Guide détaillé des 9 méthodes courantes de traitement de l'eau — Les connaissez-vous toutes ?

Les méthodes de traitement de l'eau couramment utilisées comprennent : la filtration des sédiments, l'adoucissement de l'eau, l'adsorption sur charbon actif, la déionisation, Osmose inverse, Ultrafiltration, distillation, désinfection aux ultraviolets (UV) et traitement biochimique.

1. Filtration des sédiments

L'objectif de la filtration des sédiments est d'éliminer les matières particulaires en suspension ou les substances colloïdales de l'eau. Si ces particules ne sont pas éliminées, elles peuvent endommager les membranes de filtration fragiles utilisées lors des étapes de purification ultérieures (comme celles utilisées pour l'eau de dialyse) ou même provoquer des obstructions dans les canalisations. Il s'agit d'une méthode de purification de l'eau ancienne et simple ; par conséquent, cette étape est fréquemment employée comme étape préliminaire dans les procédés de purification. De plus, si nécessaire, des filtres supplémentaires peuvent être installés dans le réseau de canalisations pour éliminer les impuretés plus importantes. Une grande variété de filtres sont utilisés pour retenir les particules en suspension, notamment les filtres à mailles, les filtres granulaires (comme le sable de quartz), etc. Filtre à membraneToute particule plus grosse que les pores du filtre sera efficacement piégée et éliminée. Cependant, cette méthode ne permet pas d'éliminer les ions dissous dans l'eau.

2. Adoucissement de l'eau

L'adoucissement de l'eau dure nécessite le recours à la méthode d'échange d'ions. Son objectif est d'utiliser des résines échangeuses de cations pour remplacer les ions calcium et magnésium présents dans l'eau dure par des ions sodium, réduisant ainsi la concentration de ces ions dans l'eau.

3. Charbon actif

Le charbon actif est produit par distillation sèche à haute température et carbonisation de divers matériaux, tels que le bois, les déchets de bois, les noyaux de fruits, les coques de noix de coco, le charbon ou les résidus pétroliers. Après sa production, le matériau doit subir un processus d'activation à l'air chaud ou à la vapeur. Sa fonction principale est d'éliminer le chlore, les chloramines et autres substances organiques dissoutes dont la masse moléculaire se situe entre 60 et 1 000 daltons. La surface du charbon actif est granulaire, tandis que sa structure interne est très poreuse ; ces pores contiennent de nombreux capillaires dont la taille varie d'environ 10 nm à 1 Å. Un seul gramme de charbon actif possède une surface interne pouvant atteindre 700 à 1 400 m². C'est à l'intérieur de ces capillaires, ainsi que sur les surfaces externes des granules, que se produit le processus d'adsorption.

4. Déionisation

L'objectif de la déionisation est d'éliminer les ions inorganiques dissous dans l'eau. À l'instar de l'adoucissement de l'eau, cette méthode repose sur le principe des résines échangeuses d'ions. Ce procédé utilise deux types de résines : les résines échangeuses de cations et les résines échangeuses d'anions. Les résines échangeuses de cations utilisent les ions hydrogène (H+) pour remplacer les cations, tandis que les résines échangeuses d'anions utilisent les ions hydroxyde (OH-) pour remplacer les anions ; les ions hydrogène et les ions hydroxyde se combinent ensuite pour former de l'eau neutre.

5. Osmose inverse
L'osmose inverse est une méthode efficace pour éliminer les substances inorganiques dissoutes, les matières organiques, les bactéries, les pyrogènes et autres particules présentes dans l'eau ; elle constitue un élément essentiel du traitement de l'eau utilisée pour la dialyse. L'« osmose » désigne un processus au cours duquel deux solutions de concentrations différentes sont séparées par une membrane semi-perméable. Si le soluté ne peut traverser la membrane, les molécules d'eau migrent du côté le moins concentré vers le côté le plus concentré jusqu'à ce que les concentrations s'égalisent de part et d'autre. Avant que cet équilibre ne soit atteint, une pression peut être appliquée progressivement du côté le plus concentré afin de stopper temporairement le mouvement des molécules d'eau ; la pression nécessaire est appelée « pression osmotique ». Si la pression appliquée dépasse la pression osmotique, le mouvement des molécules d'eau s'inverse – elles circulent alors du côté le plus concentré vers le côté le moins concentré – un phénomène connu sous le nom d'« osmose inverse ».

6. Ultrafiltration
L'ultrafiltration est similaire à l'osmose inverse car elle utilise également une membrane semi-perméable ; cependant, elle ne permet pas de contrôler l'élimination des ions en raison de la taille relativement importante des pores de la membrane, généralement comprise entre 10 et 200 angströms (Å). Elle est capable d'éliminer les bactéries, les virus, les pyrogènes et les particules, mais ne peut filtrer les ions hydrosolubles. La fonction principale de l'ultrafiltration est de servir de prétraitement à l'osmose inverse, prévenant ainsi la contamination bactérienne de la membrane d'osmose inverse. Elle peut également être employée comme post-traitement dans les systèmes de purification d'eau afin d'empêcher la contamination de l'eau en amont par des bactéries présentes dans la tuyauterie. L'efficacité de la membrane d'ultrafiltration est généralement contrôlée en mesurant la différence de pression entre l'entrée et la sortie ; comme pour les filtres à charbon actif, la membrane est nettoyée périodiquement par rétrolavage afin d'éliminer les impuretés accumulées.

7. Distillation
La distillation est une méthode ancienne mais efficace de traitement de l'eau. Elle permet d'éliminer toutes les impuretés non volatiles ; cependant, elle ne peut éliminer les contaminants volatils. Le procédé nécessite de grands réservoirs de stockage pour l'eau purifiée ; paradoxalement, ces réservoirs et leur tuyauterie constituent souvent d'importantes sources de recontamination. Par conséquent, cette méthode n'est généralement pas employée pour la purification de l'eau utilisée en hémodialyse.

8. Désinfection aux ultraviolets (UV)
La désinfection par UV est l'une des méthodes de traitement de l'eau les plus utilisées. Contrairement à d'autres techniques, elle ne génère aucun polluant secondaire et est considérée comme une technologie de désinfection de nouvelle génération. Reconnue pour son efficacité à large spectre, ses faibles coûts d'exploitation, sa longue durée de vie, sa capacité de traitement élevée et son caractère non polluant, la désinfection par UV s'est progressivement imposée comme une méthode de désinfection courante dans les pays occidentaux développés. Son mécanisme de stérilisation repose sur la destruction des acides nucléiques – le matériel génétique essentiel à la vie – des bactéries, les rendant ainsi incapables de se reproduire. Une réaction clé de ce processus est la dimérisation des bases pyrimidiques au sein des molécules d'acide nucléique. Généralement, ce processus est réalisé grâce à l'énergie ultraviolette (UV) à une longueur d'onde spécifique de 253,7 nm, générée artificiellement par des lampes à décharge de mercure basse pression (lampes germicides). Le principe de fonctionnement des lampes germicides UV est identique à celui des lampes fluorescentes. Cependant, contrairement aux lampes fluorescentes, l'intérieur du tube n'est pas recouvert d'un phosphore fluorescent et le tube lui-même est fabriqué en verre de quartz, matériau présentant un taux de transmission élevé pour le rayonnement ultraviolet. De manière générale, les appareils de stérilisation UV sont classés en trois catégories selon leur application : systèmes à irradiation, systèmes à immersion et systèmes à flux continu.

9. Méthodes biochimiques
Les méthodes biochimiques de traitement des eaux exploitent diverses bactéries et micro-organismes naturellement présents pour décomposer et transformer la matière organique contenue dans les eaux usées en substances inoffensives, purifiant ainsi l'effluent. Ces méthodes de traitement biochimique peuvent être classées en plusieurs catégories : le procédé à boues activées, les procédés à biofilm, les tours d'oxydation biologique, les systèmes de traitement par voie terrestre et les méthodes de traitement biologique anaérobie.
Le flux de processus typique pour le traitement biochimique de l'eau est le suivant : Eau brute → Dégrilleurs → Bassin d'égalisation → Bassin d'oxydation par contact → Bassin de sédimentation → Filtration → Désinfection → Effluent traité.