LU85532A1 - Procede de desinfection d'eau - Google Patents

Description

PROCEDE DE DESINFECTION D'EAU

La présente invention est relative à un procédé de désinfection d’eau.

Elle est applicable, d'une part, pour traiter des eaux qui doivent ou peuvent être recirculées comme, 5 par exemple, des eaux de piscine ou de bassins de natation et, d'autre part, pour traiter des eaux résiduaires, voire même des effluents, qui ne doivent ou ne peuvent pas être recirculés et qui sont destinés notamment à des usages tels que : conditionnement d'air, eaux à usages domes-10 tiques, eaux de boisson, etc.

La stérilisation des eaux de piscine est réalisée actuellement presque exclusivement à l'aide d'halogènes ou de composés halogènes à caractère oxydant. Leur rôle est double : ils permettent, d'une part, de détruire les 15 cellules bactériennes par oxydation et, d'autre part, de détruire les matières organiques utilisables comme aliment pour-les—bactéries. La puissance d'un halogène ou composé halogène peut être exprimée par son potentiel d'oxydo-réduction; plus celui-ci est élevé, plus l'halogène ou 20 le composé halogène sera énergique.

Les halogènes utilisés sont principalement le chlore et le brome ou des dérivés de ceux-ci.

Dans le cas particulier de la stérilisation des eaux de piscine, les doses d'halogène nécessaires varient 25 entre 0,5 à 3 PP® et sont très généralement supérieures à 1 ppm. j i — c. “

Des concentrations inférieures en halogène entraînent soit un effet bactéricide trop lent, soit un effet bactéricide liinité à un spectre de microorga-nismes plus restreint, soit les deux.

5 L’utilisation de ces halogènes ou de leurs dérivés se heurte à de nombreux problèmes sur les plans technique et physiologique, a) Problèmes d’ordre technique : - Les halogènes sont des composés très volatils. Dans -10 le cas de leur utilisation en piscine couverte, ces composés provoquent une corrosion rapide des installations. Dans le cas de leur utilisation en piscine de plein air, les pertes en produit stérilisant sont très importantes et dues en particulier à leur décom-15 position à la lumière solaire et/ou à la chaleur.

- L’utilisation de ces produits nécessite parfois, au surplus, une correction du pK de l’eau (cas du chlore). L’addition d'un acide minéral s'avère souvent obligatoire.

20 b) Problèmes d’ordre physiologique pour l’homme :

Ces produits, les halogènes en particulier, confèrent à l’eau des propriétés organoleptiques inconfortables pour l'homme en formant des composés irritant la peau et les muqueuses. Ën particulier, pour le chlore et 25 le brome, cet inconfort commence à apparaître pour des concentrations de l'ordre de 0,3 ppm.

On connaît, par ailleurs, un procédé de stérilisation différant radicalement des procédés classiques en ce sens qu'il n'utilise aucun composé chimique à effet , 30 oxydant.

- 3 -

Dans cet autre procédé, l’agent stérilisant utilisé est constitué d’ions métalliques de cuivre et · d'argent introduits dans la phase aqueuse liquide par électrolyse. L'élimination de la matière organique conte-5 nue dans ladite phase est assurée par la formation, en amont d'un filtre à sable, d'un microfloculat de cuivre qui piège la matière organique en solution et/ou en suspension, et qui favorise sa rétention et/ou son adsorption sur le filtre à sable.

10 Les principaux avantages de ce procédé sont, d'une part, qu'il ne confère pas à l'eau traitée des propriétés organoleptiques inconfortables pour l'homme dans la gamme de concentrations en produits stérilisants utilisés (cuivre : 0,5 à 1,5 ppm ; argent : 1 à 10 ppb) 15 et, d'autre part, qu'il permet de maintenir une eau spécialement claire et limpide grâce au procédé d'élimination de la matière organique basé sur la formation d'un microfloculat.

Néanmoins, ce procédé ne permet pas toujours d' 20 atteindre un taux de décroissance des microorganismes aussi rapide que celui obtenu avec le chlore (1 ppm) pour des concentrations en ions situées dans les gammes de concentrations précisées ci-dessus. Une augmentation de la concentration en ions argent permet d'obtenir 25 un taux de décroissance des germes identique, voire supérieur, à celui obtenu avec le chlore (1 ppm), mais des problèmes d'ordres technique et physicochimique peuvent, dans certains cas d’utilisation du procédé, empêcher ou limiter cette augmentation.

30 La présente invention concerne un procédé de désinfection des eaux permettant d’obtenir un effet bactéricide égal ou même très nettement supérieur à celui exercé par le chlore (élément pris en référence à la concentration de 1 ppm), tout en utilisant des concentrations en halogènes 35 ou dérivés de ceux-ci aussi faibles que 0,05 ppm ou 50 ppb, soit de plus de 20 fois inférieures aux doses classiquement utilisées. If

II

- k -

Le procédé de désinfection d’eau suivant l’invention, dans lequel on ajoute à l’eau à traiter du cuivre et/ou de l’argent, se caractérise essentiellement par le fait qu’on ajoute aussi à l'eau un halogène ou un composé 5 halogéné à caractère oxydant en une quantité inférieure à celle nécessaire pour provoquer, à elle seule, l'effet bactéricide désiré.

Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, on utilise une quantité d’halogène ou d'un *10 composé halogéné telle que l’eau contienne, plus particulièrement, d’environ la moitié à environ un cinquantième de la quantité d'halogène ou de composé halogéné nécessaire pour provoquer, à elle seule, l'effet bactéricide désiré.

Quant aux quantités de cuivre et/ou d’argent 15 ajoutées à l’eau sous forme électrolytique ou sous forme de sels hydrosolubles, on utilise avantageusement de 0 à 3 ppm de cuivre sous forme ionique et de 0 à 100 ppb d’argent.

Le procédé suivant l’invention utilise un effet 20 synergique remarquable entre, d’une part, des métaux tels le cuivre et/ou l'argent et, d’autre part, un ou plusieurs halogènes classiques ou leurs dérivés, présents à l'état de trace dans les liquides à traiter.

Dans le procédé suivant l’invention, les agents 25 bactéricides sont le cuivre et/ou l'argent. Ces éléments exercent un effet bactéricide en bloquant irréversiblement des sites vitaux situés sur la membrane et/ou dans le cytoplasme des microorganisnes. L’utilisation d’un halogène ou dérivé de celui-ci, à de très faibles concentrations, . 30 permet de désorganiser et d'oxyder suffisamment la membrane des microorganismes pour entraîner une augmentation de l'effet bactéricide du cuivre et/ou de l’argent d’un facteur pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de fois, par rapport à la seule utilisation de ces ions. Les faibles 35 concentrations en halogène ou dérivé de celui-ci qu’il est nécessaire d'utiliser sont sans effet sur les microorga-nismes, si elles sont appliquées seules.

Comme halogènes, on peut utiliser, dans le procédé suivant l’invention, du chlore, du brome, de 5 l'iode, du fluor ou leurs mélanges.

Comme dérivés des halogènes, on peut utiliser, dans le procédé suivant l'invention, des dérivés chlorés, bromes, iodés, fluorés ou des dérivés contenant plusieurs atomes d'halogènes différents.

- 10 Dans le présent mémoire, l'expression "dérivés d'halogène" désigne tout dérivé halogéné minéral ou organique libérant, en milieu aqueux, des halogènes ou dérivés d'halogènes à caractère oxydant.

Comme exemples particuliers de dérivés chlorés 15 qui sont utilisables pour la stérilisation des eaux, on peut citer : 1) le bioxyde de chlore : CIO^ 2) l'acide hypochloreux : HC10 3) les hypochlorites de sodium : KaOCl 20 de lithium : LiOCl de calcium : Ca(0Cl)2 4) les composés organiques chlorés : - la chloramine T (formée par réaction du Cl^ avec le toluène) 25 - la chloramine D (formée par réaction du Cl^ avec ______le paratoluène sulfoné) CH^ Cgl·^ S02 NC12 - les di- et tri- chloroisocyanurates.

Dans ces composés, le chlore peut être remplacé par les autres halogènes à l'exception des oxydes d' 30 halogènes, où plusieurs formes sont souvent rencontrées.

Il existe bien entendu de nombreux autres composés halogénés ayant un pouvoir oxydant utilisables dans le cadre de la présente invention. Ainsi, la réaction des halogènes avec l'ammoniac, les amines ou les protéines 35 donne des composés qui présentent encore un pouvoir oxydant. Par exemple, la monobromamine garde un pouvoir oxydant élevé et une activité bactéricide égale à celle de l’acide hypobromeux.

EXEMPLES

5 1. Protocole expérimental

Les exemples décrits ci-dessous ont été réalisés dans les conditions suivantes :

On a utilisé, dans ces exemples, une souche de Streptococcus faecalis, parce qu’il est apparu, au cours -10 d’essais antérieurs, que ce microorganisme est plus résistant à l’action combinée des ions cuivre et argent que d’autres microorganismes rencontrés dans des eaux de piscine, tels que, par exemple, l’Echerischia coli, le Staphylococcus aureus et le Pseudomonas aeruginosa.

15 La souche de microorganisme utilisée pour l’en semble des exemples, Streptococcus faecalis ATCC 6569, a été cultivée en tube incliné sur un milieu de culture sélectif (Kanamycin Aesculin Azide Agar, OXOID CM 481) et repiquée au moins pendant trois jours consécutifs 20 à raison d’une fois par jour avant d’être utilisée pour l’expérience. Une heure avant le début de l’expérience, les solutions minérales composées à étudier ont été préparées dans des flacons stériles en polypropylène d’un volume total de 500 ml, à partir des solutions aqueuses 25 minérales suivantes : 1) CuS04 5H20 : 0,1 mg Cu++ ml"1 2) AgN03 : 1 ug Ag+ ml"1 3) NaHCO^ : 30,5 mg HCO" ml"1 4) Cl2 ï solution de NaCIO à une concentration ,30 de 8 + 2 % 5) I2 ! 0,1 mg I2 ml" (sous forme de KI^).

Le volume final de chaque solution composée était de 250 ml. Dans chaque flacon, la concentration en tampon _3 bicarbonate était constante et égale à 10 M. Cette 35 concentration permet de maintenir le pK de chaque solution - 7 - à 7»8 + 0,1 pendant toute la durée des essais.

Les cellules bactériennes contenues dans un ou plusieurs tubes de culture ont été ensuite mises en suspension dans de l’eau distillée (25 à 50 ml) et 5 agitées pendant 45 minutes sur une table agitante (2 secousses par seconde) à 26°C. Un volume donné de cette suspension bactérienne a ensuite été ajouté à chaque flacon de solution minérale.

Ces flacons ont ensuite été incubés à 26°C sous 10 agitation (2 secousses par seconde) pendant toute la durée des essais.

Le dénombrement des germes a été effectué sur chaque flacon, après 0, 2, 4, 6 et 8 heures d’incubation, par la méthode de dilution successive en tube à essai et 15 incubation en boîte de Pétri pendant 24 heures à 37°C (Milieu : 0X0ID CK 481).

2. Résultats

Les expériences mettent clairement en évidence la synergie existant entre le cuivre et l’argent, une 20 synergie nettement plus importante entre le cuivre et/ou l’argent et des éléments de la classe des halogènes, tels le chlore et l’iode.

Les résultats de ces expériences sont présentés au tableau I.

25 Pour chaque expérience, nous avons repris, dans ce tableau, le numéro de l’expérience, la composition minérale de la solution, la concentration en germes au temps zéro de l’expérience, le taux de mortalité décimal, Λ K, (exprimé en min ) correspondant à la pente de la 30 droite d'un graphique sur lequel le temps en minutes est placé en abscisse et le pourcentage de germes restants vivants est placé en ordonnée sur une échelle logarithmique. Enfin, pour chaque expérience, nous avons comparé le taux de mortalité obtenu avec celui atteint en présence d'une 35 concentration en chlore de 1 ppm (Kn^ ), rtci · - ί —

Tableau I : Taux déclinai de mortalité de la souche de streptocoques ATCC 6569 en fonction de la composition minérale du milieu A. Eléments pris séparément

Composition no Conc. en E

au milieu / .____ germes E - (ppm) - a t = o EPé (10^ ml ') (10 J min ') - Cl2 = 1 EXP AL 1 760 16,7 1,00 - Cl2 = 0,5 EXP AL 2 765 10,5 0,62 - Cl2 = 0,05 EXP AL 5 660 0,0 0,00 - Cu = 1 EXP AL A 265 1,6 0,09 - Cu = 2 EXP AL 5 755 2,0 0,12 - Ag = 0,01 EXP AL 6 127 1,4 0,08 - Ag = 0,04 EXP AL 7 612 6,3 0,50 - I2 = 1 EXP AL 8 2,8 11,1 0,66 B. Eléments pris simultanément

Composition j.j0 Conc. en K

du milieu eXüé;ience ?e™eE„ K -- (ppm) * a t - o Kp r „ _(10? ml'1) (IP"3 min"1) - Cu = 1 EXP AL 5 360 4,0 0,24

Ag = 0,01 - Cu = 1 EXP AL 10 882 4,0 0,24

Ag = 0,01 - Cu = 1 EXP AL 11 105* 33,3 1,99

Ag = 0,05 Κπ, - = taux de mortalité en présence de 1 ppm de chlore.

lté x · \

Tableau I : Tarn: décimal ce mortalité de la souche de StrsrjtOCO^U^E ATCC t θ’"; "^C^iCÎi-Or1 1b composition minérale du milieu (suite! B. Eléments pris simultanément (suite)

Composition T,0 Conc. en K

du milieu germes K - (ppm) exp„_c„ a t = o KRf^ (10^ ml ‘) (10 ^ min ') - Cu = 1 EXP AL 12 375 20,0 1,20

Cl2 = 0,10 * - Cu = 1 EXP AL 13 860 20,0 1,20

Cl2 = 0,10 - Ag = 0,01 EXP AL 14 140 33,3 1,99

Cl2 = 0,10 - Cu = 1 EXP AL 15 52 40,0 2,39 - 1 - Cu = 1 EXP AL 16 300 16,7 1,00 I2 = 0,5 - Cu = 1 EXP AL 17 395 9,0 0,54

Ag = 0,01

Cl2 = 0,01 - Cu = 1 EXP AL 18 345 12,0 0,72

Ag = 0,01

Cl2 = 0,03 - Cu = 1 EXP AL 19 220 16,7 1,00

Ag = 0,01

Cl2 = 0,05 - Cu = 1 EXP AL 20 214 25,0 1,50

Ag = 0,01

Cl2 = 0,07 - Cu = 1 EXP AL 21 677 50,0 2,99

Ag = 0,01

Cl2 = 0,10 - Cu = 1 EXP AL 22 870 33,3 1,99

Ag = 0,01 i2 = 1 KRéf = taux de mortalité en présence de 1 ppm de chlore. i

Le tableau ÏB, comparé au tableau IA, montre clairement une synergie remarquable entre l’utilisation d’ions métalliques et d'un halogène par rapport à l'utilisation séparée d’un quelconque de ces éléments ou à l’utilisation 5 de ces ions seuls.

En d’autres termes, le procédé suivant l’invention permet d'obtenir une telle synergie, en utilisant du cuivre et/ou de l’argent avec une quantité d’halogène très réduite. Dans le cas particulier où l'on fait usage de 10 chlore comme halogène, cette quantité peut être 20 fois moindre que celle communément utilisée.

3. Avantages remarquables du procédé suivant l'invention - Ce procédé permet de limiter très fortement l'emploi des halogènes et des composés halogènes classiques, et de 15 maintenir leur concentration très nettement en-dessous du seuil auquel les problèmes d'ordre organoleptique commencent à apparaître (0,3 ppm de C^).

- Ce procédé utilise des ions métalliques de cuivre et/ou d'argent dans les limites de concentration admises dans 20 la législation européenne applicable aux eaux de boisson ou alimentaires.

A ces teneurs, ces éléments sont sans danger pour l’homme et ne provoquent aucun inconfort d'ordre organoleptique. Ces éléments métalliques peuvent être apportés sous forme 25 de sels solubles ou par un procédé d’électrolyse.

- Les halogènes et dérivés halogènes étant utilisés à de très faibles concentrations, les problèmes de corrosion des installations ne sont plus présents.

• - Tous les produits halogénés peuvent être utilisés dans 30 ce procédé en synergie avec le cuivre et/ou l'argent.

Ces produits oxydants sont : les halogènes (chlore, brome, iode, fluor) et leurs dérivés.

- Dans le cas particulier du chlore, la gamme de concentration pouvant être utilisée s’étend de 0,01 à 0,5 ppm de 35 Cl2.

Claims (12)

1. Procédé de désinfection d'eau, dans lequel on ajoute à l'eau à traiter du cuivre et/ou de l’argent, 5 caractérisé en ce qu'on y ajoute aussi un halogène ou un composé halogéné à caractère oxydant en une quantité inférieure à celle nécessaire pour provoquer, à elle seule, l'effet bactéricide désiré.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 10 en ce que l’eau à traiter est de l'eau à utiliser dans une piscine ou bassin de natation.

3. Procédé suivant l'une ou l’autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’on utilise une quantité d'halogène ou d'un composé halogéné telle que l’eau 15 contienne d’environ la moitié à environ un cinquantième de la quantité d'halogène ou de composé halogéné nécessaire pour provoquer, à elle seule, l'effet bactéricide désiré.

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas d’une eau de piscine ou de 20 bassin de natation, on utilise une quantité d’halogène ou d'un composé halogéné telle que l'eau contienne d’environ 0,05 a 0,4 ppm d'halogène.

5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise d' 25 environ 0 à 3 ppm de cuivre sous forme ionique.

. " 6. Procédé suivant l'une quelconque des reven dications précédentes^ caractérisé en ce qu'on utilise d' environ 0 à 100 ppb d'argent sous forme ionique.

7. Procédé suivant l'une quelconque des reven- 30 dications précédentes, caractérisé en ce qu’on ajoute le cuivre et/ou l'argent sous forme électrolytique.

8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’on ajoute le cuivre et/ou l'argent sous forme d'un sel hydrosoluble. 35

9, Procédé suivant l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise environ 1 ppm de cuivre et 0,10 ppm de chlore. 1 «» φ — ΊΟ I £_ —

10. Procédé suivant l'une quelconaue des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’on utilise environ 0,010 ppm d’argent et 0,10 ppm de chlore.

11. Procédé suivant l’une quelconque des revendica— 5 tions 118, caractérisé en ce qu’on utilise environ 1 pnm de cuivre, 0,01 ppm d’argent et 0,05 à 0,10 ppm de chlore.

12. Procédé suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’on utilise environ 1 ppm Λ * de cuivre, de 0 à 0,01 ppm d’argent et de 0,5 à 1 ppm d’iode. A • — * w