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Chlore

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Qu’est-ce que le chlore ?

Le chlore est un élément chimique de numéro atomique 17, dont la masse moléculaire est de 35,5. Naturellement présent, il se trouve sous la forme minérale de chlorure de sodium (sel ordinaire) et d’autres sels. Le chlore artificiel est fabriqué dans le commerce grâce à l’électrolyse d’une solution de chlorure de sodium.

Chlore libre

Le chlore libre, lorsqu’il est utilisé pour la désinfection, se forme lorsque du chlore gazeux est dissous dans l’eau. Deux espèces chimiques (toutes deux sont des désinfectants puissants) peuvent se former selon le pH :

  • l’acide hypochloreux (HOCl).
  • l’ion hypochlorite (OCl -).

Chloration

La chloration est le procédé de traitement et de désinfection de l’eau qui utilise du chlore libre. La chloration est la méthode de désinfection courante utilisée pour l’eau de source avec une contamination organique minimale et de faibles concentrations de micro-organismes difficiles à traiter, comme le giardia ou le cryptosporidium. Elle est également utilisée pour le contrôle du goût et de l’odeur, la prévention des développements d’algues, le maintien d’une eau limpide, l’élimination du fer et du manganèse, la destruction du sulfure d’hydrogène et du cyanure, et l’amélioration de la coagulation.

Chloramine (chlore combiné)

Les chloramines se forment lorsque le chlore est ajouté à de l’eau contenant de l’ammoniac. La réaction du chlore avec l’ammoniac peut être souhaitée ou non selon le traitement de l’eau. En fonction du nombre d’atomes d’hydrogène dans l’ammoniac, les molécules sont remplacées par des atomes de chlore, et trois espèces de chloramine différentes peuvent se former :

  • la monochloramine
  • la dichloramine
  • le trichlorure d’azote

Chloramination

La chloramination est un processus de traitement et de désinfection de l’eau qui utilise la monochloramine en tant que désinfectant cible. Les chloramines ont une réactivité inférieure à celle du chlore libre et réagissent moins intensément à diverses impuretés dans l’eau brute, en particulier les substances organiques. Cela entraîne la formation de moins de sous-produits de désinfection (SPD) cancérigènes, principalement des trihalométhanes (THM). C’est l’un des facteurs les plus importants qui contribuent à la demande de remplacement de la chloration libre par la chloramination. En outre, en raison de la réduction de la puissance d’oxydation, les chloramines créent une demande de désinfectant beaucoup plus faible, ce qui réduit considérablement la consommation de chlore pour maintenir un résiduel de chlore total souhaité dans l’eau, ce qui à son tour réduit le coût du traitement.

Chlore total

Le chlore total est la somme de toutes les espèces de chlore libre et combiné présentes dans l’échantillon. Les méthodes de mesure du chlore peuvent être spécifiques au chlore libre (acide hypochloreux et hypochlorite) ou au chlore combiné (chloramines et chloro-organiques).


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Pourquoi mesurer le chlore ?

Un agent oxydant fort comme le chlore (Cl 2), est un désinfectant idéal. Un niveau de chlore résiduel approprié dans l’eau potable garantit une eau propre à la consommation humaine. Une quantité excessive de chlore dans l’eau peut avoir des effets néfastes sur la production pharmaceutique, les procédés de traitement des membranes et d’autres applications. L’excès de chlore résiduel peut nuire à l’environnement et aux propriétés organoleptiques de l’eau du robinet.

Lorsqu’il est ajouté à l’eau, le chlore réagit pour former du chlore libre ou des chloramines (en présence d’ammoniac), qui :

  • agissent comme des germicides puissants.
  • oxydent les métaux permettant de les enlever.
  • élimine les goûts et odeurs désagréables.

Chez Hach®, vous trouverez les kits de test du chlore, les instruments, les réactifs, les formations et les logiciels dont vous avez besoin pour surveiller et gérer efficacement le niveau de chlore dans vos procédés.

Produits pour la surveillance du chlore

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Hach innove dans le domaine de la spectrophotométrie depuis plus de 70 ans et propose de nombreux spectrophotomètres leaders sur le marché de l’analyse de l’eau.

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La chimie des stratégies de désinfection au chlore

La demande de chlore est la quantité totale de chlore nécessaire pour réagir avec tous les contaminants présents dans l’eau, tels que les métaux, les bactéries, les matières organiques ou l’ammoniac. Le chlore libre est utilisé, car une fois ajouté, il réagit avec les contaminants. Lorsque la demande est surmontée, le chlore libre devient mesurable. Par conséquent, la demande de chlore correspond à la différence entre la quantité de chlore ajoutée à l’eau et le résidu de chlore mesurable restant après la réaction. Comprendre la demande en chlore contribue à garantir une désinfection efficace tout au long du processus de traitement de l’eau. La chloration par
est l’application d’une quantité suffisante de chlore pour maintenir un résidu de chlore libre.

Risques associés à la manipulation incorrecte du chlore résiduel

  • Santé - le chlore doit être retiré de l’eau utilisée pour la dialyse afin d’éviter aux patients d’autres problèmes de santé, comme un arrêt cardiaque.
  • Environnement - même à de faibles niveaux, le chlore peut nuire à l’environnement, en particulier aux organismes vivant dans l’eau et le sol.
  • Structures - les chlorures qui pourraient se former en raison de l’utilisation d’eau chlorée peuvent attaquer les aciers inoxydables, compromettant la résistance des structures
  • Pharmaceutique - le chlore peut endommager les agents pharmaceutiques actifs pendant la production, entraînant une mauvaise qualité du produit ou une perte de produit.
  • Equipement de traitement de l’eau - dans les systèmes de traitement de l’eau, le chlore peut dégrader les membranes d’osmose inverse et les résines échangeuses d’ions.

Méthodes de déchloration

Le chlore pouvant être préjudiciable, certaines applications nécessitent une « déchloration ». La déchloration par adsorption utilise du charbon actif pour éliminer les composés chlorés. La déchloration chimique utilise des agents réducteurs tels que les sulfites, les bisulfites ou les métabisulfites pour détruire les espèces de chlore.

Quels processus nécessitent la surveillance du chlore?

Traitement et distribution de l’eau potable

Pendant la préoxydation, l’eau source qui pénètre dans une usine est dosée avec du chlore (préchloration) pour précipiter les minéraux comme étape principale de traitement (outre la désinfection), afin d’aider à éliminer les matières en suspension et dissoutes avant la filtration. L’eau est ensuite filtrée pour améliorer sa clarté et à nouveau chlorée.

Pour que le chlore soit efficace, sa concentration avant et après filtration (ainsi que le pH, la température de l’eau et le temps de contact) doit être surveillée et contrôlée. La plupart des usines de traitement possèdent une chambre de contact (puits transparent) où le chlore est injecté, mélangé et laissé en contact avec l’eau pendant le temps nécessaire en fonction de la température, du pH et du type de micro-organismes présents dans l’eau. Le temps de contact fournit un résidu de chlore, destiné à maintenir l’eau désinfectée lorsqu’elle pénètre dans les réservoirs de stockage et se déplace dans le système de distribution.

Toute la chloration avant (préchloration) et après les filtres (postchloration) est contrôlée en plusieurs points tout au long du processus de traitement et dans le système de distribution. La chloration supplémentaire de l’eau du robinet dans le réseau est généralement effectuée dans les stations de pompage/booster, et doit être surveillée et contrôlée.

Il est essentiel de surveiller les niveaux de chlore dans le système de distribution pour s’assurer que le niveau de résidu de chlore est maintenu, afin de respecter les normes réglementaires de désinfection et de s’assurer qu’il n’y a pas d’excès de chlore.

Avantages de l’utilisation du chlore pour désinfecter l’eau potable

  • Le chlore élimine les bactéries, les moisissures et les algues visqueuses qui se développent généralement dans les réservoirs d’eau, sur les parois des conduites d’eau et dans les réservoirs de stockage.
  • Le chlore est un puissant germicide, qui permet de réduire le niveau de nombreux micro-organismes pathogènes dans l’eau potable à des niveaux réglementaires appropriés.
  • Le chlore aide à éliminer le fer et le manganèse dissous de l’eau brute.
  • Le chlore réduit de nombreux goûts et odeurs désagréables par:
    • oxydation des matières organiques naturelles telles que la sécrétion d’algues à l’odeur nauséabonde, les sulfures et les odeurs de végétation en décomposition.
    • destruction du sulfure d’hydrogène, qui a une odeur d’œuf pourri.
    • élimination de l’ammoniac et d’autres composés azotés qui peuvent causer des goûts désagréables.

Inconvénients de l’utilisation du chlore pour désinfecter l’eau potable

  • Le chlore n’est pas efficace contre le cryptosporidium, un parasite qui menace la vie.
  • Pendant la chloration, l’ammoniac indésirable peut réagir avec le chlore pour former des chloramines qui réduisent le potentiel de désinfection et peuvent créer des problèmes de goût/odeur lorsqu’il n’est pas surveillé et contrôlé efficacement.
  • Lorsqu’il réagit avec des matières organiques dans l’eau, le chlore peut former des sous-produits de désinfection (SPD) qui sont considérés comme nocifs pour la santé humaine. En raison de ces risques, il existe des règlements qui limitent les niveaux de SPD ainsi que les concentrations en résidu de chlore dans l’eau potable.
Vue aérienne d’une usine de traitement de l’eau potable. Le chlore est utilisé en tant que désinfectant.

Traitement des eaux usées

La chloration est utilisée lors des dernières étapes du traitement pour tuer les agents pathogènes, ainsi que les micro-organismes utilisés lors des étapes précédentes du traitement afin de prévenir la propagation de maladies d’origine hydrique. Afin de réduire la toxicité de l’effluent, la déchloration est utilisée pour gérer les résidus de chlore et assurer la conformité aux règlements avant que les eaux d’effluent ne soient rejetées dans les lacs, les rivières ou les océans. Le chlore est utilisé pour oxyder les cyanures, qui peuvent être chlorés.

Bassin d’égalisation dans une usine de traitement de l’eau. Ces bassins sont un excellent outil pour surveiller le chlore et garantir des niveaux sûrs avant de l'évacuer dans l’environnement.

Tours de refroidissement industrielles

Les niveaux de chlore doivent être surveillés et contrôlés car si les niveaux de chlore sont trop bas, la biocroissance peut prévaloir et obstruer les systèmes d’eau. Cependant, si les niveaux de chlore sont trop élevés, la corrosion ou d’autres dommages peuvent se produire.

Ces tours de refroidissement par eau utilisent le chlore pour réduire la formation de produits biologiques et la corrosion des échangeurs thermiques.

Transformation des aliments

Le chlore est souvent utilisé comme agent désinfectant pour les fruits, les légumes, la volaille et la viande. Le maintien de résidus de chlore appropriés est essentiel pour optimiser la puissance d’assainissement de l’eau de rinçage. L’eau recyclée utilisée pour le bain de rinçage pendant la pasteurisation à la fin du processus d’emballage accumule des contaminants. Par conséquent, il est nécessaire de maintenir un résidu de chlore pour désinfecter l’eau.

Les citrons sont aspergés avec une solution de chlore pour les désinfecter lorsqu’ils sont déplacés vers le bas d’un tapis convoyeur.

Processus de nettoyage en place (NEP) utilisés dans les industries alimentaire, pharmaceutique et des boissons

Les tuyaux et les récipients utilisés dans les procédés industriels sont régulièrement nettoyés et désinfectés selon une procédure appelée nettoyage en place (NEP). Le chlore doit être surveillé afin de s’assurer que les niveaux appropriés existent dans la solution NEP pour la désinfection et d'empêcher la contamination des produits en raison d’un manque ou d’un excès de chlore.

Un laboratoire doté de plusieurs stations d’évier s’appuie sur une solution de nettoyage en place à l’aide d’une solution NEP au chlore.

Comment le chlore est-il surveillé ?


Analyseur de chlore Hach CL17sc

Colorimétrie

En général, cette méthode optique utilise des mesures d’intensité de couleur pour déterminer la concentration de chlore dans une solution. Lorsque des solutions tampons et d’indicateurs appropriées sont ajoutées à l’échantillon, une réaction produit une couleur dont l’intensité est proportionnelle à la concentration en chlore. L’intensité de la couleur est mesurée à l’œil nu, par le colorimètre ou par le spectrophotomètre. Cette méthode est sensible aux interférences dues à la couleur et à la turbidité de l’échantillon, ainsi qu’à certaines substances chimiques autres que le chlore, qui réagissent simultanément avec l’indicateur.

Méthode DPD

La méthode DPD est la méthode colorimétrique la plus utilisée pour mesurer le chlore. Elle peut être utilisée à la fois pour mesurer le chlore libre et total avec des instruments de terrain, de laboratoire et en ligne. Toutefois, la méthode DPD est sujette à des interférences d’autres oxydants tels que le manganèse, le chrome et les chloramines.

Méthode à l’indophénol

La méthode à l’indophénol, sélective à la monochloramine, peut être utilisée pour mesurer la monochloramine et l’ammoniac libre ainsi que le chlore libre. La monochloramine est déterminée directement, tandis que la détermination de la monochloramine et de l’ammoniac libre dans la même méthode d’échantillon utilise un réactif supplémentaire pour convertir l’ammoniac libre en monochloramine. Le chlore libre peut également être mesuré par la méthode à l’indophénol à l’aide d’un système à deux réactifs qui n’est pas soumis aux interférences affectant la méthode DPD. Toutefois, cette méthode est disponible uniquement pour les analyses en laboratoire ou de terrain, et non pour les analyseurs en ligne.


Pack d’application de titrage ampérométrique Hach : chlore libre et total, dioxyde de chlore, chlorite et sulfite (Autocat)

Titrage

Cette méthode détermine la concentration en chlore en fonction de la fin de la réaction chimique entre le chlore et le titrant ajouté à l’échantillon. Le titrant est ajouté progressivement jusqu’à ce que la réaction soit terminée. Le point final (ou point d’équivalence) correspond au point auquel le titrant et le chlore sont équilibrés. Le point d’équivalence peut être déterminé visuellement à l’aide d’un indicateur de couleur ou d’un capteur électrochimique. Les mesures manuelles visuelles sont moins précises et plus sensibles aux interférences dues à la couleur ou à la turbidité de l’échantillon, tandis que le titrage à l’aide d’électrodes est plus précis et n’est pas susceptible d’être affecté par ces interférences.

Méthode DPD-FEAS

La méthode DPD-FEAS utilise un indicateur visuel magenta qui est titré jusqu’à un point final incolore. Cette méthode mesure le chlore libre et le chlore total.

Méthode iodométrique

La méthode iodométrique utilise un indicateur visuel bleu qui disparaît au point final de titrage. Cette méthode est généralement utilisée pour mesurer des concentrations élevées de chlore total.

Ampérométrique

Cette méthode représente le titrage ampérométrique pour déterminer manuellement ou automatiquement le point final. Une faible tension est appliquée à l’électrode et le point final est déterminé par un changement de courant résultant de la réduction du chlore par le titrant (oxyde de phénylarsine). La variation du courant et le volume du titrant sont mesurés pour correspondre à la concentration du chlore. Cette méthode propose des procédures de mesure du chlore libre et total, du dioxyde de chlore et du chlorite, tout en utilisant des procédures de titrage direct et de titrage en retour.


Analyseur ampérométrique de chlore Hach CL10sc

Ampérométrie en ligne

Cette méthode électrochimique mesure la variation du courant électrique résultant des réactions chimiques qui se produisent au niveau des électrodes, le courant étant proportionnel à la concentration en chlore. Différentes conceptions de capteurs ampérométriques sont disponibles, offrant une meilleure sélectivité pour différentes espèces de chlore. Cette méthode n’est pas sensible aux interférences dues à la couleur ou à la turbidité de l’échantillon. Cependant, la surface du capteur exposée à l’échantillon est sujette à l’encrassement. Certains analyseurs ampérométriques n’ont pas besoin de réactifs. Les capteurs ampérométriques nécessitent un entretien et doivent être étalonnés in situ à une fréquence dépendant de l’application.

Foire aux questions

Qu’est-ce que la monochloramine et comment est-elle utilisée dans la désinfection de l’eau?

La monochloramine est un désinfectant couramment utilisé comme alternative au chlore libre pour la désinfection de l’eau potable, principalement parce que la monochloramine forme moins de SPD que le chlore libre.

Le terme chloramines, utilisé dans l’industrie de l’eau, décrit les trois principaux composés qui peuvent être formés à partir de la réaction de l’ammoniac avec le chlore : la monochloramine, la dichloramine et la trichloramine. Bien que la monochloramine soit le désinfectant cible, les autres composés indésirables se trouvent dans l’eau lorsque la chloramination n’est pas contrôlée de manière adéquate, dans les systèmes d’eaux souterraines chlorées contenant de l’ammoniac naturel et dans les effluents d’eaux usées chlorées. Il est important de noter que les chloramines font référence à un groupe de composés et non à une seule substance. Une description plus technique de ce groupe serait les « chloramines inorganiques », pour les distinguer des chloramines organiques qui fournissent un pouvoir désinfectant faible ou nul. Il est généralement admis que les chloramines se forment de façon séquentielle, par exemple d’abord la monochloramine, puis la dichloramine, et enfin la trichloramine lorsque le chlore est ajouté continuellement à l’eau contenant de l’ammoniac. Toutefois, ce processus est inversé lorsque l’ammoniac est ajouté à de l’eau chlorée. Le processus de chloramination est très complexe et nécessite une surveillance beaucoup plus active pour un contrôle efficace.

Le but de la chloramination est la formation complète de monochloramine tout en évitant les autres chloramines. Le rapport de masse 5:1 Cl 2:N s’avère être une proportion optimale d’alimentation chimique, évitant la formation de dichloramine (problèmes de goût et d’odeur), minimisant l’ammoniac n’ayant pas réagi, et contrôlant le biofilm et la nitrification en aval.

Quelle serait la cause de résultats positifs avec la DPD en l’absence de chlore dans l’échantillon ?

D’autres oxydants tels que le brome, l’iode, l’ozone, le dioxyde de chlore, certains métaux ou le peroxyde d’hydrogène peuvent réagir avec le DPD dans certaines circonstances et provoquer de faux positifs. La substance interférente la plus commune est le manganèse oxydé, qui peut être corrigé en traitant l’échantillon avec de l’iodure de potassium et de l’arsénite de sodium. La lumière du soleil peut réagir avec l’indicateur DPD pendant le temps de réaction de 3 minutes pour le chlore total (garder l’échantillon couvert pendant le temps de réaction en cas de test à l’extérieur).

Dans les plages basses de chlore, l’oxygène dissous peut provoquer des interférences, en particulier en plein soleil. Si la méthode à plage ultra-basse (ULR) est utilisée sur un colorimètre ou un spectrophotomètre, confirmer qu’un blanc réactif utilisant de l’eau désionisée a été déterminé et soustrait des résultats de l’analyse de l’échantillon. Il est également recommandé d’utiliser la même cellule d’échantillon pour la mise à zéro de l’instrument et la lecture de la concentration de l’échantillon. Ceci évite tout effet qui pourrait être dû uniquement aux différences optiques entre la cellule zéro et la cellule de lecture.

Quand le réactif indophénol pour chlore libre est-il recommandé par rapport au réactif DPD pour chlore libre ?

Il existe plusieurs raisons d’utiliser la chimie de l’indophénol du chlore libre utilisée dans la méthode Hach 10241 sur la chimie du DPD:

  • détermination des niveaux résiduels de chlore libre en présence de manganèse et d’autres oxydants, qui interfèrent avec les méthodes colorimétriques du DPD et les méthodes de titrage DPD et ampérométrique du chlore libre. Pour une utilisation dans l’eau potable, l’eau potable chlorée, l’eau de piscine et les effluents d’eaux usées traitées.
  • détermination du chlore libre en présence de chloramines (le chlore libre devrait être répandu dans l’échantillon d’eau). Les chloramines réagissent avec l’indicateur DPD de chlore libre. Leur présence fait que la couleur développée est instable et augmente lentement avec le temps. Le taux d’interférence dépend de la concentration de chloramines, de leur structure, du pH et de la température de l’échantillon ; il est difficile de prévoir le niveau d’interférence sur la valeur réelle de chlore libre.

La méthode à l’indophénol pour la mesure du chlore libre utilise la solution de réactif pour chlore libre F afin de convertir rapidement le chlore libre présent dans l'échantillon en monochloramine. La monochloramine formée est ensuite déterminée avec le réactif monochlore F, qui est spécifique à la monochloramine. Le manganèse, les autres chloramines et les amines organiques chlorées ne réagissent pas avec le réactif monochlore F et donc, n’interfèrent pas dans la détermination du chlore libre. Un blanc d’échantillon de monochlore F est utilisé pour compenser toute présence de monochloramine dans l’échantillon d’origine.

Quand le chlore total doit-il être mesuré?

Le chlore total est généralement mesuré dans les systèmes utilisant la chloramination lorsque le chlore réagit intentionnellement avec l’ammoniac. Le chlore total est la somme du chlore libre et des chloramines inorganiques. Si les niveaux de chlore doivent être signalés à un organisme de réglementation, il est recommandé de confirmer la forme de chlore (libre ou total) à mesurer et la méthodologie à utiliser pour l’analyse.

Quand le chlore libre doit-il être mesuré ?

Le chlore libre est généralement mesuré dans les systèmes d’eau potable à l’aide de chlore gazeux ou d’hypochlorite de sodium pour la désinfection afin de déterminer si l’eau contient suffisamment de désinfectant. Les niveaux typiques de chlore libre résiduel dans l’eau potable sont de 0,2 à 2,0 mg/L de Cl 2, bien que les niveaux puissent atteindre 4,0 mg/L au point d’entrée (POE). Si les niveaux de chlore doivent être signalés à un organisme de réglementation, il est recommandé de confirmer la forme de chlore (libre ou total) à mesurer et la méthodologie à utiliser pour l’analyse.