soutirages d’eau dont la qualité de vapeur ne correspond pas aux exigences les plus élevées. Elle est cependant sensible à des modifications de la qualité de l’eau brute livrée.
L’eau partiellement déminéralisée est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✔ |
✔* |
✘ |
|
* |
homologué uniquement avec des raccords et robinetteries en acier inoxydable |
|
✔ |
utilisation: oui |
|
✘ |
utilisation: non |
4.2.3 Déminéralisation complète
4.2.3.1 Principe de fonctionnement
Tous les ions dans l’eau sont enlevés par au moins 2 résines échangeuses d’ions (1 échangeur de cations et 1 échangeur d’anions). L’échangeur de cations fortement acide remplace tous les cations par des ions d’hydrogène (H+) et transforme les sels en acides libres. Un pulvérisateur fait passer cette eau acide par un échangeur d’anions fortement alcalin. Les acides minéraux se transforment ainsi en eau.
Lorsque l’échangeur de cations et l’échangeur d’anions sont mélangés dans un lit filtrant, on parle de lit mélangeur. Les installations à déminéralisation complète et à lit mélangeur ne peuvent, en règle générale, pas être régénérées sur place. Elles sont fournies sous forme de cartouches de déminéralisation complète, selon un système d’échange ou de location. La résine épuisée est désagrégée en usine dans des stations de régénération et régénérée avec des réactifs, pour être ensuite désinfectée puis remplie dans des cartouches.
Pour les installations stationnaires à capacité plus élevée, chaque échangeur de cations et d’anions est rempli dans un réservoir sous pression. L’eau traverse ensuite successivement les deux colonnes échangeuses. La régénération de l’échangeur de cations s’opère sur place avec un acide dilué, p. ex. de l’acide chlorhydrique, celle de l’échangeur d’anions avec une base diluée, p. ex. de la soude caustique. Comme filtre de sécurité, on peut par la suite commander encore une cartouche lit mélangeur. Pour ce procédé, le personnel de service et les équipements de sécurité doivent répondre à des exigences de sécurité élevée.
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Degré d’adoucissement |
Adoucissement pratiquement complet |
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Teneur totale en sel |
< 0.01 mmol/l (réduite) |
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Conductivité |
< 0.2 µS/cm (abaissée) |
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Valeur pH |
> 7 (alcaline) |
Propriétés d’une eau entièrement déminéralisée
4.2.3.2 Domaines d’utilisation
L’eau entièrement déminéralisée est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✘ |
✔* |
✘ |
|
* |
homologué uniquement avec des raccords et robinetteries en acier inoxydable |
|
✔ |
utilisation: oui |
|
✘ |
utilisation: non |
Les produits
4.2.4 Electrodéionisation
4.2.4.1 Principe de fonctionnement
Lors d’une électrodéionisation se produit une déminéralisation complète qui fait intervenir un échange d’ions et une électrodialyse. Avant la déminéralisation complète par électrodéionisation, des étapes préliminaires permettent de préparer l’eau brute par filtration et osmose inverse.
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Degré d’adoucissement |
env. 99 % |
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Teneur totale en sel |
Réduite |
|
Conductivité |
< 0.1 µS/cm (abaissée) |
Propriétés d’une eau déionisée
4.2.4.2 Domaines d’utilisation
L’eau déionisée est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✘ |
✔* |
✘ |
|
* |
homologué uniquement avec des raccords et robinetteries en acier inoxydable |
|
✔ |
utilisation: oui |
|
✘ |
utilisation: non |
Les produits
4.3 Technologie des membranes
4.3.1 Principe de fonctionnement
La filtration par charbon actif sert à éliminer des substances odorantes et aromatisantes, des métaux lourds, de la poussière et des produits chimiques.
Dans ce procédé, le charbon actif a une grande surface, ce qui présente un risque élevé de contamination bactérienne.
La filtration par surface permet de retenir des matières solides par une fine couche filtrante à plat. La séparation s’opère surtout mécaniquement. Il existe un procédé spécial de filtration par surface qui fait intervenir une membrane. La microfiltration, ultrafiltration et nanofiltration ne se distinguent dans leur fonctionnement que par la taille des pores de la membrane. Plus les pores sont petits, plus la différence de pression applicable doit être grande pour faire passer l’eau à travers la membrane.
La microfiltration, ultrafiltration et nanofiltration servent à filtrer des particules dont les tailles sont à l’échelle du nanomètre. On arrive à filtrer l’eau avec une telle finesse qu’elle est pratiquement exempte de matières solides.
Les virus et pesticides sont éliminés surtout avec des modules d’ultrafiltration.
4.3.2 Domaines d’utilisation de la filtration par charbon actif
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✔ |
✔ |
✔ |
|
✔ |
utilisation: oui |
4.3.3 Domaines d’utilisation de la microfiltration, ultrafiltration et nanofiltration
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Type de filtration |
Grandeur de particule |
Usage |
Remarques |
Utilisation pour eau de boisson |
|---|---|---|---|---|
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Microfiltration |
≥ 100 nm |
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Filtration grossière par membrane |
✔ |
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Ultrafiltration |
≤ 10 nm |
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Elimine aussi les plus petits microorganismes tels que les virus (diamètre > 100 nm), agit comme barrière contre une infection bactérienne ou virale. Est considérée comme technologie de l’avenir dans le traitement de l’eau souterraine et de l’eau de source polluée par pénétration des eaux de surface. |
✔ |
|
Nanofiltration |
≤ 1 nm |
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Elimine des éléments chimiques tels que résidus de médicaments, humines, sulfates, agents de dureté, matières organiques à l’état de traces (pesticides) et métaux lourds |
✘ |
|
✔ |
utilisation: oui |
|
✘ |
utilisation: non |
Les produits
4.3.4 Osmose inverse
4.3.4.1 Principe de fonctionnement
L’osmose repose sur une loi fondamentale de la nature selon laquelle deux états différents recherchent toujours l’équilibre. Lorsque 2 solutions salines et de concentration différente sont séparées par une membrane semi-perméable (membrane qui ne laisse passer que de l’eau), la solution à teneur en sel plus élevée laissera entrer de l’eau de la solution à teneur en sel plus faible jusqu’à ce que la teneur en sel soit en équilibre des deux côtés de la membrane. Plus la différence de concentration entre les deux solutions est élevée, plus grande sera la force pour établir un équilibre. Cette force est connue sous le nom de pression osmotique.
Dans l’osmose inverse, une pression mécanique fait passer l’eau dans le sens inverse de la diffusion normale, par une membrane semi-perméable à pores ultrafins. Il s’agit là d’un processus de séparation moléculaire. Toutes les substances nocives et étrangères sont retenues, et on obtient une eau pratiquement 100 % pure.
Pour produire un courant d’eau qui s’oppose à la pression osmotique, il faut utiliser une énergie sous forme de pression mécanique.
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Degré d’adoucissement |
env. 98 % |
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Teneur totale en sel |
< 0.8 mmol/l (réduite) |
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Conductivité |
10 µS/cm (abaissée) |
Propriétés d’une eau osmosée
4.3.4.2 Domaines d’utilisation
L’eau osmotique est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✔* |
✔** |
✘ |
|
* |
utile seulement dans des situations exceptionnelles, p. ex. en haute mer ou dans des régions sans installations de traitement de l’eau |
|
** |
homologué uniquement avec des raccords et robinetteries en acier inoxydable |
|
✔ |
utilisation: oui |
|
✘ |
utilisation: non |
Les produits
4.4 Procédés physiques
4.4.1 Principe de fonctionnement
Ce qui est caractéristique des procédés physiques de traitement de l’eau, c’est que la composition chimique de l’eau reste inchangée. Les agents de dureté et les carbonates ne sont pas extraits de l’eau, ils sont tout juste empêchés de se déposer dans des endroits gênants.
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Procédé |
Principe de fonctionnement |
Remarques |
|---|---|---|
|
Aimants |
Des champs électriques ou magnétiques changent la structure calcaire et empêchent la formation de dépôts de calcaire. |
– |
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Convertisseur anti-tartre |
Le procédé repose sur le principe de la formation de germes cristallins. Le convertisseur anti-tartre fonctionne avec une surface spéciale déposée sur un petit granulat céramique. Au contact de l’eau de boisson avec cette surface céramique, des «germes cristallins» se forment de manière naturelle. Or, le calcaire dissout dans l’eau s’agglutine de préférence autour de ces cristaux de calcaire. Le restant est par la suite rincé hors du réseau de distribution lors d’un soutirage, et il n’y a donc pas de formation de dépôt. |
– |
|
Electrophysique |
Le procédé a une incidence directe sur le rapport calcaire/acide carbonique. Cet effet ne nécessite pas de substances auxiliaires ou additionnelles. Des paires d’électrodes incitent le calcaire à former des cristaux. Comme les cristaux perdent leur capacité à se fixer sur les tuyaux, l’eau les emporte tous hors de l’installation. Des minéraux importants restent cependant dans l’eau. |
Un degré d’efficacité de jusqu’à 30 % a été établi |
|
Avec du CO2 CalcFree |
Une quantité minimale de CO2 est ajoutée à l’eau, ceci en fonction du degré de dureté, de la température et de la consommation d’eau. Le calcaire demeure dissous dans l’eau et ne se dépose plus. Dans l’eau chaude, l’équilibre entre calcaire et acide carbonique peut être maintenu jusqu’à une température de 90 °C. |
Un surdosage de CO2 permet même de désagréger lentement le tartre incrusté. L’équilibre entre calcaire et acide carbonique se règle de manière minimale dans la plage excédentaire de CO2. Le CO2 présent en quantité excédentaire est agressif et peut désagréger le calcaire, mais il peut aussi corroder les conduites de cuivre et les raccords en bronze. |
Propriétés de l’eau:
-
Pas de changement dans sa composition
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Le calcaire qu’elle contient est maintenu dans la solution par cristallisation.
4.4.2 Domaines d’utilisation
L’eau traitée par des procédés physiques est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✔ |
✔ |
✔ |
|
✔ |
utilisation: oui |
4.5 Irradiation aux UV
4.5.1 Principe de fonctionnement
L’exposition à des rayons de lumière ultraviolette est utilisée principalement comme procédé de désinfection. Leur effet repose sur l’endommagement du génome des microorganismes. Cela leur fait perdre leur capacité à se diviser. Les germes ne peuvent alors plus se multiplier.
Avantages:
-
Désinfection sans formation de produits secondaires et sans utilisation de produits chimiques
-
Sans altération de l’odeur ni du goût de l’eau de boisson
Désavantages:
-
Le procédé aux rayons UV ne protège pas le réseau. Pour empêcher qu’il y ait à nouveau une contamination bactérienne dans le réseau, il faut que l’eau soit biologiquement stable ou il faut prévoir une protection supplémentaire du réseau (chlore, dioxyde de chlore).
-
L’irradiation aux UV doit atteindre directement les microorganismes. L’eau ne doit pas être trouble, au risque de voir les microorganismes protégés par des ombres.
4.5.2 Domaines d’utilisation
L’eau traitée par l’irradiation aux UV est utilisée dans les domaines suivants:
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Usage |
Utilisation pour eau de boisson |
Utilisation avec Optipress |
Utilisation avec Optiflex |
|---|---|---|---|
|
✔ |
✔ |
✔ |
|
✔ |
utilisation: oui |
4.6 Procédés ésotériques
Un certain nombre de besoins individuels spécifiques sont couverts par des procédés dits ésotériques et rituels. Leur utilité n’est pas attestée par la science classique, et leur utilisation est laissée à la discrétion de l’utilisateur.
Ces procédés ne présentent en général pas de risques pour la santé dans la mesure où une contamination de l’eau par des bactéries reste exclue.
Lors d’une inoculation par des eaux provenant de sources spéciales, il faut toutefois veiller à ce que celles-ci soient parfaitement hygiéniques afin d’éviter des risques potentiels pour la santé.
4.7 Comparaison des paramètres chimiques physiques dans des eaux traitées
Certains procédés de traitement de l’eau ont pour effet de changer la composition de l’eau comparée à l’eau brute. La part des ions de magnésium, de calcium et de sodium ainsi que des carbonates et autres sels change selon le traitement de l’eau. Ces changements ont aussi une incidence sur la conductivité de l’eau, que l’on détermine par le nombre d’ions qui s’y déplacent librement.
