L'électro-chloration sur site (production d'hypochlorite de sodium par électrolyse) produit du chlore pour la désinfection par électrolyse de chlorure de sodium aqueux (sel ordinaire ou NaCl). Elle peut être produite en mode discontinu, convertissant une solution saline en hypochlorite de sodium avec une concentration de 6 à 12 g/L, soit dans un réservoir tampon, soit dans un système d’écoulement qui produit de l'hypochlorite en continu.

L'électrolyse utilise un courant électrique continu pour provoquer des réactions chimiques autrement non spontanées. Les réactions se produisent au niveau de deux électrodes : l'anode et la cathode. A l'anode, l'ion chlorure est converti en chlore moléculaire (chlore gazeux), tandis que la réaction à la cathode produit de l'hydrogène gazeux et augmente le pH. Le chlore gazeux réagit immédiatement avec les ions hydroxyde et forme des ions hypochlorite. La solution d'hypochlorite de sodium peut être utilisée directement pour la désinfection et/ou le prétraitement lorsqu'elle fonctionne en mode continu ou peut être stockée dans un réservoir tampon pour une utilisation ultérieure lorsqu'elle fonctionne en mode discontinu.

Considérations sur la conception

La qualité de l'eau brute est un paramètre important pour les systèmes continus. Généralement, la dureté ou les concentrations de manganèse, de fer, de fluorure, de chlore libre et de cyanures doivent être faibles, ou un prétraitement approfondi est nécessaire pour protéger les électrodes. Pour tenir compte de l'eau dure, les systèmes continus sont généralement conçus pour avoir une capacité supérieure de 20 à 30 % afin de prolonger la durée de vie de l'équipement. Alternativement, le sel solaire (c'est-à-dire le sel produit par l'évaporation de la saumure par opposition au sel extrait) avec un minimum de 99,8 % de NaCl est plus approprié, car il a des concentrations plus faibles de calcium et de magnésium (< 0,14 %) ainsi que d'autres contaminants qui encrassent les électrodes. Les systèmes discontinus ont une plus grande flexibilité dans la qualité de l'eau brute, car les électrodes sont généralement plus accessibles pour le nettoyage et tout type de sel peut être utilisé. Les cycles de production peuvent prendre entre 3 et 12 heures, selon l'échelle et le fabricant. La concentration d'hypochlorite de sodium peut varier et doit être surveillée après chaque cycle. La solution produite n'est pas stable et doit être utilisée directement ou stabilisée en ajoutant de la soude caustique.

Matériaux

Des petites cellules électrolytiques sont disponibles auprès de quelques fabricants dans le cadre d'un ensemble comprenant l'équipement de test et le panneau solaire ou l'adaptateur secteur. Les grands systèmes continus sont disponibles auprès d'entreprises internationales et occasionnellement par l'intermédiaire de distributeurs locaux en tant que système entièrement conçu et adapté aux exigences et aux contextes locaux.

Applicabilité

Les petits systèmes discontinus sont suffisamment compacts pour être transportés dans les bagages afin de produire très rapidement de l'hypochlorite dans des contextes d'urgence aiguë lorsqu'une alimentation électrique (ou un panneau solaire) est disponible. Par exemple, un petit système typique sur le marché peut produire 2 L de chlore avec une concentration de 6 g/L en 2,5 heures, assez pour traiter environ 8 000 L d'eau. Les systèmes plus grands peuvent produire 30 à 60 L de chlore en 4 à 5 heures et conviennent aux camps ou aux stations de traitement de l'eau potable lorsqu'un approvisionnement en hypochlorite liquide ne peut pas être assuré autrement. Les systèmes peuvent être mis en place à l'aide des réservoirs disponibles et l'hypochlorite produit peut être dosé via les systèmes de dosage existants. Lorsque les systèmes par lots sont mis en place à partir de zéro, les opérateurs locaux doivent être formés, ce qui est plus réaliste pendant la phase de relèvement d'une urgence, ou plus tard. Des systèmes continus à grande échelle peuvent être envisagés dans les crises urbaines prolongées pour remplacer ceux reposant sur le chlore gazeux ou l'hypochlorite liquide, en particulier lorsque l'approvisionnement ne peut être assuré à long terme en raison de problèmes de sécurité, d'embargos ou d'une capacité de production limitée dans le pays.

Fonctionnement et entretien

Les systèmes discontinus sont relativement simples à utiliser. Ils nécessitent une alimentation électrique ainsi que des équipements pour mesurer la concentration en sel (saumure), la dureté de l'eau et la concentration finale en hypochlorite. La plupart des fournisseurs livrent des équipements de test dans le cadre du système. La production doit être effectuée dans des pièces bien ventilées. Les systèmes continus à grande échelle nécessitent l'assistance d'un ingénieur qualifié pendant la phase d'installation et de démarrage, après quoi l'équipement est entièrement automatisé. Les réservoirs de saumure doivent maintenir leur capacité pour couvrir une demande de 15 à 30 jours, et le niveau doit être maintenu proche de la capacité de stockage recommandée pour éviter un arrêt automatique. Le contrôle des fuites est essentiel, tout comme la surveillance attentive de la tension de fonctionnement, du courant et de la relation entre l'utilisation de sel et le temps de fonctionnement. Des inspections régulières doivent rechercher des signes d'encrassement des électrodes et des interrupteurs à flotteur, qui peuvent nécessiter un nettoyage des électrodes. La plupart des systèmes sont fournis avec un système de nettoyage à l'acide intégré, qui peut être entièrement automatisé ou manuel.

Santé et sécurité

L'électro-chloration sur site réduit le besoin de manutention, de transport et de stockage de matières dangereuses, augmentant ainsi la sécurité générale du site. La production de petits lots doit être effectuée dans des pièces bien ventilées. Pour les grands systèmes, il est nécessaire d'avoir un bon système de ventilation pour éliminer l'hydrogène, et le piégeage de l'hydrogène dans les tuyaux doit être évité.

Coûts

Les systèmes à petits lots (produisant 0,5 à 2 L d'hypochlorite en 3 heures maximum) sans panneaux solaires sont disponibles à partir de 150 à 300 USD, tandis que les systèmes à gros lots (produisant 30 L de chlore en 4 à 5 heures) commencent à partir d'environ 1 000 USD. Les systèmes à lots partiels nécessitent un degré d'automatisation plus élevé et sont plus coûteux. Le coût des systèmes continus à grande échelle varie selon le contexte, bien qu'ils aient généralement des coûts initiaux plus élevés et des coûts opérationnels inférieurs par rapport aux systèmes de chlore gazeux à grande échelle. Lorsque des systèmes d'électro-chloration sur site sont choisis pour remplacer un système de chlore gazeux conventionnel, une partie de l'équipement peut être modernisée pour réduire les coûts.

Considérations sociales et environnementales

Comme pour les autres techniques de chloration, l'acceptation dans des zones où elle est inconnue peut s'avérer problématique. Il est donc important de communiquer avec les dirigeants et la communauté dès le départ pour éviter les malentendus. Les objections de goût et d'odeur peuvent amener les utilisateurs à rejeter l'eau, et cela est plus probable lorsque l'eau traitée est trouble ou si le chlore est surdosé. La fuite de chlore concentré dans l'environnement est un grave danger pour l'environnement et la santé.