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LES MEILLEURES TECHNIQUES DISPONIBLES POUR LA DESINFECTION DE L'EAU

Une désinfection au chlore peut entraîner du chlorate toxique

La législation relative aux pesticides a fortement durci les règles concernant la présence de chlorate dans les produits alimentaires. Celui qui a opté pour une désinfection de l'eau traditionnelle au chlore, devra surveiller sa concentration avec la plus grande minutie. En effet, le chlorate est un sous-produit du chlore. Si l'on envisage de travailler à l'international, on a intérêt à viser une tolérance zéro et à envisager d'autres techniques disponibles. Voici un aperçu des différentes possibilités, avec leurs principes de fonctionnement, leurs atouts et leurs applications possibles.

CADRE LEGAL

Dans l'industrie alimentaire, il existe généralement différents types d'eau. C'est l'eau à usage industriel qui est soumise aux exigences les moins sévères, car elle n'entre pas en contact direct avec le produit. Pensons par exemple à l'eau qu'une brasserie fait passer dans ses canalisations pour rincer d'éventuels résidus. A côté de ça, il y a l'eau de produit, qui entre en contact direct avec les produits alimentaires et qui est par conséquent contrôlée de manière beaucoup plus stricte par les instances compétentes. Enfin, il y a l'eau potable qui coule du robinet et qui peut être utilisée pour les collaborateurs, par exemple.

Chaque type d'eau doit répondre à la qualité de l'eau potable. Selon la définition de l'AFSCA (l'Agence Fédérale pour la Sécurité de la Chaîne Alimentaire), cela signifie qu'elle ne peut contenir aucune quantité, ni concentration de micro-organismes, parasites et autres substances pouvant représenter un danger potentiel pour la santé des consommateurs. L'eau qui entre en contact direct ou indirect avec les produits alimentaires, doit présenter la qualité d'une eau potable au point d'alimentation.

Les exigences spécifiques par type d'eau varient en fonction du type d'industrie et de l'application dans laquelle l'eau est utilisée. Il existe notamment des obligations légales concernant la dureté de l'eau, la fraction de fer encore présente dans l'eau, la fraction de cuivre, la fraction de plomb, ...

L'IMPORTANCE DE RESPECTER LA QUALITE D'EAU ADEQUATE

Le traitement de l'eau constitue un sujet important pour chaque producteur de l'industrie alimentaire. En effet, la plupart des machines sont nettoyées avec de l'eau. Si l'eau entre à l'intérieur de la machine, elle ne peut présenter aucun risque de contamination. Pour répondre aux exigences en matière d'hygiène et de HACCP, et pour conserver la garantie d'une qualité d'eau potable, les fabricants optent résolument pour le traitement de l'eau. Cela évite non seulement que des problèmes puissent survenir à cause de l'eau, mais aussi qu'il faille un nettoyage complet, ce qui entraînerait un arrêt de production plus long.

DESINFECTION AU CHLORE

Une méthode fréquemment utilisée pour désinfecter l'eau consiste à doser dans l'eau des produits contenant du chlore. Mais pour stocker et doser correctement le chlore, il faut posséder une certaine expertise (voir encadré). Sinon, on risque de générer une substance toxique - du chlorate - à partir d'une certaine quantité de chlore. L'OMS (Organisation Mondiale de la Santé) prescrit donc une limite de 0,7 ppm. Pour les produits alimentaires, la limite résiduelle maximum en Europe est fixée à 0,01 mg/kg. C'est dû en grande partie au durcissement de la législation pour les pesticides. En fait, cette norme est trop stricte, sauf pour les aliments destinés aux bébés.

C'est pourquoi la Commission européenne a choisi des valeurs de transition que les Etats membres ont pu suivre librement. En Belgique, la limite est fixée à 0,1 mg/kg (0,25 mg/kg pour les légumes et 0,2 mg/kg pour les carottes, car celles-ci contiennent déjà du chlorate naturellement). Mais tous les pays voisins n'ont pas fait les mêmes choix. Ainsi, l'Allemagne s'en tient à 0,01 mg/kg. Cela signifie que les entreprises alimentaires qui exportent, doivent être très attentives à la quantité de chlorate dans leurs produits afin d'éviter les rappels. Elles ont donc intérêt à envisager d'autres techniques de désinfection.

Risque de formation de chlorate

Le chlore est un produit difficile à stocker. Cette substance perd chaque jour 1% de son efficacité. Le taux de chlorate commence à grimper dès le premier jour, si bien qu'il faut constamment adapter le dosage. La norme DIN EN 90116 fixe donc un maximum de 5,4% de chlorate dans le désinfectant. Faites le calcul, lorsqu'on travaille avec de gros stocks de chlore!

D'ailleurs, la désinfection est l'une des principales causes de chlorate dans l'eau potable. Le chlorate est toxique, aussi bien par ingestion que par inhalation. Il détruit les membranes des globules rouges, où le taux d'hémoglobine peut diminuer de manière drastique, ce qui peut entraîner la formation de méthémoglobine. Cela réduit l'absorption d'oxygène et entraîne un risque accru chez les bébés, chez qui l'enzyme responsable de la réduction de la méthémoglobine n'est pas encore présente. C'est pour cette raison que les fabricants d'aliments pour bébés ont toujours intérêt à viser une tolérance zéro.

AUTRES TECHNIQUES DE DESINFECTION

Eau activée par procédé électrochimique

Une première alternative est l'eau activée par procédé électrochimique afin d'en faire sur place de l'hypochlorite. Il existe deux façons de procéder: via une cellule de passage ou via une cellule à membrane. Dans l'industrie, c'est surtout la deuxième solution que l'on utilise.

Ici, l'anode et la cathode sont séparées par une membrane. On travaille avec une solution saline (du chlorure de sodium dans de l'eau courante adoucie) et deux électrodes sous tension continue. C'est ainsi que se produit une électrolyse de l'eau salée. Cela génère de l'hydroxyde de sodium (sans chlorure) et de l'hydrogène dans le compartiment de la cathode et dans le compartiment de l'anode, du chlore actif très pur et de la saumure résiduelle réduite. Le chlore actif est immédiatement séparé de la saumure résiduelle et dissous sous la forme d'hypochlorite d'hydrogène. Il s'agit d'un acide hypochloreux, qui est ajouté à l'hydroxyde de sodium. La solution ainsi obtenue est un désinfectant particulièrement stable, neutre, pauvre en chlorure et en chlorate, dont l'efficacité n'a rien à envier au chlore actif. Le chlorure résiduel et le chlorate sont évacués avec la saumure résiduelle réduite. Via des postes de dosage séparés, ce désinfectant peut alors être acheminé vers différentes applications du processus de production.

Comme le chlorate est de plus en plus pointé du doigt, ce processus peut être appliqué partout où l'on avait l'habitude d'utiliser des produits au chlore, surtout lorsqu'il y a un contact direct avec le produit fini. Un avantage supplémentaire est qu'il s'agit d'une disposition compacte et qu'on ne prépare que la quantité d'hypochlorite effectivement nécessaire. De plus, la décomposition du produit donnera uniquement les matières premières dont il est composé. Et ce produit ne peut pas se dégazer. Cette technique peut aussi être utilisée dans le processus de nettoyage CIP pour remplacer la désinfection à l'acide peracétique. Cela permet de maintenir la température beaucoup plus basse (15 à 30 °C au lieu de 80 à 85 °C), de même que la concentration (10 ppm au lieu de 1.000 ppm) et la durée (5 minutes au lieu de 30 minutes). Cela permet de réaliser de belles économies: 30% en temps, 50% en énergie et à partir de 20% en coûts.

Dioxyde de chlore

Pour obtenir du dioxyde de chlore, on mélange deux produits chimiques dans une seule unité. Il s'agit d'acide dilué (9%) et de chlorure de sodium (7,5%). Lorsqu'on les mélange dans les bonnes proportions, on obtient du dioxyde de chlore, de l'eau et du sel. Pour intégrer cela dans le processus de production, il existe trois possibilités. D'abord, on peut travailler sans stockage, ce qui est idéal, lorsqu'on veut désinfecter de temps en temps des petits à moyens volumes d'eau avec 1 ou 2 g de dioxyde de chlore par litre. Les deux éléments sont alors mélangés dans la chambre de réaction et amenés dilués vers le réseau de canalisations. Ensuite, on peut travailler avec un système de stockage. Le dioxyde de chlore est alors stocké depuis la chambre de réaction dans un réservoir, si bien qu'on a toujours du désinfectant de prêt. Ce système est spécifiquement conçu pour travailler avec plusieurs points d'injection depuis un seul module central. Enfin, il existe des systèmes qui fabriquent du dioxyde de chlore en continu, pour les petits comme pour les gros volumes. Dans la chambre de réaction spéciale, le dioxyde de chlore est directement mélangé avec l'eau à traiter. Cela permet aux entreprises alimentaires de travailler de manière entièrement automatique et de garantir à tout moment un flux minimum. Le dioxyde de chlore peut être utilisé pour la désinfection de tous les types d'eau. Il s'agit d'un biocide oxydant, ce qui signifie qu'il peut tuer les bactéries et ainsi nettoyer les canalisations et les maintenir propres en éliminant systématiquement les biofilms tenaces. Le gros atout de cette technologie est que, comparé au chlore, elle reste stable sur de longues périodes et offre une protection microbiologique de plusieurs heures à plusieurs jours, quelle que soit la valeur pH. En outre, cette technique est très perfectionnée et constitue souvent la solution la plus intéressante sur le plan économique. Le dioxyde de chlore est un produit très efficace pour lutter contre la légionelle. Il est aussi souvent utilisé pour l'eau de lavage, les applications d'irrigation ou même les douches du personnel. Il ne peut pas être utilisé comme eau de purge.

Rayonnement uv

Celui qui souhaite débarrasser l'eau des bactéries et des produits chimiques, peut aussi recourir au rayonnement ultraviolet. Attention: pas tous les UV! Seuls les UV-C ont un effet bactéricide grâce à leur longueur d'onde de 254 mm. En effet, cette longueur d'onde peut être absorbée par l'ADN des bactéries et l'adapter de manière à le rendre inactif.

Pour le bon fonctionnement d'une installation aux UV, il faut veiller à un bon dimensionnement. Il faut tenir compte du débit à traiter et de la dose de rayons, mais aussi de la valeur de transmission des rayons UV (UVT). On entend par là la quantité de rayons UV qui traversent l'eau par rapport à une valeur de référence de rayons UV qui traversent l'eau pure. Cette valeur est exprimée en %UVT. En combinaison avec l'intensité et la durée du rayon, la valeur UVT détermine l'efficacité de la dose de rayons UV. Pour désinfecter l'eau potable, il faut au moins générer un rayonnement de 250 J. En fonction des bactéries présentes ou des parasites, on peut aller encore plus haut.

Il est possible d'intégrer un système à base de rayons UV dans le réseau de canalisations. L'eau à traiter passe alors à travers une plaque perforée, si bien qu'on obtient une belle distribution, quel que soit le débit. Les lampes UV sont disposées dans le prolongement de la chambre de rayonnement, à laquelle est relié un capteur UV-C. Celui-ci capte tout ce qui arrive jusqu'à la chambre intérieure, et va chauffer ou refroidir en fonction du débit et de la température des lampes. En effet, la température va augmenter ou diminuer le rendement optimal sur le plan énergétique. C'est pourquoi le réacteur est toujours doté d'un capteur de température et d'un capteur de flux.

Si le débit d'eau est insuffisant, la température dans le réacteur augmente sans intervention, car les lampes fournissent trop d'énergie. Cela risque d'abîmer les lampes. C'est pour cette raison qu'on prévoit également un réglage de l'intensité de la lampe en fonction du débit et de la température.

La longueur du système dépend du débit et de la dose de rayons. Le dimensionnement peut être effectué sur la base d'un modèle informatique. Mais cela restera toujours une approche théorique. Avec un système certifié, le fabricant vient examiner la situation sur place et tester la dose nécessaire. Toutes les conditions pratiques sont prises en considération et le système va donc atteindre les valeurs établies. Dès que ce n'est plus le cas, une alarme se déclenche.

Pour plusieurs raisons, il s'agit d'une solution très intéressante pour la désinfection. Tout d'abord, aucun autre produit ne passe dans les conduites. En outre, cela offre une bonne désinfection et au niveau du coût d'exploitation, c'est la solution la moins chère. Les lampes UV peuvent fonctionner environ 8.000 à 14.000 heures. Les rayons UV seront moins rentables dans un réseau de canalisations complet, si l'on veut obtenir partout une élimination efficace, car ils n'ont pas d'effet rémanent. Ils affectent bien les particules organiques, mais ils ne les décomposent pas entièrement. L'eau recirculée doit donc être filtrée pour éviter la pollution et la perte de rendement dans le réacteur UV. En effet, les dépôts et la pollution vont affecter l'émission des lampes.

Désinfection à l'ozone

Il existe deux méthodes pour produire de l'ozone. La première est électrolytique: dans une cellule à électrolyse, on utilise de l'eau pure pour former de l'hydrogène et de l'oxygène. Le H2 est dégazé et l'O2 est encore transformé en O3. De ces cellules sort donc de l'ozone directement dissous dans l'eau. Il est possible de combiner les cellules à l'infini pour produire la quantité d'ozone souhaitée. Cette eau riche en ozone peut alors être utilisée directement ou bien mélangée à de l'autre eau. Cette méthode est efficace, mais assez coûteuse. Elle est le plus souvent appliquée dans l'industrie pharmaceutique, pour l'eau qui sert à compléter les flacons et autres préparations. Mais la méthode la plus utilisée est celle qui fonctionne via une décharge électrique dans un diélectrique, la 'corona discharge methode'. Ici, on forme, à partir du gaz sortant (air ou oxygène pur), de l'ozone sous forme de gaz. Ce gaz doit alors être dissous dans l'eau. Pour cela, il existe plusieurs méthodes.

La concentration d'ozone dans l'eau diminue au fil du temps. La vitesse à laquelle cela se fait, dépend des conditions (température, turbulence, …), mais pour des applications comme la désinfection de l'eau de rinçage ou de l'eau de recirculation, la stabilité est largement suffisante pour traiter tout le circuit et les canalisations. La preuve: dans de nombreuses applications, l'ozone est détruit après la phase de désinfection (par UV ou par la chaleur) afin de ne pas obtenir d'effet rémanent avec les composants actifs. L'ozone est le meilleur désinfectant, lorsqu'on compare des valeurs C.t (voir tableau: concentration x temps) pour atteindre un certain degré d'atrophie. De plus, l'ozone purifie toutes les substances organiques, qui se décomposent en CO2 et H2O. La molécule d'ozone se désintègre ensuite en O2. Il ne reste donc dans l'eau ni résidu, ni sel. Il existe des applications où l'ozone purifie et désinfecte seize heures par jour la même eau de rinçage recirculée sans qu'il faille ajouter d'eau fraîche
à part pour compenser les pertes. Il est impossible d'atteindre ce résultat avec les produits au chlore. L'ozone est donc idéal dans l'industrie alimentaire pour le traitement d'eau de lavage et de rinçage recirculée.

Formation de bromates lors de la désinfection à l'ozone

Beaucoup de stations d'eau potable dans le monde utilisent de l'ozone pour leur désinfection. Elles utilisent la norme la plus stricte de maximum 1 µg/l de bromate. Eh bien, il s'est avéré qu'avec un taux de Br < 70 µg/l, on ne mesure jamais de valeurs supérieures à ce 1 µg/l avec l'ozone. Seul le taux de Br d'origine joue donc un rôle. C'est pourquoi il est important d'effectuer une analyse avant de démarrer une application.

Dans la pratique, il n'y a jamais de problème, lorsqu'on utilise de l'eau potable. Il n'y a que lorsqu'on pompe l'eau dans son propre puits que la concentration de Br est parfois trop élevée.

C'est une erreur d'associer automatiquement l'utilisation d'ozone à des concentrations de bromates cancérigènes. Sinon, la majorité de l'eau potable et minérale dans le monde serait dangereuse ...

QUELLE TECHNIQUE CHOISIR?

Laquelle des techniques présentées convient le mieux pour désinfecter l'eau dans le cadre de votre processus de production? Cela dépend de nombreux facteurs. Le meilleur conseil que nous puissions vous donner, est d'examiner la situation dans sa globalité. Il ne faut pas voir uniquement le prix de l'investissement, mais aussi le coût d'exploitation. Tenez-en compte! Par ailleurs, vous devez bien sûr penser à l'application concrète. Enfin, le dosage revêt une importance cruciale. Un trop faible dosage entraînerait une désinfection insuffisante. Cela compromettrait donc la sécurité alimentaire et, éventuellement, votre réputation de marque. Un dosage trop élevé aurait un effet négatif sur le budget, mais pourrait aussi, dans certains cas, neutraliser l'action bactéricide. L'intégration d'un appareil de mesure adéquat peut donc vous aider à trouver la solution optimale.