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Ozonation pour le traitement des eaux industrielles Curdy Romuald Professeur: César Pulgarin.

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1 Ozonation pour le traitement des eaux industrielles Curdy Romuald Professeur: César Pulgarin

2 Introduction Oxydation par lozone ou ses produits de décomposition. Oxydation complète ou non de la Matière Organique, de métaux, de micropolluants. 1906: premier usage, STEP de Nice. 2008: STEP de Montréal.

3 Plan Théorie: Réaction directs et indirects Procédés doxydation Avancés (AOP) Technologie, Mise en œuvre: Applications:

4 Théorie Réaction directe de lozone O3: Si pH < 4 : principale réaction. Vitesse de réaction plutôt lente: kd = 1,0 – 10e3 M^(-1)S^(-1) Mécanisme de Criegee: Attaque des doubles liaisons: =>bonne réactivité avec les composés aromatiques. Meilleurs affinité avec les formes dissociées et ionisées dune molécule Loxydation à lozone est sélective (ne réagit pas avec certain micropolluants: ex: carbamazépine).

5 Théorie Réaction indirectes: pH basique: radical hydroxyle. Initiation: création du radical anion superoxide: kd = 70 M^(-1)S^(-1)

6 Théorie Réaction indirectes: Chaîne de formation des radicaux: Les Promoteurs encouragent la création de plus de OH°: exemple: acide humique ou alcools primaires ou secondaires. Étape de terminaison: (inhibiteurs, scavengers) Réagissent avec OH° Exemple: carbonates, phosphates, acides humiques Oxydation par le radical hydroxyle: kd = 10e8 -10e10 M^(-1)S^(-1)

7 Théorie Procédés doxydation avancés (AOP): Ozone/peroxyde dhydrogène Ozone/UV H2O2/UV Systèmes à trois Phases: Gaz/ Liquide/ Liquide. Gaz/ Liquide/ Solide.

8 Théorie Ozone/péroxyde dhydrogène (O3/H2O2) H2O2 initiateur des OH°: efficace pour les molécules mal dégradées par la réaction directe. H2O2 peut aussi être un inhibiteur(scavenger), donc nécessité de trouvé le rapport optimum O3/H2O2.

9 Théorie Ozone/UV: Surtout si la molécule visée absorbe les UV ( nm) est photolysable. Sinon réaction avec O3:

10 Théorie H2O2/UV: Le Peroxyde dhydrogène est meilleur marché que lozone.

11 Théorie Systèmes à trois Phases Gaz(O3)/Liquide(soluté)+liquide(solvant): Principe: Lozone et la molécule cible se dissolvent dans le solvant loxydation de la molécule cible par lozone se passe dans le solvant. Avantages: Les concentrations sont plus grandes. Spécificité de la réaction(O3+M). Plus grand kLa. Propriétés du solvant: Pression de vapeur basse. Non toxique et immiscible dans leau. Haute solubilisation de lozone. Inerte avec lozone.

12 Théorie Systèmes à trois Phases: Gaz(O3)/Liquide(soluté)+solide: Oxydation de la phase solide: Minéralisation: Réduction du volume de boue. Amélioration de leur structure: meilleurs sédimentation. Peut aussi avoir leffet inverse: destruction de la structure des boues: ne pas généralisé.

13 Théorie Systèmes à trois Phases: Gaz(O3)/Liquide(soluté)+solide: Oxydation de substances adsorbé sur le solide: Réactivation dabsorbant: octadecyl silica gel particles (ODS). mais peut oxydé certain adsorbants. À létude: remédiation des sols (in situ ou en réacteur) In situ: toxicité des produits de réaction. Contrôle du pH car création dacide organique donc diminution du PH. La phase solide catalyse la réaction doxydation: TechnaVox Ecoclear.

14 Technologie Paramètres influençant lozonation: Dimension du système: Volume et flux Paramètres de leau: Initiateur, inhibiteur(scavenger), promoteur, force ionique (mu=f(E:conductivité électrique)). Variables détat: Température et pression. Paramètres du système: Coefficient de transfert dozone de la phase gazeuse à liquide: Kla, Coefficients de réaction de lozone (air et liquide), et des polluants.

15 Technologie Schéma dun ozonateur:

16 Technologie Générateur dozone: Méthode industrielle: Petite échelle: par électrolyse. Grande échelle: par décharge électrique calme (le plus courant) par rayonnement UV ( longueur donde < 185nm).

17 Technologie Générateur électrolytique (ELOG): lélectrolyse de leau superpure donne H2 et O2 et relâche des électrons. Un catalyseur (lélectrolyte) permet la formation datomes libres doxygène puis de O3, pour 3 50 Ampères.

18 Technologie Générateur à décharge électrique calme (EDOG): A partir doxygène pure ou avec de lair à pression élevée ( kPa). loxygène est ionisé entre deux électrodes puis recombiné pour former lozone. La système chauffe (4-12% de lénergie sert à la réaction) => on refroidit le système (5-10°) pour stabiliser lozone.

19 Technologie Générateur à décharge électrique calme (EDOG): Pour une installation industrielle: haut voltage ( V) Fréquence moyenne ( Hz) 100 kgO3/hr kWh/kgO3

20 Technologie Diffuseur de gaz: taille des bulles. Par diffuseur venturi … Réacteur: Batch (STR): kla = Colonne (pas plug flow): kla = Contrôle des concentrations dO3. Destruction de lozone sortant: Température > 300°C Température = 40-80°C avec catalyseur (manganèse ou palladium) Recyclage

21 Technologie Investissement et coûts de fonctionnement élevés: Ozonation simple (0.05 – 0.22 /m3): Montréal: 200 millions CHF: dosage: g(ozone)/m3 250 mètres cubes par jour: 2 millions CHF

22 Applications But de lozonation: Désinfection: en général post-traitement: Oxydation de composés inorganiques: Ex: précipitation de métaux. Il existe dautres méthodes plus efficaces. Détoxification:cyanure (CN-), nitrite(NO2-), sulfure(H2S/S2-)): (industries) Produits de réaction toxiques: ex: Bromate Oxydation de composés organiques: COD > 1mg/L Odeur, couleur: surtout par réaction direct Amélioration de la biodégradabilité: oxydation de la MO récalcitrante en métabolites facilement traitable. Améliore la chlorination: sinon la MO entraîne la création de by-products toxiques. Minéralisation complète de la MO: mais pas intéressant économiquement. Oxydation de micropolluants. Toxicité des produits de réaction (by-product). sorption des by-products: charbon actifs, filtration sur sable. Amélioration de la coagulation-floculation (pré-ozonation).

23 Applications Exemple deffluents: Lixiviats de décharge: composés humiques, composés organiques halogénés. Industrie du textile ou du papier: composés poly-aromatiques colorés, ions métalliques(Cu, Ni, Zn, Cr), COD. Industrie chimiques ou pharmaceutique: Substances biocides ou toxiques récalcitrantes, solvants.

24 Applications Ozone et biodégradation: Ozonation simple: Processus séquentiel: Processus intégré:

25 Sources Source principale: Ozonation of Water and Waste Water, Gottschlak,C. ;libra,J.A


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