Face à la multitude de procédés de traitement de l’eau disponibles pour gérer les effluents, comment choisir la technologie la mieux adaptée à votre application ?
Tout commence par l’analyse de la composition de votre eau ; le choix du système de gestion des eaux usées dépend en grande partie de la qualité de l’eau à l’entrée et de la qualité souhaitée de l’effluent. Une station d’épuration installée sur le site d’une usine de production ou une station municipale comprend généralement une série d’étapes destinées à traiter différents types de pollution. Par exemple :
Contaminants physiques
Matières en suspension, sédiments, métaux
Contaminants chimiques
Produits chimiques industriels, pesticides, produits pharmaceutiques/médicaments
Contaminants biologiques
Bactéries, virus, parasites
Une analyse de l’eau doit être effectuée pour déterminer les paramètres suivants : demande chimique en oxygène, pH, conductivité et turbidité, afin de définir les étapes nécessaires au traitement de l’eau.
Il est très souvent nécessaire de recourir à une étape finale de « finition » efficace pour traiter la demande chimique en oxygène récalcitrante et les contaminants organiques qui résistent aux autres technologies.
Les procédés de traitement de l’eau sont mis en œuvre pour gérer les effluents de différentes manières, en fonction des résultats recherchés. Nous abordons ci-dessous les avantages et les inconvénients des 10 technologies de traitement de l’eau les plus courantes, ainsi que la manière dont Nyex™ peut améliorer ou remplacer d’autres technologies au sein d’une chaîne de traitement combinée.
Les effluents présentant une demande biologique en oxygène, une demande chimique en oxygène et des teneurs en matières en suspension élevées nécessitent souvent des équipements de traitement des eaux industrielles tels que le dégrillage, la filtration, la clarification, un bassin permettant à l’eau de traverser un lit biologique et, parfois, la coagulation et la floculation.
Nyex™ peut constituer la meilleure technologie de traitement de l’eau à mettre en place en aval de ces étapes pour traiter les contaminants organiques résiduels difficiles à éliminer. Cependant, ce procédé a également été mis en œuvre comme étape de prétraitement efficace pour soutenir d’autres solutions de traitement de l’eau, telles qu’un lit biologique ou un système d’osmose inverse. En effet, Nyex™ élimine les polluants chimiques susceptibles d’endommager ces procédés ou de rendre l’entretien de la station de traitement de l’eau plus laborieux si ces polluants venaient à pénétrer dans ces systèmes et à les encrasser.
Non seulement Nyex™ permet de traiter les effluents finaux, mais il permet également de gérer les flux secondaires individuels d’eaux de process usées problématiques, rendant ainsi ces eaux aptes au recyclage ou permettant l’obtention d’une autorisation de rejet en tant qu’effluents industriels.
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L’échange d’ions est particulièrement utile dans le traitement industriel de l’eau, car ce procédé permet d’éliminer les métaux lourds toxiques et certains produits pharmaceutiques ; il est également utilisé pour l’adoucissement de l’eau.
La technologie Nyex™ a été mise en œuvre en association avec l’échange d’ions au sein d’une station de traitement de l’eau, car ces procédés ciblent différents types de contamination, offrant ainsi un résultat de traitement tertiaire plus complet.
Les installations de traitement de l’eau par échange d’ions permettent d’éliminer efficacement les sels (cation et anions) afin de produire de l’eau déminéralisée à partir d’eaux souterraines, d’eau d’alimentation de chaudière, d’eaux usées industrielles ou de perméat d’osmose inverse.
L’échange d’ions permet également d’éliminer efficacement de l’eau les métaux dissous tels que le cadmium, le zinc, le plomb et le nickel, qui peuvent être toxiques.
L’échange d’ions présente de nombreux avantages en tant que technologie de traitement de l’eau, en fonction de vos besoins en matière de traitement des eaux usées ; veillez toutefois à lire attentivement cette section afin de bien comprendre les réalités liées à la mise en œuvre d’un système de traitement de l’eau par échange d’ions.
Le principal inconvénient de l’échange d’ions réside dans le fait que vous devez régulièrement et fréquemment arrêter l’installation pour procéder à un lavage à contre-courant à la saumure afin d’éliminer les sels, minéraux et métaux accumulés. Cela signifie soit que vous devez composer avec un fonctionnement discontinu, soit que vous avez besoin d’une autre installation en réserve, ce qui double vos dépenses d’investissement.
Les cuves d’échange d’ions nécessitent une inspection régulière ainsi que le déchargement et le chargement de nouvelles résines échangeuses, ce qui perturbe le fonctionnement et entraîne des coûts d’exploitation récurrents.
Les nouvelles résines échangeuses doivent être conformes aux spécifications du fabricant, ce qui rend difficile le changement de fournisseur sans remplacer l’ensemble du système.
Lorsque vous arrêtez une station de traitement de l’eau par échange d’ions, une prolifération microbienne peut se produire, ce qui peut entraîner des problèmes de débit et de traitement lors du redémarrage du processus. Cela entraîne des coûts supplémentaires en matière de formation, de main-d’œuvre et d’exploitation.
Le charbon actif absorbe les polluants au sein de sa structure interne. L’élimination des polluants est efficace, mais le processus doit être régulièrement interrompu afin de régénérer ou de remplacer le charbon. Le traitement des eaux usées n’est plus possible une fois que le charbon est « épuisé ». À ce stade, il est envoyé à l’incinération ou mis en décharge, ce qui a des conséquences néfastes pour l’environnement. Malgré ces inconvénients, ce procédé reste une technologie de traitement de l’eau très répandue et est souvent utilisé dans le traitement des eaux industrielles.
Le Nyex peut être utilisé en amont d’un procédé à charbon actif granulaire afin de réduire l’entretien de ce dernier.
L’utilisation de charbon actif ne nécessite aucun dosage de produits chimiques et le média lui-même est souvent fabriqué à partir de matériaux naturels, tels que le bois ou la coque de noix de coco.
Le charbon actif est souvent utilisé pour améliorer le goût et l’odeur de l’eau potable, car il élimine les composés organiques tels que la géosmine et le MIB, qui sont à l’origine de ces problèmes dans les réseaux municipaux d’approvisionnement en eau potable.
Le GAC et le PAC peuvent générer une empreinte carbone importante, ce que votre service chargé du développement durable pourrait ne pas approuver. En effet, l’efficacité du charbon diminue à mesure qu’il absorbe les polluants. En fonction de l’importance de vos niveaux de DCO, il est souvent nécessaire de le retirer de votre cuve de traitement et de le transporter hors site pour le régénérer ou l’éliminer, ce qui est très néfaste pour l’environnement.
Les coûts d’exploitation peuvent être très élevés dans les applications où la demande chimique en oxygène (DCO) ou la charge en polluants est importante dans le traitement des eaux industrielles. En effet, le charbon absorbe et filtre les contaminants et doit être remplacé une fois saturé, ce qui entraîne des coûts récurrents.
Lors des opérations d’entretien liées au renouvellement du charbon actif, la station n’est pas opérationnelle ; vous devez donc soit prévoir de détourner les eaux usées vers une autre station ou un autre lit de charbon actif (ce qui entraîne un double investissement), soit accepter une exploitation discontinue.
Un entretien rigoureux du lit de charbon est nécessaire pour s’assurer que le média ne reste pas trop longtemps sans régénération ni remplacement, car cela rendrait le procédé inefficace et risquerait de laisser des niveaux de DCO ou certains polluants spécifiques dans l’effluent, ce qui entraînerait des risques de pollution et des amendes environnementales.
Un lit de charbon actif offre des conditions idéales pour la prolifération des micro-organismes, ce qui peut entraver et inhiber le traitement. Toutefois, cela ne pose pas de problème lorsque l’on utilise un procédé d’oxydation avancé, car les radicaux hydroxyles (·OH) inhibent la prolifération des micro-organismes.
Le charbon actif n’est pas efficace sur les composés organiques non absorbants.
L’ozone est un puissant agent oxydant ; utilisé dans le traitement des eaux usées, il oxyde très efficacement toutes les substances organiques, à condition qu’il soit correctement mélangé aux eaux usées contaminées. Son efficacité est largement prouvée et il s’agit probablement du procédé d’oxydation avancé (AOP) le plus répandu, mais il est tout simplement très, très coûteux (en termes de dépenses d’investissement et d’exploitation) – voir ci-dessous.
Il arrive parfois que cette technologie de traitement de l’eau soit complétée par l’ajout de peroxyde d’hydrogène afin d’en renforcer l’efficacité, mais cela peut entraver les étapes de traitement ultérieures et rendre cette eau impropre à la réutilisation.
Le traitement de l’eau à l’ozone constitue une solution de désinfection efficace qui permet d’atteindre des niveaux de désinfection supérieurs à ceux obtenus par le chlore ou les rayons UV. Il n’y a par ailleurs aucun risque de reprolifération des micro-organismes.
Le traitement des eaux usées à l’ozone permet d’oxyder les contaminants inorganiques et organiques à la fois grâce à l’ozone et aux radicaux hydroxyles, lorsque du peroxyde d’hydrogène est ajouté.
Les systèmes à l’ozone présentent un coût d’investissement extrêmement élevé en raison du risque important lié aux gaz d’ozone ; ces systèmes doivent donc être hautement automatisés et robustes.
Les coûts d’exploitation d’une station de traitement de l’eau à l’ozone sont également extrêmement élevés. Elle consomme généralement 10 kWh par kg d’ozone. De plus, l’oxygène est coûteux à l’achat. Si vous choisissez de produire vous-même de l’ozone à partir de l’oxygène de l’air, vous n’obtenez au final que 4 % du volume sous forme d’ozone, ce qui n’est donc pas efficace. De plus, l’ozone a une demi-vie de 12 minutes ; votre installation doit donc utiliser l’ozone dans les 5 minutes suivant sa production pour obtenir un quelconque rendement.
Le principal défi pour votre installation d’ozonisation consiste à diffuser l’ozone dans l’eau de manière homogène et sous forme de bulles suffisamment petites pour optimiser la durée du traitement. En général, les diffuseurs sont obstrués par des contaminants, ce qui fait que de vastes zones du bassin de traitement ne sont pas traitées.
L’un des principaux inconvénients d’un procédé AOP à l’ozone réside dans le fait qu’il nécessite des réactions chimiques complexes, adaptées à chaque contaminant spécifique.
Les tours d’ozonation ont un rendement de transfert compris entre 50 et 70 % ; il est donc presque toujours nécessaire de prévoir une autre station de traitement de l’eau en aval de l’installation d’ozonation.
Un système à l’ozone contient des concentrations d’ozone mortelles, ce qui signifie que des détecteurs et des procédures de sécurité rigoureuses sont indispensables. Cela implique un investissement en temps pour la surveillance du système, la planification des mesures d’urgence, la formation du personnel sur site, ainsi que des coûts liés aux assurances appropriées. Le traitement à l’ozone repose également sur l’utilisation d’oxygène liquide, qui est hautement inflammable et doit respecter les exigences de sécurité incendie de l’installation.
Au cours du traitement, l’ozone peut générer des sous-produits nocifs tels que le bromate, qui, en tant que substance cancérigène, est souvent plus dangereux que le polluant d’origine.
Les procédés d’oxydation avancés (AOP) traditionnels, tels que l’ozone + le peroxyde d’hydrogène (O₃/H₂O₂), reposent sur la génération de radicaux hydroxyles à partir du H₂O₂, qui agit comme agent oxydant dans le procédé. La limite de ce procédé réside dans le fait que les radicaux hydroxyles créés ne sont pas sélectifs : ils peuvent être épuisés lorsqu’ils « pièrent » d’autres paramètres de la qualité de l’eau, tels que la matière organique, la turbidité, l’alcalinité et les nitrites. Cela réduit l’efficacité du système lors de l’oxydation des contaminants et implique que l’eau d’entrée doit présenter une qualité très spécifique pour que le procédé soit efficace.
La filtration est une étape indispensable dans la plupart des applications industrielles de traitement de l’eau. Des filtres de différentes tailles permettent d’éliminer les particules en suspension et certains contaminants. Mais le problème est que la filtration des contaminants ne fait que déplacer le problème : il vous reste en effet à traiter les boues filtrées, qui contiennent désormais des substances toxiques à une concentration plus élevée.
Les technologies Nyex™ peuvent être utilisées en association avec différents types de filtres afin de protéger ces derniers contre les produits chimiques dangereux, si nécessaire.
La filtration de l’eau permet d’éliminer les particules en suspension présentes dans les effluents et d’assurer le prétraitement de l’eau en vue d’un traitement ultérieur par un procédé AOP ou de désinfection. Les polluants sont retenus par les filtres ; sans cela, ils risqueraient d’entraver les étapes de traitement situées en aval.
Les filtres sont très simples à utiliser et constituent une solution économique, car les matériaux naturels tels que le sable ou le gravier sont très bon marché à l’achat.
Les procédés de filtration ne permettent pas de retenir tous les contaminants ni toutes les bactéries. Les particules les plus fines traversent la membrane, ce qui nécessite un traitement supplémentaire de l’eau.
Si les filtres d’une station d’épuration ne font pas l’objet d’un entretien suffisant, ils s’encrassent et perdent leur efficacité pour la rétention des particules en suspension. Les fréquences d’entretien doivent être soigneusement déterminées en fonction des variations des concentrations de polluants dans les eaux usées traitées. L’entretien peut parfois perturber le processus de traitement et nécessiter une formation du personnel.
Le procédé de Fenton (réactif de Fenton) est une technologie de traitement de l’eau éprouvée qui repose sur le dosage de produits chimiques. Le recours au procédé de Fenton pour le traitement des eaux usées constitue souvent un dernier recours, car ce procédé génère des boues toxiques qui nécessitent un traitement spécialisé ou une incinération, ce qui entraîne de graves conséquences pour l’environnement.
Les systèmes Nyex™ constituent une alternative sans produits chimiques. Notre procédé repose sur l’adsorption associée à une oxydation électrochimique, sans aucun dosage. Il n’y a ni déchets secondaires ni boues à gérer, ce qui est plus avantageux tant sur le plan de la RSE que des coûts d’exploitation.
Le procédé Fenton permet de traiter des niveaux plus élevés de demande chimique en oxygène (DCO). En effet, plus la DCO est élevée, plus le traitement est efficace, mais cela nécessite bien sûr davantage de produits chimiques, ce qui entraîne une augmentation des coûts d’exploitation.
Le procédé de Fenton se déroule à température ambiante et à pression atmosphérique.
Le coût récurrent des produits chimiques utilisés pour le traitement de l’eau dans le cadre du procédé de Fenton est élevé. De plus, à mesure que les pouvoirs publics renforcent les restrictions concernant les procédés de traitement des eaux usées qui génèrent des sous-produits tels que les boues, le coût récurrent lié à l’élimination et à la mise en décharge de ces boues augmente également.
Les boues toxiques issues du procédé de Fenton doivent faire l’objet d’un traitement spécialisé par un prestataire tiers, ce qui nécessite souvent leur incinération ou leur mise en décharge. Cela a des répercussions négatives sur l’environnement, susceptibles de nuire à la réputation d’une entreprise et d’entraver la mise en œuvre de ses stratégies environnementales.
Le procédé AOP aux UV (procédé d’oxydation avancée par ultraviolets / oxydation par UV) est une solution de traitement de l’eau qui associe les propriétés désinfectantes des rayons UV à un agent oxydant (le peroxyde d’hydrogène). Les radicaux hydroxyles produits par le H₂O₂ agissent comme agent oxydant dans ce procédé.
L’oxydation par UV peut être entravée par la turbidité (couleur) de l’eau et s’avérer donc inefficace face à certains effluents industriels. Nyex™ offre une solution éprouvée pour les eaux troubles et peut être utilisé en amont d’un système AOP par UV afin d’en améliorer l’efficacité.
Le procédé AOP aux UV permet de minéraliser les matières organiques en composés organiques stables tels que l’H₂O et le CO₂, sans produire de déchets secondaires tels que les boues.
Le procédé AOP aux UV est un procédé de traitement des eaux usées industrielles qui nécessite des temps de séjour réduits par rapport aux technologies conventionnelles, en raison des vitesses de réaction élevées et des potentiels d’oxydation élevés des agents oxydants.
En fonction des polluants à traiter, la chimie du système peut s’avérer complexe. Cela nécessite une formation spécialisée et une maintenance régulière, ce qui augmente les coûts de traitement.
Le dosage du peroxyde d’hydrogène peut avoir des répercussions négatives sur les étapes de traitement ultérieures et rendre l’eau traitée impropre à la réutilisation.
L’efficacité de ce traitement de l’eau dépend de la qualité du mélange du H₂O₂. Celui-ci doit être réparti de manière homogène dans le réservoir de traitement afin de pouvoir réagir avec l’ensemble des contaminants.
Le peroxyde d’hydrogène est utilisé pour doser un système UV, mais il s’agit d’un oxydant dangereux à stocker et à utiliser. Son utilisation nécessite une formation COSHH et des manipulations prudentes, ce qui engendre des coûts supplémentaires.
Une fois que le niveau de contamination a été réduit, le caractère aléatoire des radicaux hydroxyles empêche ce processus de poursuivre le traitement de la contamination. En effet, à mesure que la concentration des contaminants diminue, les radicaux hydroxyles, dont la durée de vie est courte, risquent de ne pas « entrer en collision » avec un composé polluant avant de disparaître. Pour obtenir des niveaux de réduction faibles, il faut davantage de radicaux hydroxyles, ce qui augmente le coût.
L’osmose inverse (RO) utilise la pression pour faire passer l’eau à travers une membrane partiellement perméable afin de séparer les contaminants. Malheureusement, les contaminants ne sont pas détruits lors du processus d’osmose inverse ; au contraire, les polluants concentrés qui ne traversent pas la membrane sont évacués sous forme de rejet. Ce rejet nécessite toujours un traitement spécialisé supplémentaire ou est transporté hors site par camion pour y être incinéré, ce qui est néfaste pour l’environnement.
L’osmose inverse (RO) fonctionne très bien, mais les filtres s’encrassent, ce qui entraîne de nombreux temps d’arrêt. Les dépenses d’investissement (CapEx) et les dépenses d’exploitation (OpEx) sont élevées – voir ci-dessous. Le système Nyex peut être utilisé soit pour traiter le flux de rejet de l’osmose inverse, soit pour traiter l’eau à l’entrée du système d’osmose inverse, afin de prolonger la durée de vie des membranes et d’éviter les temps d’arrêt.
Le traitement de l’eau par osmose inverse permet d’éliminer de nombreux contaminants des eaux usées sans ajout de produits chimiques.
L’une des principales applications de la filtration par osmose inverse consiste à séparer l’eau de mer ou l’eau saumâtre du sel afin de produire de l’eau potable sûre.
Les systèmes d’osmose inverse (RO) entraînent des coûts d’investissement (CapEx) et des coûts d’exploitation (OpEx) élevés. Ils font passer l’eau à très haute pression à travers des filtres fabriqués dans un matériau similaire à celui des peaux de tambour.
Les systèmes d’osmose inverse nécessitent généralement beaucoup d’entretien. L’eau doit être prétraitée afin d’éviter que les filtres ne s’encrassent. Malgré les mesures prises pour protéger les filtres, ceux-ci finissent inévitablement par s’encrasser, et lorsque cela se produit, leur réparation ou leur remplacement coûte cher.
Bien que l’osmose inverse permette de traiter l’eau sans ajout de produits chimiques, des biocides sont utilisés pour nettoyer les filtres et empêcher les bactéries de se loger dans les membranes (encrassement biologique).
Le flux de rejet issu d’un système d’osmose inverse contient deux fois plus de sel que l’eau de mer ; il est souvent rejeté dans l’océan, ce qui a des répercussions incalculables sur l’écosystème.
La coagulation et la floculation sont utilisées pour traiter les effluents ; l’ajout d’un coagulant entraîne la formation d’un « floc » qui retient les polluants et les matières en suspension. Ceux-ci peuvent ensuite être éliminés de l’eau par séparation.
La coagulation et la floculation sont couramment utilisées comme méthodes de traitement secondaire des eaux usées et s’avèrent très efficaces en tant qu’étape de prétraitement avec les systèmes Nyex™.
La coagulation et la floculation réduisent le temps nécessaire à la sédimentation des matières en suspension en leur permettant de s’agglomérer en flocs, ce qui facilite leur élimination.
La coagulation est une méthode efficace pour éliminer certaines (mais pas toutes) bactéries, certains virus et certaines petites particules qui, sans cela, seraient difficiles à éliminer.
Les flocs se transforment en boues qui nécessitent ensuite un traitement spécialisé assuré par un tiers, impliquant soit l’incinération, soit la mise en décharge, deux procédés nuisibles à l’environnement.
La coagulation et la floculation dans le traitement des eaux usées impliquent un dosage de produits chimiques, ce qui entraîne des coûts récurrents liés à l’achat de ces produits, à la formation du personnel et aux évaluations en matière de santé et de sécurité.
Ce procédé nécessite un dosage précis des produits chimiques et une surveillance attentive pour rester efficace. Cette méthode de traitement des eaux usées peut s’avérer inadaptée si la qualité de l’eau à l’entrée varie fréquemment. Des facteurs tels que le type de produit chimique, la quantité dosée et le niveau de pH devront être ajustés et nécessiteront souvent la réalisation d’un « test en bocal » en laboratoire afin de vérifier les performances.
La désinfection de l’eau sert à éliminer les micro-organismes pathogènes et à empêcher leur reproduction. Elle revêt une importance particulière dans le domaine de l’eau potable. La désinfection de l’eau peut être classée en deux catégories : chimique et physique. Nous nous intéressons ici à la désinfection chimique utilisant le chlore, le dioxyde de chlore, l’ozone, les alcools, les détergents et le peroxyde d’hydrogène. Certains de ces produits chimiques permettent également d’éliminer la DCO de l’eau.
Parmi les autres produits chimiques ajoutés à l’eau au cours du processus visant à la rendre potable, on trouve l’hydroxyde de sodium, qui sert à ajuster le pH, et, dans certains cas, des produits chimiques destinés à la fluoration.
La désinfection de l’eau permet d’empêcher la propagation des infections d’origine hydrique en éliminant les agents pathogènes tels que les bactéries, les virus et les parasites. Il s’agit d’une méthode largement répandue pour la désinfection résiduelle, qui est relativement simple à mettre en œuvre.
Le contrôle du dosage des produits chimiques demande du temps et une surveillance attentive et continue, mais il permet d’obtenir une image très précise de la qualité de l’eau. Cela répond aux exigences en matière de santé publique et constitue l’une des raisons pour lesquelles cette méthode est largement utilisée.
Si les bactéries ne sont pas entièrement éliminées, elles peuvent rester actives et recontaminer l’eau au bout d’un certain temps. Cela signifie qu’une deuxième étape de désinfection, telle que l’ajout de chlore, est souvent nécessaire après une désinfection physique, afin d’empêcher les bactéries de se multiplier à nouveau dans l’eau lors de sa distribution dans le réseau d’approvisionnement en eau.
Lorsqu’on recourt à une étape de désinfection chimique, cela peut parfois laisser un goût et une odeur résiduels dans l’eau, ce qui pose des problèmes aux consommateurs.
Le traitement biologique des eaux usées est une étape secondaire de traitement des effluents qui permet d’éliminer les polluants qui subsistent après le traitement primaire des eaux usées. Un procédé biologique repose sur l’action de micro-organismes qui décomposent naturellement les déchets organiques présents dans l’eau.
S’il y a du phénol ou d’autres produits chimiques dangereux susceptibles de tuer les micro-organismes, Nyex peut être placé en amont du procédé biologique afin d’éliminer le phénol et de protéger ainsi le procédé.
Le traitement biologique anaérobie des eaux usées est un procédé qui se déroule en l’absence d’oxygène et qui permet également de produire du biogaz. Cela signifie que l’exploitant peut utiliser ce gaz comme combustible ou à des fins de chauffage, par exemple pour la cuisine.
Dans l’ensemble, le traitement biologique est un procédé dont le coût d’exploitation est relativement faible.
Le traitement biologique des eaux usées est un processus lent qui occupe souvent une grande superficie, en particulier la digestion anaérobie.
Le traitement aérobie nécessite une aération dont le fonctionnement peut être très gourmand en énergie.
Ce processus génère également des biosolides/boues qui nécessitent un traitement spécifique, impliquant souvent l’incinération et la mise en décharge, ce qui a des répercussions négatives sur l’environnement.
Bien que le traitement biologique permette d’éliminer toute une série de contaminants organiques, des résidus de certains produits chimiques et pharmaceutiques persistent dans les effluents après traitement.
L’eau d’alimentation d’un procédé biologique doit également faire l’objet d’une surveillance rigoureuse, car certains contaminants organiques peuvent endommager les systèmes biologiques et les rendre inefficaces. C’est là que nous pouvons vous aider, en éliminant des substances chimiques telles que le phénol afin de protéger les micro-organismes.
