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Plan piscines – Etude chlore Plan piscines – Journée d’informations du 20/09/2016 – Moulins de Beez 1

Bénédicte VANDERZEYPEN Responsable « Plan piscines » Ingénieur – Architecte 081/77. 33. 44 E-mail : benedicte. vanderzeypen@spw. wallonie. be 2

PLAN DE L’EXPOSE 1. Introduction: contexte de l’étude et objectif 2. Valeurs clefs et normes en Wallonie 3. Recommandations suite à l’analyse de 9 piscines en Wallonie 4. Trois procédés alternatifs de désinfection 5. Système proposé pour optimiser le système fonctionnant au chlore 6. Conclusion 3

1. INTRODUCTION Contexte de l’étude et objectif La Wallonie comptabilise 111 piscines publiques ouvertes dont la majorité sont désinfectées à l’aide du chlore Or, les effets nocifs du chlore sont: • L’irritation des voies respiratoires ; • L’irritation des yeux, de la peau et les membranes muqueuses ; • Les sous-produits de désinfection sont également suspectés d’être cancérogènes L’objectif de la présente étude est donc d’évaluer les techniques de désinfection alternatives au chlore ou visant à réduire son utilisation et les possibilités de les appliquer dans les piscines publiques existantes et neuves. 4

2. VALEURS CLEFS ET NORMES Définition • Le PH: détermine l’acidité de l’eau v Un PH neutre équivaut à une valeur de 7 v Un p. H bas= < à 6. 5 formation des chloramines nuisibles qui provoquent des irritations des yeux et des voies respiratoires et provoque la corrosion des métaux et du ciment v Un p. H élevé => à 7. 6 des irritations de la peau et dépôts de tartre. • La plage du p. H convenable pour le corps humain et les matériaux constructifs est assez large. Sans utilisation de chlore, le p. H de l’eau fraîche ne pose pas de problèmes et une correction du p. H n’est pas nécessaire. • Le chlore libre (mg/l) : v Valeur min(réglementation actuelle): 0, 5 v Valeur max (réglementation actuelle): 1, 5 5

Le cadre législatif • • • Le cadre législatif a été analysé en Allemagne, France, Pays-Bas et dans les 3 régions en Belgique. Actuellement, les paramètres analysés et valeurs limites reprises dans les normes et les textes législatifs n’éliminent pas tous les risques pour la santé des nageurs (mesure uniquement du PH et du chlore libre) nécessité d’intégrer de nouveaux paramètres d’analyse, concernant les sousproduits indésirables liés à l’utilisation du chlore (expliqué plus loin) En Wallonie • Présence de valeurs guides et de valeurs limites possibilité de confusions et grande liberté quant à la composition de l’eau de la piscine 6

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Recommandations de l’auteur de l’étude : v Axer la réglementation sur les objectifs définissant le niveau de qualité souhaité v Utiliser des « valeurs buts » et une plage de déviation, p. ex. 7, 3 ± 0, 3 pour le p. H 8

3. RECOMMANDATIONS SUITE A L’ANALYSE DE 9 PISCINES EN WALLONIE Recommandations suite aux constatations : Avant tout : Evaluer l’espace disponible dans le local technique pour les travaux d’amélioration des techniques. La circulation hydraulique Large cave technique (piscine de Salzinnes) Assurer un bon dimensionnement des éléments composant cette circulation : v Les points d’injection et aspiration v La goulotte de débordement v Le nombre de grilles de reprise des eaux La circulation de l’eau se fait alors de manière uniforme et les échantillons d’analyse de la qualité de l’eau sont plus représentatifs 9

Les filtres: Hauteur du corps des filtres recommandée: 2, 5 m Contrôler la quantité d’eau rejetée à l’égout Automatiser l’apport d’eau Le bac tampon: Veiller à un dimensionnement correct de sa capacité Filtre à diatomée (piscine de Salzinnes) Le bac tampon est souvent sous-dimensionné : l’eau nécessaire au lavage des filtres doit alors être aspirée directement du bassin ajout d’eau fraîche au bassin et consommations d’eau élevées Bac tampon (piscine de Lunen) 10

Consommations d’eau fraîche: Consommation importante d’eau fraîche des piscines analysées Economie possible de € 15. 000 par an (si la consommation d’eau fraîche par nageur respectait la législation (30 litres par nageur) Analyse des valeurs mensuelles observées : Lorsque les teneurs en chlore et le p. H varient chaque mois = faiblesses au niveau du système de traitement de l’eau. Objectif : maintenir les valeurs à un niveau constant toute l’année quelle que soit l’occupation du bassin 11

Identification des sous-produits de désinfection Les paramètres de vérification de la qualité de l’eau dont l’analyse mensuelle est imposée par la législation ne donnent pas une image complète de la qualité de l’eau. Des analyses complémentaires de 3 sous-produits de désinfection ont été effectuées dans les 9 piscines analysées: v les trihalométhanes (THM) v les chlorates v les bromates 12

Recommandations suite aux analyses complémentaires Laver le filtre 2*/semaine pour éviter la présence résiduelle de Cryptosporidium parvum et de Giardia lamblia dans le filtre Limiter le temps de stockage de l’hypochlorite de sodium (formation des chlorates) à 30/40 jours maximum et indiquer la date de remplissage des bidons et citernes Estimer la consommation mensuelle de chlore et commander une quantité proportionnelle d’hypochlorite de sodium. Citernes journalières (piscine de Lunen) 13

4. TROIS PROCEDES ALTERNATIFS DE DESINFECTION Système Cuivre-Argent : Description : L’injection de produit chimique est ici remplacé par des batteries contenant des électrodes de Cu et d’Ag qui produisent des ions. . 1 : bassin, 2 : bac tampon, 3 : préfiltre, 4 : pompe de circulation, 5 : batteries de cuivre, 6 : filtre, 7 : batteries d’argent, 8 : échangeur de chaleur. 14

Rendement de l’électrolyse : plusieurs facteurs influencent le rendement de l’électrolyse (les dimensions des électrodes, l’écartement entre les plaques, l’intensité du courant électrique, …) Les filtres: v 1ère couche de sable de 1 à 1, 4 mm et de 20 à 40 cm de hauteur v 2ème couche de sable de granulométrie de 0, 2 à 0, 4 mm et de 80 cm de hauteur. v Vitesse de filtration du système: 20 m/h. Avantages : v Non nuisibles pour la santé, pas nocifs, ni irritants pour les nageurs. v Aucune corrosion des matériaux de construction Inconvénient : la teneur en cuivre élevée dans les eaux usées v La concentration admissible en métaux lourds est dépassée pour les eaux rejetées à l’égout 15 Résidu séché des précipitations de l’eau de lavage des filtres de la piscine du Blocry

La synergie entre les deux métaux crée l’effet bactéricide attendu Le PH se stabilise spontanément à des valeurs de 7, 8 à 8, 0 (l’ajout d’un stabilisateur de PH n’est pas nécessaire). Batteries de Cuivre (piscine de Louvain-la-Neuve) Dosage: concentrations minimum nécessaires : Cu²+/l (0, 5 à 0, 8 mg ), Ag+/l (10 µg ). Le dosage de cuivre doit être réglé par automatisation. Le dosage d’argent s’adapte proportionnellement. . 16

v Les boues résiduelles doivent être collectées et traitées v Une solution serait de placer un réservoir avant le rejet des eaux de lavage Variante du système : Le procédé Cu/Ag peut être combiné avec un faible dosage de chlore (0, 1 à 0, 4 mg/l) ce qui améliore l’action bactéricide du procédé. Les systèmes commercialisés combinent les électrodes de Cuivre et d’Argent dans la même batterie, placée avant le filtre. Cette constitution rend le procédé moins efficace. Le permis d’exploitation : La proposition d’une technique de désinfection alternative dans la demande de permis d’environnement doit être accompagnée par une étude d’incidences 17

Système d’oxydation avancée (AOS) Description Explication des éléments dans la Figure 5. 2 1 : bassin, 2 : bac tampon, 3 : préfiltre, 4 : pompe de circulation, 5 : injection floculant, 6 : filtre, 7 : injection acide sulfurique, 8 : injection peroxyde d’hydrogène, 9 : pompe de circulation du branchement AOS, 10 : réacteur UV/AOS, 11 : échangeur de chaleur, 12 : injection hypochlorite de sodium. 18

Le branchement dispose de sa propre pompe de circulation, d’une injection de peroxyde d’hydrogène et d’un réacteur UV L’effet du rayonnement UV est renforcé par l’addition d’un produit chimique, dans ce cas le peroxyde d’hydrogène (H 2 O 2) créé par le système d’oxydation avancée. La désinfection est crée par le chlore et pas par l’AOS lui-même Réacteurs UV de la piscine les Dauphins L’AOS améliore la composition de l’eau. La réduction du chlore combiné et d’autres substances polluantes diminue la pollution du filtre et réduit le nombre de lavages du filtre ( diminution de la consommation d’eau fraîche) Les réacteurs UV réduisent l’utilisation du chlore combiné 19

Quelques exemples aux Pays-Bas montrent que le taux de chlore combiné peut être réduit à environ 0, 2 mg/l (comparé au taux maximal de 0, 8 mg/l imposé par les conditions sectorielles) Le peroxyde d’hydrogène est stocké dans des bidons de 25 l dans le local de stockage d’acide sulfurique présentant les mêmes mesures de sécurité que celles exigées dans le décret Impact sur le permis d’environnement: Une modification des conditions sectorielles sur base de ce système n’est vraisemblablement pas nécessaire vu que le procédé est utilisé en combinaison avec le chlore 20

Le peroxyde d’hydrogène Description Le produit est utilisé dans le système Traitement de l’eau comme le chlore (injecté dans le système automatiquement par une pompe de dosage) La solution contient 50% de peroxyde d’hydrogène Et 0, 36 g/l d’argent (=stabilisateur) Description Explication des éléments dans la Figure 5. 3 • 1 : bassin, • 2 : bac tampon, • 3 : préfiltre, • 4 : pompe de circulation, • 5 : injection floculant, • 6 : filtre, • 7 : injection acide sulfurique, • 8 : échangeur de chaleur, • 21 9 : injection peroxyde d’hydrogène.

Masse filtrante : L’hydroanthracite est à éviter comme matériel filtrant en utilisation avec le peroxyde Le filtre doit être lavé à l’air Il est nécessaire de créer un choc de peroxyde (plus concentré : de 100 à 150 mg/l) à travers le filtre pendant les heures de fermeture de la piscine pour contrer l’effet de catalase dans le filtre (=enzyme qui décompose le peroxyde d’hydrogène en eau et oxygène et prive l’eau de son élément désinfectant) Avantages v absence des réactions qui génèrent des sous-produits nuisibles v Le désinfectant n’influence pas l’acidité de l’eau ( PH stable) v La mise en service d’un projet d’essai ne nécessite pas une longue période de fermeture (en un jour, le chlore est neutralisé) 22

Inconvénients v Le produit coûte plus cher que l’hypochlorite de sodium (pas encore assez répandu sur le marché). v Le peroxyde d’hydrogène nécessite l’utilisation d’une plus haute concentration du produit dans l’eau de piscine que le chlore pour atteindre une capacité de désinfection équivalente. Impacts sur le permis d’environnement La désinfection au moyen de peroxyde d’hydrogène est un procédé non décrit actuellement dans les conditions sectorielles L’utilisateur professionnel de ce produit doit s’enregistrer dans un système en ligne géré par le SPF – Santé publique La proposition de cette technique de désinfection alternative dans la demande de permis d’environnement doit être accompagnée par une étude d’incidences 23

Cas réel (les Thermes de Grimbergen (un bassin extérieur, un bassin intérieur, plusieurs bassins froids et jacuzzis, période d’essai > 5 ans) Résultats : très bon : v plus de 80% des analyses effectuées pendant 18 mois respectent les valeurs limites de la réglementation flamande. v 93% des résultats satisfont à l’exigence particulière imposée au projet : ne pas dépasser les 500 colonies de germes revivifiables à 36°C 24

Projet pilote : Ce sous-chapitre aborde et détaille l’ensemble d’une installation fonctionnant au peroxyde, les recommandations complémentaires et détaillées, appliquées aux équipements. Ci-dessous un résumé des prescriptions complémentaires: L’hypochlorite est remplacé par le peroxyde. Le stockage, dosage du désinfectant, filtration et circulation hydraulique sont similaires. Le sable est la seule matière filtrante possible et nécessite un lavage à l’air Les pompes doseuses fonctionnent à un débit plus élevé vu que la concentration du produit utilisé est plus élevée L’appareil de dosage mesure la concentration du peroxyde de façon ampérométrique 25

Afin d’éviter le rejet de peroxyde stabilisé vers l’égout, les filtres sont lavés en utilisant de l’eau chlorée Contrairement au chlore, ce désinfectant n’influence pas l’acidité de l’eau. Le peroxyde d’hydrogène stabilisé reste stable et inchangé durant le stockage. Il n’est donc pas nécessaire d’appliquer une certaine fréquence de livraisons 26

5. OPTIMISATION DU SYSTÈME DE TRAITEMENT DE L’EAU FONCTIONNANT AVEC LE CHLORE Généralités : Le taux de chlore utilisé dans les bassins est réduit lorsque les conditions préalables (liées à l’infrastructure et aux équipements) sont satisfaites: v Une circulation hydraulique optimalisée v Une filtration correcte v Un système de désinfection adéquat La concentration moyenne de chlore libre des 9 piscines analysées en 2014 = 0, 95 mg/l La concentration de chlore libre qui pourrait être obtenue après travaux en apportant une désinfection suffisante=0, 3 mg/l 27

Composants du système optimisé : Equipements Prescriptions 6. 2. 1. Equipements de refoulement et reprise des eaux *Grilles de refoulement **nombre suffisant de grilles **implantation permettant une répartition uniforme de l'eau **dimension max des perforations d'une grille est de 8 mm *Goulotte de débordement **la goulotte de débordement doit répondre aux conditions sectorielles (au moins 50% de l'eau recyclée est reprise en surface) 28

*test colorimétrique **vérifie la répartition homogène de l'eau dans le bassin (EN 15288 -2: exigences de sécurité pour le fonctionnement d'une piscine) **conditions sectorielles: ce test doit être réalisé avant la mise en exploitation et après toute modification structurelle du bassin!! 29

6. 2. 2. Bac tampon **la capacité du bac doit pouvoir contenir le volume d'eau généré par le nombre maximum de nageurs et mouvement d'eau de surface ainsi que le volume d'eau nécessaire au lavage des filtres **si plusieurs bassin, il est recommandé de prévoir des bacs, pompes et filtres séparés **en béton ou polyéthylène à paroi épaisse (description des accessoires à prévoir dans le chapitre 7) **l'apport d'eau fraîche est réglé selon le niveau de l'eau dans le bac tampon 30

6. 2. 3. Pompes **prévoir des pompes à haut rendement et à variation de fréquence **prévoir la régulation des différents types de débits (le débit de lavage des filtres plus élevé que le débit nominal de curculation) 31

6. 2. 4. Filtres **norme DIN 19605 (description des conduites voir chapitre 7) *préfiltres **chaque pompe, robinet d'arrêt motorisé, filtre et chaque appareil d'analyse sera précédé d'un préfiltre/capteur de déchets *vitesse de filtration **vitesse de filtration recommandée: 25 m/h (une vitesse plus lente de filtration augmente la qualité de filtration et réduit la consommation des pompes) *corps du filtre **filtre en matière synthétique recommandé (filtres en acier subissent la corrosion) ** hauteur du corps de filtre: 2, 5 m 32

*matière filtrante **le choix de la matière filtrante dépend de la technique de désinfection **hauteur de la matière filtrante: 1 m **si sable: 2 granulométries recommandées: Ø plus épais dans le bas (1 à 1, 4 mm-20 cm) Ø plus fins au dessus (0, 4 à 0, 8 mm-80 cm) **si hydroanthracite-au dessus (0, 8 à 1, 6 mm) **les granulés de verre poli n'apportent en théorie pas de qualité de filtration supplémentaire **l'hydroanthracite apporte un fonctionnement biochimique (grande surface de contact composée de bactéries qui décomposent les sous-produits tel que l'urée par exemple) recommandé avec le chlore *lavage des filtres **déterminer une fréquence de lavage constante min 2*/semaine et selon occupation **prévoir une conduite transparente pour le rejet des eaux de lavage (vérification de l'encrassement du filtre) 33

6. 2. 5. Désinfectant *acide sulfurique **stockage en vrac **produits chimiques injectés après le filtre **distance min de 2 m entre les points d'injection d'acide et de chlore (produits chimiques mélangés avant virage, robinet, accessoires de la conduite) *dosage des produits **doit être automatisé (automates de dosage) **pompes d'échantillonage et dosage **comprend les citernes de stockage et citernes journalières **pièces à injection 34

6. 2. 6. Apport d'eau fraîche **le système d'apport d'eau fraîche est complètement isolé **description des équipements à prévoir (voir chapitre 7) 35

Recommandations de travaux à prévoir en rénovation Rehausser le niveau de sol du bassin pour y placer de nouvelles conduites et grilles d’alimentation aux endroits nécessaires et assurer ainsi une distribution uniforme de l’eau dans le bassin La construction d’une nouvelle goulotte de débordement en saillie au bord existant de la piscine est facilement réalisable. Ces 2 opérations maintiendront la profondeur initiale du bassin Coûts d’utilisation : Les frais d’utilisation se décomposent en 3 parties (pour tout type d’installation): v les frais de la gestion technique, v les frais de la maintenance périodique et curative, v les frais de remplacement. Ces frais d’utilisation doivent être budgétisés sur 30 ans 36

Etablir un tableau des coûts et années de remplacement durant la période d’exploitation. Des budgets importants de remplacement doivent être prévus après : 10 ans, 15 ans, 20 ans et 30 ans. La maintenance périodique et curative comprend : v les contrôles et révisions périodiques, v l’entretien annuel, v les petits remplacements v les interventions à cause de pannes. 37

Cas réel de rénovation: la piscine de Kessel-Lo (Louvain) : Constitution de la piscine: un bassin de 25 × 15 m +un bassin d’apprentissage de 15 × 8 m Fréquentation: 150. 000 nageurs par an Années de rénovation: 2015 -2016 Programme des travaux (en résumé): Petit bassin: v Rehaussement du sol avec ajout de nouveaux points de refoulement et rehaussement du bord du bassin v Ajout d’une goulotte de débordement v Nouveau bac tampon en plastique et nouveau filtres v … 38 construction du rehaussement des parois du petit bassin pour nouvelle goulotte de débordement + ajout de plusieurs grilles dans le fond et nouvelle chape :

Grand bassin: v 2 nouvelles pompes de circulation et nouveaux filtres v Rénovation du bac tampon existant (pour le grand bassin uniquement) Nouveau stockage et dosage des produits chimiques Installation d’apport d’eau fraiche automatisée Budget : 330. 000 euros htva nouvelle goulotte du petit bassin dans bord rehaussé 39

forages pour nouvelles grilles dans le fond (+ les vieilles grilles de reprise en bas de la parois de départ, qui sont maintenant utilisées comme grilles de refoulement) 40 les conduites pour les nouvelles grilles de fond (auparavant il n’y avait quelques bondes de refoulement dans la paroi frontale moins profonde et 4 bondes de reprise dans la paroi frontale plus profonde)

nouveaux skimmers (reprise) dans les parois frontales du grand bassin (il y avait des reprises uniquement dans les parois latérales) 41 nouveau bac tampon (PE) séparé pour le petit bassin et pompes révisées

Après travaux 42

6. CONCLUSION L’étude des procédés de désinfection de l’eau des piscines publiques avait pour objectif d’évaluer les techniques de désinfection alternatives au chlore ou visant à réduire son utilisation et les possibilités de les appliquer dans les piscines publiques existantes et neuves. Dans un premier temps, les effets liés au chlore (fluctuation du PH, création des sous -produits de désinfection nuisibles pour la santé, …) ont été définis Ensuite, la législation en vigueur a été explicitée 9 piscines publiques ont été analysées du point de vue des résultats de qualité du traitement de l’eau avec des analyses complémentaires permettant de chiffrer la présence de 3 sous-produits de désinfection nuisibles (THM, bromate et chlorate) 43

3 procédés alternatifs de désinfection ont été abordés: la solution cuivre/argent a été développée avec quelques inconvénients à lever (déchets de cuivre et permis d’environnement). La solution au peroxyde d’hydrogène a été chiffrée et détaillée nécessitant cependant une étude plus approfondie ainsi qu’un projet-pilote en piscine publique La conclusion principale, à l’heure actuelle et l’objectif à atteindre dans les futurs travaux de rénovation sont donc: la réduction de quantité de chlore utilisée La 1ère priorité est de dimensionner et optimiser la circulation hydraulique du système (via les bouches, les filtres, les bacs tampons, …) Ensuite, des systèmes complémentaires tel que les UV, l’AOS, …peuvent être installés nécessitant au préalable, une étude de faisabilité reprenant le temps de retour par rapport aux investissements, les consommations réalisées, la réduction réelle de chlore à atteindre…. 44

Plan piscines – Etude Chlore Merci pour votre attention Et bon travail! Plan piscines – Journée d’informations du 20/09/2016 – Moulins de Beez 45