Le chlore, disponible sous forme gazeuse, liquide ou solide, est le désinfectant le plus couramment utilisé pour le traitement des systèmes d'adduction d'eau potable et des circuits d'eau de refroidissement. Le chlore est ajouté dans les stations d'épuration afin de détruire les contaminants, de désinfecter l'eau potable et de limiter la croissance microbienne dans le réseau d'adduction. On considère habituellement le dosage du taux de chlore dans un réseau d'adduction d'eau potable comme une priorité absolue. En effet, ce dosage indique que la désinfection a bien eu lieu et que le chlore n'est pas présent en quantité excessive dans le réseau. Les « Directives de qualité pour l'eau de boisson » de l'OMS (2004) stipulent qu'il est souhaitable de maintenir un taux de chlore libre résiduel de 0,2 à 0,5 mg/l dans les réseaux d'adduction.
La surveillance du chlore résiduel dans l'eau traitée est indispensable pour une régulation correcte du procédé de chloration, et ce pour toutes les communautés quelle que soit leur taille. On ne peut obtenir une vue d'ensemble qu’en dosant à la fois le chlore résiduel libre et total. Le dosage du chlore résiduel est obligatoire pour les systèmes d'approvisionnement en eau de consommation et les systèmes hygiéniques qui sont désinfectés en accord avec les règles existantes. Il doit être effectué sur site.
Il est également important de doser et de contrôler la teneur en chlore des circuits d'eau de refroidissement qui utilisent des biocides oxydants tels que le chlore, le mélange chlore/brome ou l'hypochlorite de
[Photo : L'analyseur de chlore libre d’Ati peut être utilisé pour la grande majorité des applications d'eau potable.]
sodium. Si un taux suffisant de chlore résiduel n'est pas maintenu, il existe un risque de dépôt biologique et/ou de corrosion sous dépôt. À l'inverse, en présence d'un taux trop élevé, la corrosion est inévitable.
Le pH de traitement est relativement stable dans de nombreuses applications. Seuls un analyseur et une sonde standard sont alors nécessaires. En revanche, lorsque le pH du courant d'eau fluctue, le risque d'erreur lors du dosage du chlore libre est loin d’être négligeable. Ce risque s'explique par la sensibilité de la sonde aux fortes variations de pH. Un pH élevé fait perdre toute sensibilité aux analyseurs de chlore libre. En général, les sondes de chlore libre fonctionnent correctement tant que le pH de l'échantillon d'eau est stable et inférieur à 8. Mais, si le pH de l'échantillon reste sensiblement supérieur à 8 ou fluctue, il doit être réduit à l’aide d'un tampon acide très coûteux.
L’industrie de l'eau arrivant à maturité, une plus grande attention est portée au véritable coût de fonctionnement des analyseurs au cours de leur durée de vie. Les analyseurs ampérométriques à cellule ouverte sont souvent victimes de défaillances de composants. Les pompes, par exemple, s’encrassent facilement au contact de contaminants hydriques, comme le fer ou le magnésium, ou de produits chimiques ajoutés à l'eau, comme l'acide orthophosphorique. Cet encrassement fausse les relevés et aboutit à la dérive du zéro.
Une étude professionnelle récente estime le coût de fonctionnement mensuel d'un analyseur ampérométrique avec tampon à 88 €. Les réactifs doivent être renouvelés régulièrement et les systèmes de distribution entretenus. Le coût de fonctionnement annuel d'un analyseur ampérométrique avec tampon peut approcher les 1 500 €. Des dizaines de milliers d'analyseurs de chlore résiduel sont actuellement installés au Royaume-Uni et on estime le coût de fonctionnement des analyseurs ampérométriques avec tampon à plus de 30 millions d’euros par an. Il n'est donc pas surprenant que les principales compagnies des eaux soient désormais à la recherche de nouvelles technologies de dosage du chlore.
Remplacement des tampons
Les compagnies des eaux tentent désormais de trouver des substituts aux tampons pour un certain nombre de raisons, en premier lieu à cause de leur coût élevé et des obligations d’entretien inhérentes. Les tampons posent également un problème environnemental : la mise au rebut des échantillons tamponnés est un véritable casse-tête. Dans une région comme les Highlands écossais qui ne dispose pas de drains chimiques et où le coût de l’évacuation par citerne serait exorbitant, il n'existe aucune méthode d'élimination qui soit sûre et viable du point de vue économique.
Devant cet état de fait, de nombreuses compagnies des eaux ont fait l'expérience du CO₂, dont l'action est similaire à celle d'un tampon acide. Il réduit le pH et le stabilise en dessous de 6. Là où le bât blesse, c'est que le CO₂, bien que très efficace, est difficile à dissoudre dans un échantillon d'eau. Ayant développé en interne un système de dissolution du CO₂ dans l'eau, la société South West Water a appliqué le tamponnage au CO₂ à l'ensemble de ses grandes opérations. Les deux principaux facteurs ayant motivé ce choix ambitieux sont la réduction des coûts et la protection de l'environnement. Les coûts du tamponnage au CO₂ représentent environ 10 % de ceux du tamponnage liquide et un échantillon tamponné au CO₂ peut être évacué par les voies normales, alors qu'un échantillon contenant des tampons liquides doit être éliminé par drain chimique ou évacué par citerne.
Technologies alternatives
Sous la pression des industriels de l'eau, la plupart des grands fabricants d'analyseurs de chlore ont développé une nouvelle technologie intégrant une sonde de pH dont le signal permet de corriger le signal chlore le cas échéant. Ces dispositifs n'ont pas connu le succès escompté à leur lancement. En effet, les analyseurs fonctionnaient sur une plage de pH limitée et les temps de réponse posaient problème.
Les sondes à membrane polarographique ont gagné la confiance des industriels au cours des 15 dernières années. Il s'agit de dispositifs ampérométriques à cellule fermée. La membrane permet de contrer les effets de l'encrassement : pas besoin, par exemple, de dispositifs de nettoyage des sondes.
[Photo : L’analyseur Q45H62 utilise une sonde polarographique améliorée à membrane réactive au pH qui élimine l'usage des réactifs chimiques.]
électrodes. Lorsqu'elle est bien pensée, cette technologie permet de doser le chlore en continu à un pH élevé et stable sans avoir recours à des tampons chimiques. Avec la bonne sonde, la réponse au chlore est satisfaisante à un pH élevé, ce qui permet une correction du pH sur une plage bien plus étendue.
Depuis peu, certains analyseurs à membrane avec correction du pH s'avèrent aussi stables et précis que les analyseurs tamponnés classiques et ouvrent une nouvelle voie aux industriels de l'eau.
Ayant passé haut la main un certain nombre de tests, ces analyseurs sont en train de devenir l'instrument de choix des compagnies des eaux.
Celles-ci n'ont désormais plus à supporter le coût prohibitif des tampons, peuvent réduire leurs besoins en maintenance et présenter au grand public le visage de sociétés soucieuses de l'environnement sans pour autant compromettre la précision de ce paramètre crucial.
Une solution innovante
Répondant à l'engouement croissant pour les technologies révolutionnaires, Analytical Technology Inc (ATi) vient de commercialiser un nouveau dispositif de dosage et de contrôle en ligne des systèmes de chlorination.
Le modèle Q45H est disponible en deux versions : un analyseur de chlore libre pour les réseaux d'adduction d'eau potable et les circuits d'eau de refroidissement et un analyseur de chlore combiné qui convient parfaitement à l'eau potable traitée aux chloramines.
L'analyseur de chlore combiné peut également être utilisé avec les effluents d'eaux usées dans lesquels l'ammoniaque est présente en quantité suffisante avant la chlorination pour que la monochloramine résiduelle prédomine.
L'analyseur de chlore libre Q45H62 est novateur : il utilise une sonde polarographique améliorée à membrane réactive au pH qui élimine l'usage des réactifs chimiques sur une plage de pH englobant la grande majorité des applications d'eau potable. Pour les applications à pH variable, l'analyseur Q45H62 est doté d'un compensateur de pH optionnel qui évite les erreurs de dosage du chlore libre causées par la dérive du pH de traitement.
[Photo : Pour les applications à pH variable, l'analyseur Q45H62 est doté d'un compensateur de pH optionnel qui évite les erreurs de dosage du chlore libre causées par la dérive du pH de traitement.]
À l’inverse des analyseurs colorimétriques en ligne et de la plupart des analyseurs ampérométriques, le Q45H est équipé d'une sonde polarographique à membrane particulièrement réactive à un pH élevé et ne nécessitant pas l'ajout de réactifs chimiques coûteux. La membrane protège également les électrodes de mesure : pas besoin de dispositifs de nettoyage.
Hormis l'alimentation secteur et l'alimentation en boucle, une alimentation sur batterie avec enregistreur de données interne est envisageable. Cette version est idéale pour le dosage à court terme sur des sites distants. L'appareil peut fonctionner 10 jours sur une seule batterie et l'enregistreur de données est capable de stocker jusqu'à 32 000 valeurs à une minute d'intervalle.
Conclusion
Afin de tirer parti des opportunités de croissance qui se présenteront et de conserver un avantage concurrentiel, les compagnies des eaux et de traitement des eaux usées doivent être capables d'investir dans la recherche et de mettre au point de nouvelles technologies de dosage du chlore. L'objectif des industriels étant de ne plus faire usage des réactifs tampons, la plupart des fabricants proposent désormais des analyseurs de chlore sans tampon. Même si certaines compagnies ont misé sur l'option écologique et moins coûteuse que sont les analyseurs au dioxyde de carbone, la technologie des analyseurs de chlore connaît de telles avancées que les tampons font déjà partie du passé.
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