Brevet FR2629073A1 — publié le 19890929

PROCEDE DE DESTRUCTION REGULEE ET CONTROLEE EN CONTINU DES COMPOSES AMMONIES D'UNE EAU La présente invention concerne un procédé de destruction régulée et contrôlée en continu des composés ammoniés présents dans une eau circulant dans une installation de traitement d'eau. La plupart des pays industrialisés ont émis, depuis de nombreuses années, des normes auxquelles doivent répondre les eaux distribuées aux collectivités. Ces normes ont été dictées essentiellement par des cri- tères d'hygiène et de santé. Tel est le cas par exemple, de la norme limitant la teneur des eaux en-ions ammonium (NH4+). En milieu rural, la principale source enions ammonium est constituée par les déchets agricoles. L'urée contenue dans ces déchets s'infiltre dans les sols ou bien est lessivée par les eaux pluviales. Finalement, les ions NH4+ s'accumulent dans les eaux de rivières ou de nappes phréatiques, qui seront ultérieurement traitées en vue de leur distribution aux collectivités. Il est bien connu qu'il est essentiel de réduire la teneur en ions NH4 des eaux destinées à la consommation. En effet, les ions NH4+ ont tendance à s'oxyder en ions nitrites. Ceux-ci se fixent sur l'hémoglobine du sang. Cela réduit d'autant la capacité respiratoire,#essen- tiellement chez les nourrissons. On a déjà proposé un procédé - dit procédé de chloration des composés ammoniés au point de rupture -, qui consiste à traiter les composés ammoniés de l'eau avec suffisamment de chlore pour éliminer les ions NH4+ et générer du chlore résiduel libre. On a également proposé des installations industrielles destinées à réduire et contrôler le taux d'ions ammonium contenus dans des eaux brutes en vue de leur consommation. Ainsi, il existe des stations de traitement des eaux utilisant un ammoniummètre. Cet appareil, fort coûteux, permet de mesurer le taux d'ions NH4 présent dans l'eau. Il est couplé avec un dispositif qui, lorsque la teneur en NH4+ est trop élevée, injecte dans le circuit d'eau, un composé chloré actif qui réagit avec les ions ammonium. En aval de cet ensemble est disposé un appareil qui permet de mesurer le taux de chlore résiduel présent dans l'eau. Lorsque ce taux est anormalement élevé, une alarme est déclenchée. Une telle installation présente de sérieux inconvénients. Le premier inconvénient est d'ordre pécuniaire. L'équipement est relativement coûteux si bien que de petites collectivités ne peuvent pas en acquérir. Le second inconvénient est dû au fait que la mesure en chlore résiduel qui constitue le seul moyen de contrôle du fonctionnement du système ne peut etre mise en oeuvre que par l'intermédiaire d'un second appareil. Cela vient augmenter la lourdeur et la complexité de mise en oeuvre de l'installation. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients énoncés ci-dessus. Plus précisément, elle vise à fournir un procédé de destruction régulée et contrôlée en continu des composés ammoniés présents dans une eau circulant dans une installation-de traitement d'eau, selon lequel on injecte à l'aide d'une pompe ou d'une vanne doseuse à débit variable un composé actif chloré dans l'eau à traiter. Le procédé en question est simple à mettre en oeuvre, il est économique et permet de réguler de façon tout à fait satisfaisante la teneur en ions ammonium de l'eau traitée. Ce procédé est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) on effectue un sondage de l'eau en un point de l'installation situé en aval du point d'injection du composé actif par la pompe ou la vanne doseuse, ce point étant situé de telle façon que le sondage ait lieu dans un délai (t1) compris entre 10 et 60 secondes après l'injection du composé actif dans l'eau (lorsque celle-ci arrive au point de sondage) b) on mesure la concentration en chlore résiduel libre présente dans l'eau qui passe au point de sondage, et on la compare à une valeur de consigne (Vc) c) on adapte le débit de la pompe ou de la vanne doseuse à cette mesure de manière à augmenter ou ralentir ce débit lorsque la concentration mesurée est respectivement inférieure ou supérieure à la valeur de consigne, afin de réguler la concentration en chlore résiduel libre de l'eau traitée le délai (t2 + t3 + t4) entre le sondage et l'injection du composé actif chloré résultant de cette adaptation étant inférieur à 150 secondes, et, de préférence, à 90 secondes. Lorsque le composé actif que l'on injecte est un liquide, on utilise une pompe doseuse, de type connu en soi ; lorsqu'il s'agit d'un gaz, on utilise une vanne modulante, également de type connu. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le son dage effectué à l'étape consiste à prélever en continu un échantillond'eau, dont on mesure ensuite la concentration en chlore libre. Selon un autre mode, le sondage de l'étape (A) est effectué in situ au moyen d'un capteur, par exemple un capteur polarographique. De préférence, on disperse ledit composé actif dans l'eau sensiblement au moment de son injection. Selon une autre caractéristique, ledit délai t1 est de l'ordre de 20 à 30 secondes. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la valeur de consigne (Vc) est comprise entre environ 0,50 et environ 1 mg de chlore libre par litre d'eau (p.p.m.). Selon l'invention, l'eau peut etre soumise, préalablement à l'étape a), à un traitement de préclarification. Il s'agit, de préférence, d'une décantation, d'une flottation et/ou d'une filtration. Selon une autre caractéristique, ledit composé actif chloré est l'hypochlorite de sodium, l'hypochlorite de calcium, le chlore, où leurs mélanges. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, illustrée par des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente, très schématiquement, le principe du fonctionnement du procédé de l'invention ; - la figure 2 représente, de façon très schématique, une installation de traitement des eaux équipée d'un système permettant la mise en oeuvre du procédé de l'inven~ion ;; - les figures 3a et 3b se rapportent aux résultats obtenus lors du traitement d'une eau de rivière par le présent procédé - les figures 4a et 4b illustrent les résultats obtenus lors du + traitement d'une eau de rivière dopée momentanément en ions NH4 - alors que les figures Sa et 5b illustrent les résultats obtenus lors du traitement d'une eau de nappe phréatique dopée en ions NH4+. Comme on l'a montré précédemment, la régulation de la destruction des composés ammoniés par le chlore nécessitait jusqu'à présent le dosage des ions- ammonium à l'aide d'un ammoniummètre. Cette technique, très onéreuse, ne permettait pas de vérifier sans un autre appareillage la teneur en chlore résiduel libre dans l'eau, qui constitue le seul moyen de contrôle du bon fonctionnement du système. Le demandeur a découvert un nouveau procédé de destruction régulée et contrôlée des composés ammoniés de l'eau à l'aide d'un composé actif chloré qui met en oeuvre la théorie du traitement de chloration des composés ammoniés au point de rupture. Il autorise la régulation en continu de la teneur en ions ammonium de l'eau à l'aide d'un appareillage simple et le contrôle, en aval, de la teneur en chlore libre de l'eau traitée. Les normes en vigueur à l'heure actuelle en ce qui concerne les eaux potables limitent la teneur en ions NH4+ à environ 0,5 mg. par litre d'eau. Par mesure de sécurité, on a l'habitude de traiter les eaux jusqu'à l'obtention d'une concentration en NH4 voisine de 0,05 mg. par litre d'eau et si possible inférieure. Cette concentration est appelée niveau-guide. Le traitement des ions NH4+ à l'aide d'un composé chloré est en soi connu. Les produits de réaction du chlore et des ions ammonium se dégradent progressivement en chloramines puis en azote qui n'affecte pas la qualité de l'eau traitée. Il est possible de contrôler le suivi de la réaction en introduisant dans le circuit de réaction un peu plus de composé chloré actif qu'il n'en faut pour réaliser la réaction. Une mesure du chlore libre résiduel rend compte du fonctionnement - bon ou mauvais - de la réaction. En référence à la figure 1 annexée, on a représenté de façon très schématique le principe de fonctionnement du procédé de l'invention. La mise en oeuvre de ce procédé est réalisée à l'aide d'un dispositif 1. Un sondage de l'eau est effectué de façon continue dans l'installation de traitement d'eau 10 qui contient l'eau à traiter et une certaine proportion de composé chloré actif. Ce sondage consiste à prélever un échantillon d'eau par l'intermédiaire du conduit 11 au point (P)-. L'eau s'écoule dans le sens de la flèche (F). L'échantillon d'eau est acheminé jusqu a un coffret 12 qui comprend une cellule de mesure de la concentration en chlore libre contenue dans l'eau. Il s'agit d'une cellule de mesure de type connu tel que, par exemple un système d'électrodes Acier inoxydable/Or, Argent/Or.La cellule peut etre couplée avec un moniteur de type connu qui donne 3a valeur de la mesure par affichage sur un écran 13. La valeur de la mesure est alors convertie, par un moyen de type connu, en un signal électrique, par exemple une intensité de courant, et transmise à un régulateur 15 de type "proportionnel intégral dérivé". Ce régulateur comporte un écran 15' muni d'un repère qui peut osciller entre les deux valeurs extrêmes d'intensités de courant. Bien entendu, ces valeurs extremes sont proportionnelles à des concentrations extremes en chlore. Par exemple, on utilise un régulateur qui couvre les intensités comprises entre 4 et 20 mA, correspondant à des valeurs en chlore résiduel libre comprises entre O et 2 p.p.m.Le régulateur comporte également des moyensde réglage d'une valeur de consigne qui correspond à une intensité, (c'est-à-dire une concentration en chlore libre). Cette valeur de consigne est celle à laquelle on désire se maintenir au long de la mise en oeuvre du procédé. Elle est par exemple de 10 mA soit 1 p.p.m. de chlore résiduel libre. Le régulateur 15 est associé au coffret de commande 16 d'une pompe doseuse 17 en composé actif chloré, sous forme liquide, à vitesse variable, qui injecte ce dernier dans le circuit de traitement de l'eau 10 au point (Q). Le composé chloré est intimement mélangé à l'eau du fait de la circulation permanente de l'eau à l'intérieur du circuit de traitement, comme le montrent les flèches au niveau du pont (Q). Ainsi, lorsque la concentration en chlore mesurée à un instant donné et transformée en une intensité de courant, est supérieure à la valeur de consigne, le débit de la pompe doseuse est automatiquement ralenti de façon à abaisser la teneur en chlore résiduel libre de l'eau traitée. Au contraire, lorsque l'intensité mesurée est plus petite que la valeur de consigne, cela signifie que la presque totalité du composé actif chloré a réagi avec les ions ammonium. Il faut, par conséquent, en augmenter la concentration. Le régulateur agit sur le coffret de commande de la pompe dont le débit est alors augmenté. On effectue ainsi une régulation de la concentration en chlore résiduel libre de l'eau traitée. On a constaté que le chlore réagit avec de nombreux composés présents dans l'eau à traiter selon des cinétiques de réaction tout à fait variables. Au surplus, les appareils de mesure en continu du chlore résiduel libre voient leurs résultats entachés d'erreurs par interférence avec des composés tels que les chloramines qui se forment dans l'eau après la réaction du chlore sur l'ion ammonium, ainsi que le montrent J.C. Morris et l.W. Wei dans "Chlorine Ammonia Breakpoint Reactions : Model mechanismes and Computer simulation - Am. Chem. Soc., Div. Water, dir. and Waste Chem., Minneapolis. Minn. 15 avril 1969".C'est pourquoi il est nécessaire d'effectuer une mesure suffisamment sélective du chlore libre résiduel, qui est lui-même indicateur suffisamment spécifique de l'état de la réaction du composé actif chloré sur les composés ammoniés. Un tel but est atteint selon la présente invention si le prèlèvement de l'échantillon d'eau est effectué dans un délai (t1) compris entre 10 et 60 secondes après l'injection du composé actif dans l'eau correspondant à cet échantillon et si le délai (t2 + t3 + t4) entre le prélèvement de l'échantillon et l'injection du composé actif chloré résultant est inférieure à 150 secondes et, de préférence, à 90 secondes. On a également constaté qu'il est préférable d'effectuer une mesure sur une eau débarassée de matières organiques-qui pourraient gêner les mesures et même boucher certaines canalisations. C'est pourquoi on préfère mettre en oeuvre le procédé de l'invention sur une eau préalablement clarifiée. Ce traitement de clarification consiste par exemple en une décantation, une flottation et/ou une filtration ou procédé assimilé. Bien entendu, si l'eau à traiter provient d'une nappe phréatique, le traitement de clarification n'est pas nécessaire puisque les matières organiques sont pratiquement inexistantes, mais d'autres traitements préalables peuvent s'avérer utiles. Il s'agit, par exemple, de traitements de minéralisation, adoucissement, déferrisa tion, démanganisation, dénitratation, nitrification. Toujours en référence à la figure 1, on a représenté par des flèches en traits pointillés, comment se décompose la durée de mise en oeuvre des différentes étapes du procédé. Le temps t1 sépare l'instant d'injection du composé chloré actif au point (Q) de l'instant de prélèvement d'un échantillon d'eau au point (P). t2 est le temps nécessaire pour acheminer l'échantillon d'eau, du cir cuit de traitement 10 à la cellule de mesure 12. t3, nécessaire pour effectuer la mesure, est lié aux performances du coffret. Le temps t4 correspond au temps nécessaire pour transformer la mesure effectuée de la cellule et agir en conséquence sur la pompe doseuse. Selon une variante, on remplace le conduit d'échantillonnage 11 par un capteur, par exemple polarographique placé au voisinage du point (P). Ce capteur sonde directement in situ la concentration en chlore résiduel libre de l'eau et fournit un signal électrique qui est fonction de cette concentration. Ce signal est ensuite mesu ré et affiché sur l'écran 13 du moniteur. En référence à la figure 2, on a représenté, très schématiquement une installation de traitement d'eau équipée d'un système permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'installation se compose de quatre parties principales : un décanteur 2, un filtre 3, une cuve d'ozonation 5 et une réserve d'eau traitée 6. L'eau, telle qu'elle arrive de la rivière, entre dans l'instal lation de traitement par l'intermédiaire du conduit 20. L'eau est alors traitée par du CaO et du sulfate d'alumine puis évacuée vers le floculateur 21 afin que les matières organiques en suspension dans l'eau précipitent. L'eau parcourt alors la cuve de décantation 22 composée de trois étages 22a, 22b et 22c où les matières organiques piègées par la floculation se déposent. L'eau débarassée de la plupart des matières organiques passe dans le filtre 3 par l'intermédiaire d'une canalisation 23. L'eau 30 arrive sur un filtre de sable 31 où sont retenues les dernières particules en suspension dans l'eau. L'eau filtrée est ensuite évacuée par l'intermédiaire de la canalisation 33 vers une cuve d'ozonation à trois compartiments 5. La conduite 50 assure le renouvellement en air ozoné.Après ce traitement, l'eau est évacuée à travers la canalisation 60 jusqu'à une réserve d'eau traitée 6. Le système permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention porte la mention 4. On notera que la canalisation 32 qui permet d'effectuer la prise d'échantillon d'eau est branchée au point (A) sur la conduite 23 qui assure la jonction entre le décanteur 2 et le filtre 3. De même, la conduite 40 assure la circulation de composé actif chloré et débouche au début de la conduite 23, au point (B) situé en amont du (A). Il est également possible de mettre en oeuvre le procédé de l'invention avec une eau préalablement filtrée. Dans ce cas, la canalisation 32' tracée en traits pointillés permet d'effectuer la prise d'échantillon. Nous allons maintenant décrire, toujours en référence aux dessins annexés des exemples de traitement mis en oeuvre avec des eaux de différentes qualités et sous différentes conditions Exemple 1 On a effectué un essai de régulation du taux d'ions ammonium sur une eau de rivière filtrée en cours de traitement dans une installation analogue à celle décrite en référence à la figure 2. La prise d'échantillon est effectuée par l'intermédiaire de la canalisation 32'. Le temps lit1 + t2 + t3 + t4" nécessaire pour mettre en oeuvre l'ensemble des étapes du procédéest voisin de 20 minutes et "tel" est proche de 16 minutes. Le composé actif chloré utilisé est l'hypochlorite de sodium. Le tableau ci-après indique les résultats obtenus. Tableau I Temps Taux de Chlore Ammoniaque cumulé chlore injecté libre (p.p.m. de NH4+) (mn) (p.p.m.) p.p.m. Avant Après chloration chloration û 5,5 û 0,6 0,6 5 O 0,4 0,6 0,6 30 8 0,03 0,6 0,4 4O 4,5 0,4 0,6 (0,05 45 1 0,7 0,6 50 O 0,86 0,65 0,1 52 O 0,88 0,65 0,15 54 O 0,83 0,7 0,25 60 6 0,15 0,65 0,4 70 6 0,05 0,6 0,6 L'analyse des résultats de ce tableau montre que même après une durée relativement longue de mise en route, on n'arrive pas à réguler de façon satisfaisante la teneur en ions ammonium de l'eau. Un autre essai a été effectué sur une eau non filtrée (la prise d'échantillon a été effectuée par l'intermédiaire de la canalisation 32) avec un temps "tell inférieur à 60 secondes et un temps "t2 + t3 + t4" voisin de 8 minutes. Il a conduit à des résultats comparables. Exemple 2 En référence aux figures 3a et 3b, on a représenté sous forme de courbes, les résultats obtenus lors du traitement d'une eau de rivière non filtrée en mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Le temps "t1 " est égal à 20 secondes et t't1 + t2 + t3 + t4,, est voisin de 100 secondes. Le composé actif chloré est l'hypochlorite de sodium. On a représenté sur la figure 3a, les courbes A3 et B3 représentatives du taux d'ions ammonium par litre d'eau, avant et après le traitement, en fonction du temps. Ces courbes sont répertoriées respectivement en traits continus et discontinus. Parallèlement, la figure 3b comporte les courbes C3 et D3 qui représentent respectivement le taux de chlore injecté par litre d'eau, ainsi que le taux de chlore résiduel libre, en fonction du temps. On constate, à la lecture de ces courbes, que pendant une durée voisine de 10 minutes, le taux de chlore injecté ainsi que celui de chlore résiduel oscillent assez largement, mais de façon amortie. Cela correspond à une période d'équilibrage du système (correction de régime). Ensuite les courbes s'équilibrent : la courbe A3 prend un profil correspondant à celle qui est caractéristique de la teneur de l'eau en ions ammonium avant traitement, alors que la courbe D3 devient rapidement plane pour s établir au niveau de la valeur de consigne (Vc) choisie et représentée en pointillés. On remarquera sur la figure 3a que la courbe B3 qui représente le taux d'ammonium est plane et voisine du seuil de détection analytique. Exemple 3 En référence aux figures 4a et 4b annexées, on a représenté les résultats obtenus lors du traitement d'une eau de rivière non filtrée dopée artificiellement en ions ammonium. Le temps ''t1 est voisin de 20 secondes et "t1 + t2 + t3 + t4" voisin de 100 secondes, le composé actif chloré est l'hypochlorite de sodium. La courbe A4 est caractéristique du taux d'ammonium de l'eau avant traitement, en fonction du temps. On remarque que l'on a dopé l'eau de manière à obtenir rapidement une concentration en ions ammonium voisine de 1,6 p.p.m. Le-s courbes C4 et D4 représentent respectivement en fonction du temps, le taux de chlore injecté ainsi que le taux de chlore résiduel libre. On remarquera que le profil de la courbe C4 est profondément affecté par le dopage de l'eau. Par contre, le profil de la courbe D4 reste relativement proche de la valeur de consigne. La régulation est donc permanente, avec réponse rapide et un léger régime transitoire qui est du à la rapidité et à l'importance relative de la variation de + concentration en NH4 dans l'eau traiter lors du dopage. Cet exemple montre que même lors d'une variation brusque de la quantité d'ions ammonium dans l'eau, la qualité de l'eau traitée reste sensiblement la meme puisque la courbe B4, caractéristique du taux en ions ammonium de l'eau traitée, reste plane et au niveau du seuil de détection analytique. Exemple 4 En référence aux figures 5a et 5b, on a représenté les résultats obtenus lors d'un traitement d'une eau de nappe contenant 0,2 p.p.m. d'ions ammonium par litre, dopée artificiellement à 0,5 puis à 0,7 p.p.m. (courbe A5). Le profil de la courbe C5, qui est caractéristique du taux de chlore injecté en fonction du temps répercute les deux dopages successifs. Par contre, le profil de la courbe D5, qui est caractéristique du taux de chlore résiduel libre ne subit que le légères inflexions au moment des dopages puis revient très vite, en moins de 5 minutes au niveau de la valeur de consigne (Vc) égale à 0,5 mg. de chlore libre par litre d'eau. Le taux d'ions ammonium, représenté sur la courbe B5, reste quant à lui constant et pratiquement nul. On notera que pour la mise en oeuvre de cet exemple, on a utilisé un composé actif chloré qui consiste en de l'hypochlorite de sodium. Le temps "t1 est égal à 20 secondes et "t1 + t2 + t3 + t4" est voisin de 90 secondes. L'ensemble des traitements qui ont fait l'objet des exemples ci-dessus ont été réalisés en utilisant, à titre de composé actif chloré, de l'hypochlorite de sodium. A titre de variante, il est tout à fait possible d'employer d'autres composés chlorés tels que l'hypochlorite de calcium, le chlore ou des mélanges de ces composés. Comme déjà indiqué plus haut, si ce composé est gazeux, la pompe doseuse est remplacée par un dispositif équivalent tel qu'une vanne modulante. REVENDICATIONS 1. Procédé de destruction régulée et contrôlée en continu des composés ammoniés présents dans une eau circulant dans une installation de traitement d'eau, selon lequel on injecte à l'aide d'une pompe ou vanne doseuse à débit variable un composé actif chloré dans l'eau à traiter, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) on effectue un sondage de l'eau en un point de l'installation situé en aval du point d'injection du composé actif par la pompe ou vanne doseuse, ce point étant situé de telle façon que le sondage ait lieu dans un délai (t1) compris entre 10 et 60 secondes après l'injection du composé actif dans l'eau (lorsque celle-ci arrive au point de sondage) b) on mesure la concentration en chlore résiduel libre présente dans l'eau qui passe au point de sondage, et on la compare à une valeur de consigne (Vc) c) on adapte le débit de la pompe ou de la vanne doseuse à cette mesure de manière à augmenter ou ralentir ce débit lorsque la concentration mesurée est respectivement inférieure ou supérieure à la valeur de consigne, afin de réguler la concentration en chlore résiduel libre de l'eau traitée le délai (t2 + t3 + t4) entre le sondage et l'injection du compo 4 sé actif chloré résultant de cette adaptation étant inférieur à 150 secondes, et, de préférence, à 90 secondes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sondage effectué à l'étape (a) consiste à prélever en continu un échantillon d'eau, dont on mesure ensuite la concentration en chlore libre. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sondage de l'étape (a) est effectué in situ au moyen d'un capteur, par exemple un capteur polarographique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on disperse le composé actif chloré dans l'eau sensiblement au moment de son injection. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le délai (t1) est de l'ordre de 20 à 30 secondes. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que ladite valeur de consigne (Vc) est comprise entre environ 0,50 et environ 1 mg. de chlore libre par litre d'eau. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que, préalablement à l'étape a), l'eau est soumise à un traitement de clarification, qui consiste de préférence en une décantation, une flottation et/ou une filtration. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ledit composé actif chloré est choisi parmi l'hypochlorite de sodium, l'hypochlorite de calcium, le chlore ou leurs mélanges.