Améliorer les contrôles de procédés de désinfection visant à inactiver les pathogènes grâce à l’utilisation de l’Integrated Disinfection Design Framework et d’essais de laboratoire normalisés

Raymond Desjardins, professeur, École Polytechnique de Montréal, 2001 - 2004
Enjeu

On a souligné, au cours de la dernière décennie, la nécessité d’une désinfection adéquate afin de rendre inertes les pathogènes (bactéries et virus) tels que Giardia etCryptosporidium. Pourtant, la plupart des services publics du Canada ne gèrent pas activement leurs conditions de désinfection en vue de satisfaire à un certain niveau d’inactivation des pathogènes. À l'heure actuelle, il existe peu d’information sur l’incidence des paramètres de qualité de l’eau sur l’inactivation des pathogènes au moyen de désinfectants courants.

Malgré cette lacune, l’industrie de l’eau a beaucoup investi dans de puissants outils d’évaluation en vue d’optimiser la désinfection. Un de ces outils est l’Integrated Disinfection Design Framework (IDDF), un modèle mathématique qui sert à décrire le rendement des procédés de désinfection à partir de l’efficacité de la conception hydraulique, des conditions de traitement, de la qualité de l’eau, de la décomposition du désinfectant et des pathogènes cibles. Toutefois, ce n’est qu’indirectement que l’IDDF considère les effets de la qualité de l’eau. Il est donc nécessaire de raffiner l’IDDF afin d’incorporer les caractéristiques de qualité de l’eau propres au site. De plus, on a besoin d’indicateurs directs afin de valider et confirmer les sorties de l’IDDF. Comme l’IDDF ne surveille que de manière indirecte l’efficacité de la désinfection, il est essentiel de concevoir une procédure de désinfection à l’échelle du laboratoire qui puisse être utilisée par les opérateurs d’installations de traitement de l’eau. 

Projet

C’est en partenariat avec plusieurs municipalités que l’équipe de recherche a pu accéder à des installations municipales de traitement de l’eau afin d’étudier et d’optimiser leurs procédés de désinfection. Chaque étude devait aboutir à la création d’un IDDF pour chaque service public. Les raffinements apportés au modèle IDDF ont été mis à l’épreuve : 

  1. En intégrant les effets de la qualité de l’eau sur l’efficacité de la désinfection concernant divers pathogènes; et,
  2. En développant une méthode simple de modélisation du comportement hydraulique à l’usage des services d’eau 

Des modèles IDDF ont été déployés dans quatre installations de traitement de l’eau du Québec. Un logiciel a été développé et implanté dans une de ces installations afin d’effectuer le calcul en temps réel des valeurs CT (concentration-temps). Ces dernières, une partie importante du calcul du dosage de désinfectant lors de la chloration de l’eau potable, sont le produit de la concentration du désinfectant et du temps de contact avec l’eau ainsi désinfectée. Cette approche permet également l’archivage des données de rendement historiques. 

En vue de généraliser l’application des modèles IDDF, les chercheurs se sont servis de techniques de biodosimétrie, lesquels utilisent les réponses biologiques à titre de substitut à la dose d’irradiation pour mesurer le rendement de la désinfection. Cependant, les chercheurs ont découvert que les faibles concentrations de spores aérobies dans les eaux filtrées limitaient cette application et n’ont pas pu confirmer les valeurs à la pleine échelle. 

Produits

Le projet a mené au développement d’une procédure en laboratoire standard qui pouvait servir à optimaliser la désinfection et à valider les résultats de l’IDDF. 

En outre, la synthétisation de l’information a conduit à la conception d’une méthodologie simplifiée comprenant notamment :

  • Une recension de la littérature portant sur les méthodes d’amélioration des procédés de traitement de désinfection. Ceci a débouché sur la mise au point d’un modèle hydraulique 3-D visant à aborder les éléments majeurs des procédés de désinfection à l’ozone.
  • Une base de données réunissant les modèles recensés dans la littérature pour les quatre composantes du modèle IDDF ainsi que les constantes des modèles; elle sera utile puisqu’elle permettra aux installations de traitement de l’eau d’évaluer rapidement l’avantage éventuel de l’approche IDDF plutôt que de réaliser des tests voraces en temps et à forte intensité de main-d’œuvre.
  • Un tableau électronique Excel qui utilise les données de la base de données mentionnée ci-dessus et qui effectue les calculs IDDF. 
Résultats
  • Les services publics participants ont bénéficié de l'exercice en faisant réaliser une analyse et une optimalisation approfondies de leurs procédés. Le fruit de choix stratégiques en vue d’incorporer différents types d’eau brute et de procédés de désinfection, le savoir technique obtenu grâce à la participation des services publics profitera aux autres services d’utilité publique du Canada puisque les résultats seront mis à la disposition du public par le biais de conférences et de publications techniques.
  • Le développement d’un essai en laboratoire standard possède une valeur économique éventuelle, si la méthode est acceptée dans le secteur de l’eau potable étant donné qu’une meilleure protection de la santé publique est étroitement associée à l’efficacité de la désinfection. Aux États-Unis, des chercheurs ont calculé un profit de 1,2 milliard du seul fait d’avoir réduit le Cryptosporidium, un parasite hydrique courant, en améliorant le traitement de l’eau.
  • En ce qui concerne la santé humaine, les Canadiens tireraient profit d’un contrôle plus strict des procédés de désinfection. Le remplacement d’approches de désinfection périmées par des pratiques de désinfection intégrées tenant compte de la température et d’autres enjeux propres aux services d’eau pourrait protéger contre les pathogènes tout en minimisant la formation de sous-produits de désinfection éventuellement nocifs.
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Raymond Desjardins, professeur, École Polytechnique de Montréal
Michèle Prévost, professeure, École Polytechnique de Montréal
Peter Huck, professeur, Université de Waterloo
Pierre Payment, professeur, Institut Armand-Frappier
Benoit Barbeau, professeur, École Polytechnique de Montréal

Partenaires

Ville de Montréal
Ville de Laval
Ville de Repentigny
Ministère de l’Environnement du Québec
Ministère des Affaires municipales du Québec