Traitements des eaux usées industrielles Plasma Decrey Loïc EPFL, 2008

Contexte » Production de radicaux, UV, ozone. Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Contexte Méthode AOP (advanced oxidation processes)‏ » Production de radicaux, UV, ozone. Procédés relativement récent. N'est pas utilisé tel quel mais différents phénomènes dus à sa production permettent des réactions qui amène à un traitement. AOP: Great attention is focused on socalled advanced oxidation processe (AOP) that are based on generation of highly reactive species, especially hydroxyl radicals. This is because the hydroxyl radical is a very powerful, non-selective oxidant that has the oxidation potential to completely oxidize organics to carbon dioxide and water. There are a number of methods for generating hydroxyl radicals such as photochemical and electrochemical oxidation, photolysis of hydrogen peroxide and ozone, Fenton-type reactions, TiO2 photocatalysis, wet oxidation, sonolysis, and irradiation of water by high energy electron beams or γ-rays. However, a common feature of AOP is that the radical production involves a significant expense or the energy (either chemical, electrical or radiative). Non-thermal plasma processing in aqueous solution by applying a high voltage is considered to be an energy efficient method for the production of highly active species.

Définition Plasma (définition générale) : Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Définition Plasma (définition générale) : Il s'agit d'une masse de gaz de très forte densité, dont la température atteint des millions de degrés, et totalement ionisée, c'est-à-dire composée exclusivement d'ions et d'électrons qui intéragissent constamment entre eux sans jamais pouvoir former un atome ou une molécule stable.

Types de plasma 1. Plasma chaud: [Etoiles, plasma de fusion,...] Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Types de plasma 1. Plasma chaud: [Etoiles, plasma de fusion,...] T ions et électrons > 107 K → milieu complètement ionisé (équilibre thermodynamique). 2. Plasma thermique: [Arcs électriques, torches ind.,...] T ions, électrons et particules neutres ~ 104 K → milieu ionisé localement (équilibre thermique). 3. Plasma froid (non-thermal plasma): [Décharges électriques] T électrons ~ 104 K T particules neutres et ions ~ 300 – 103 K → milieu faiblement ionisé (taux ionisation ~ 10-6 – 10-2 par espèce neutre) .

Production (plasma froid)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Production (plasma froid)‏ Application d'un champ électrique haut voltage (dizaine de kV)‏ Configuration des électrodes: Décharge Corona Décharge avec barrière diélectrique(DBD)‏ Décharge micro-onde, décharge de Glow. Empêcher la formation d'arc électrique!!! ‏

Production (plasma froid)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Production (plasma froid)‏ Décharge Corona: ‏

Production (plasma froid)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Production (plasma froid)‏ Décharge Corona: ‏

Production (plasma froid)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Production (plasma froid)‏ Décharge Corona: ‏

Réactions induites Electrons à hautes énergies: Rayonnement UV‏: Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Réactions induites Electrons à hautes énergies: Dans un gaz (air, oxygène) → Formation de O3 Dans l'eau → Formation de radicaux OH•, H• et molécules H2O2 Rayonnement UV‏: Photolyse directe. Photocatalyse (avec TiO2 par exemple)‏ Effet combiné avec l'ozone ou le péroxyde d'hydrogène (H2O2)‏

Essais laboratoire (1)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Essais laboratoire (1)‏ Types de décharge: corona Milieu: eau

Essais laboratoire (1)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Essais laboratoire (1)‏ Milieu: eau → Réactions chimiques induites: Réactions avec la solution

Essais laboratoire (2)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Essais laboratoire (2)‏ Types de décharge: DBD Milieu: gaz

Essais laboratoire (2)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Essais laboratoire (2)‏ → Réactions induites: 1) Production d'ozone: * *

Essais laboratoire (2)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Essais laboratoire (2)‏ → Réactions induites: 2) Photocatalyse avec TiO2 et possibilité d'ajouter H2O2: Photocatalyse Photolyse Ajout de H2O2

Essais laboratoire (3)‏ Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Essais laboratoire (3)‏ Types de décharge: DBD Milieu: gaz - eau

Domaines d'utilisation Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Domaines d'utilisation Epurations des gaz Traitement des surfaces (industries métallifères)‏

Avantages/limites Production d'espèces réactives in-situ. Introduction Fonctionnement Applications Conclusion Avantages/limites Production d'espèces réactives in-situ. Combinaison de plusieurs effets oxydatifs (UV, radicaux, ozone). Stade expérimental. Haut-voltage (forte demande en énergie).

Références Lukes P., WATER TREATMENT BY PULSED STREAMER CORONA DISCHARGE, 2001, Prague. MOK Y.S.,Dielectric Barrier Discharge Plasma-Induced Photocatalysis and Ozonation for the Treatment of Wastewater, 2008, South Korea. M. M. Kuraica, APPLICATION OF COAXIAL DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE FOR POTABLE AND WASTE WATER TREATMENT , 2004, Serbia and Montenegro. Sun Y., Application of Low Pressure Plasma Technology in the Field of Environmental Protection, 2000, China.