Le traitement de l'eau par rayonnement UV

Présentation

Le dispositif de traitement, bactéricide, a pour principe de générer des rayons ultra-violets au sein d'une chambre d'irradiation. Ces rayons que l'on explicitera plus loin, irradient les cellules vivantes contenues dans le liquide traversant l'appareil.

Le principe de base, connu depuis le début du siècle, bénéficie aujourd'hui de matériaux nouveaux (lampes à haut pouvoir germicide, et chambre d'irradiation à haut coefficient de réflexion), et d'une maîtrise totale des paramètres annexes de fonctionnement (environnement, débit, application). La qualité de l'eau étant depuis quelques années pointée du doigt, le principe de décontamination par UV s'est alors beaucoup développé.

Principe de fonctionnement

Les rayons ultra-violets sont une onde électromagnétique et regroupent des fréquences oscillants entre 10 et 400 nm (10 nm étant la limite des rayons X et 400 nm la limite des radiations visibles).

Ces radiations UV ont une action photochimique sur les corps, action qui se manifeste par des réactions très diverses telles que :

L'action stérilisante, est due à la perturbation apportée par les radiations ultra-violettes dans la structure chimique des constituants de la cellule vivante, et par suite, de leur fonctionnement. La courbe d'adsorption de l'ADN (acide désoxyribonucléique), véritable support de l'information génétique dans le noyau des cellules, pour des longueurs d'onde comprises entre 200 et 285 nm met en évidence un pic à la longueur d'onde de 257 nm, c'est à dire un profond effet germicide à cette longueur d'onde.

Suivant la quantité d'énergie UV reçue, la cellule vivante sera soit stérilisée (effet bactériostatique) soit détruite (effet bactéricide). L'effet bactériostatique dans le cas d'une absorption modérée d'énergie UV, permet à la cellule de continuer à vivre, mais sans avoir la possibilité de se reproduire. Cette cellule est donc condamnée à disparaître. L'effet bactéricide, dans le cas d'une absorption d'énergie supérieure à une certaine dose, permet la destruction de la cellule. La dose minimale légale selon la circulaire du 19/01/87 de la Direction Générale de la Santé est de 25 000 micro watt seconde par centimètre carré.

La loi de Lambert-Beer donne le calcul de l'énergie et met en évidence un certain nombre de paramètres dont dépend cette énergie :

d'où : D (dose d'exposition) = P / S × exp(-KY)×T exprimée en J/m² ou en 10 micro Ws/cm²

L'action abiotique des radiations UV sera d'autant plus efficace que la structure de l'être vivant se rapprochera de la structure mono-cellulaire. Les microbes, virus , bactéries, seront donc particulièrement sensibles aux rayons UV puis pour des doses plus fortes les végétaux inférieurs tels que les algues, les moisissures et leur spores.

Technologie, caractéristiques

Les rayons UV sont produits par des lampes à vapeur de mercure qui émettent à la longueur d'onde de 254 nm, très proche de la longueur d'onde de 257 nm à haut pouvoir germicide.

Deux types de lampes existent : lampes basse pression et haute pression.

Ces dernières émettent des puissances UV-C plus élevées, environ 100 à 150 W UV-C mais avec des rendements énergétiques inférieurs. Les durées de vie de ces lampes sont d'environ 3000 heures pour les lampes de type HP et de 8000 heures pour les lampes de type BP.

Un appareil de traitement UV se compose d'une ou plusieurs lampes placées dans des gaines de quartz pour être isolées thermiquement de l'eau. Ces lampes peuvent être assemblées dans un tube cylindrique (appareil de type fermé) ou dans un canal (appareil de type ouvert). Dans les deux cas l'eau circule, au voisinage des lampes, en couches minces car les rayons UV sont rapidement absorbés par l'eau. Les gaines de quartz se trouvent confinées dans un réacteur qui, suivant la pression de fonctionnement est construit en acier inoxydable, acier zingué à chaud ou polyéthylène à haute densité.

L'ensemble est commandé par une armoire électrique assurant l'allumage des lampes, leur fonctionnement, le comptage des heures de fonctionnement et d'une alarme indiquant un éventuel dysfonctionnement.

L'énergie consommée par la désinfection varie en fonction de l'adsorption du rayonnement par l'eau à traiter (turbidité, présence de métaux, matières organiques...) Cette énergie se situe généralement entre 15 et 40 Wh par mètre cube d'eau traitée.

L'efficacité obtenue varie entre 90 et 99,99 % suivant la durée d'exposition de l'eau à traiter au rayonnement.

La capacité de traitement des appareils est très vaste, depuis quelques litres par heures pour un dispositif mono-lampe, jusqu'à 1 000 mètres cubes pour les plus grosses installations industrielles. L'investissement à réaliser suit la même évolution, depuis 2 000 F environ pour un appareil traitant 48 litres/heure jusqu’à 200 000 F pour un dispositif traitant 500 mètres cubes/heure.

Avantages et inconvénients

Le système de décontamination de l'eau par UV possède de nombreux avantages. Le plus intéressant est que la désinfection s'accompagne de la formation d'aucun produit de réaction avec les matières organiques de l'eau. L'utilisation de l'appareil est simple, il est adaptable sur un circuit de distribution d'eau déjà en place, son entretien réduit et son coût de fonctionnement est relativement bas.

Ces avantages sont contrecarrés par quelques inconvénients majeurs. Il n'y a pas de possibilité d'apprécier de façon immédiate l'efficacité du traitement par la mesure d'un résiduel comme dans le cas d'un oxydant chimique. Il n'y a pas d'effet rémanent. L'emploi de la désinfection par UV est donc réservé à la désinfection d'eaux dont le circuit de distribution est court et bien entretenu. Enfin, le bon fonctionnement de l'appareil nécessite une eau de bonne transmittance, c'est à dire une turbidité inférieure à 1 NTU.

Domaines d'application

Nous avons beaucoup parlé d'eau car c'est surtout pour le traitement des eaux que les UV sont utilisés. Toutefois, certaines applications spéciales concernent la décontamination de l'air dans les industries d'emballage en particulier.

Sinon, en ce qui concerne le traitement de l'eau, le domaine d'application de la méthode est très vaste :

Quelques professionnels

La liste qui suit n'est en aucun cas exhaustive. Elle fournit le nom de quelques professionnels bien implantés sur le marché des UV et fabriquant des matériels couvrant la totalité des domaines d'application des UV.

JMN diffusion
28130 Hanches
Katadyn
77680 Roissy en Brie
RFN Dimm
59299 Boeschepe
ATECH Rhône-Alpes
69002 Lyon
Actini SA
74500 Evian les bains
Berson France
75013 Paris