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Ozone et ozonation des eaux (2° Ed.)

De
404 pages
Génération industrielle de l'ozone. Principes fondamentaux et application de l'ozonation. Pratique de l'ozonation. Méthodes analytiques pour l'ozone. Questions critiques de l'ozonation. Aspects économiques de l'ozonation. Développements dans l'utilisation de l'ozone. Filière d'ozonation. Index.
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W. J. MASSCHELEIN
coordonn^Pur
OZONE
ET O ZONATION
DR EAUX
Comité
Européen W. J . MASSCHELEIN
coordonnateur
OZONE
OZONATION
DES EAUX
e2 édition
LAVOISIER - Tec & Doc
Comité 11, rue Lavoisier
Européen F 75384 PARIS CEDEX 08 © Technique et Documentation - Lavoisier, 1991
11, rue Lavoisier - F 75384 PARIS CEDEX 08
ISBN : 2-85206-689-0
Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que c e soit, des pages
publiée s dans le présent ouvrage, faite sans l'autorisation de l'éditeur ou du Centre Français du
Copyright (6 bis, rue Gabriel Laumain, 75010 Paris), est illicite et constitue une contrefaçon. Seules
sont autorisées, d'une part, les reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non
destinées à une utilisation collective, et, d'autre part, les analyses et courtes citations justifiées par le
caractère scientifique o u d'information de l'oeuvre dans laquelle elles sont incorporées (Loi du 11 mars
1957 - art. 4 0 et 41 et Cod e Pénal art. 425) . AVANT-PROPOS
La première édition du Manuel Pratique sur /'Ozonation des Eaux est épuisée depuis un certain
temps. Il fallait, dès lors, pallier cette lacune, d'autant plus que, depuis 1980, des évolutions
considérables se sont fait jour dans les domaines de l'application de l'ozone. Dans cette
deuxième édition, j'ai eu de nouveau le plaisir de coordonner les contributions que se sont
efforcés d'actualiser 67 auteurs.
Les évolutions ? On assiste chaque pu r à l'affirmation de l'ozone comme moyen inducteur de
processus biologiques d'épuration sur charbon actif, filtres lents, et même dans le milieu
naturel. L'introduction de l'ozone dans des techniques modernes de flottation et, d'une
manière générale, dans l'amélioration de la coagulation-floculation constitue un autre aspect de
son développement. Enfin, les technologies de synthèse de l'ozone se sont affinées et
l'utilisation potentielle de l'oxygène dans celles-ci s'est affirmée. D'autre part, les connaissances
sur les produits de réaction formés dans la pratique du traitement des eaux se sont
considérablement développées. Vous trouverez un chapitre plus exhaustif concernant cette
question dans le présent ouvrage.
Quoiqu'il en soit, tout comme par le passé, l'ozone reste un moyen d'oxydation qui est dans la
ligne des processus naturels d'oxydation. A ce titre, quels qu'aient été les problèmes
nouveaux, l'ozone reste toujours partie de la solution.
W.J . MASSCHELEIN
Bruxelles, 1991 TABLE DES MATIERES
Avant-propo s Ill
Adresses utiles XII
- 1 - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
1 - Historique - M. GOLDMA N 3
Introduction a Nature des espèces intermédiaires (oxygène activé) • Origine des
espèces intermédiaires • Mécanismes de destructio n d e l'ozon e ou limitant s a forma­
tion • Modélisations • Caractères généraux et spécificit é de s décharges utilisées
pou r la productio n d'ozone
2 - Aspects thermodynamiques de la génération industrielle d e l'ozone
- WJ . MASSCHELEI N 10
Principes d e bas e • Décharge corona • Méthodes alternatives d e synthès e de l'ozone
• Aspects pratiques d u recyclag e des gaz effluents dans des systèmes d e génératio n
3 - Alimentation en énergie électrique des ozoneurs - R. MOSTI N 21
Généralités • Equipements fonctionnant à l a fréquenc e industrielle a Equipement
fonctionnant à moyenn e fréquence a Dispositifs d e sécurité
4 - Systèmes d e mesure d e débit des gaz applicables à l'ozonation des
eaux - R MOSTIN 25
Conditions de référence a Appareils d e mesur e utilisés
Principe d e mesure et formule d e correction des principaux types
d'appareils
Débitmètre à orifice calibré dèprimogène (venturi, diaphragme,... ) • Rotamètres
• Débitmètre à effet VORTEX • Débitmètre à turbine • Débitmètre o u compteur
volumétrique
5 - Spécifications et contrôle des performances d'un générateur d'ozone
- R. GERVA L 35
Présence d'humidité • Présence de poussières • Pression motrice à l'entrée de
l'ozoneur • Température du ga z à l'entrée de tozoneu r • Débit d'air • Spécifications
technologiques • Le circuit d'ea u d e refroidissemen t u Le générateur d'ozone VI TABLE DES MATIÈRES
6 - Systèmes de génération 39
A . Technologie des générateurs d'ozone Trailigaz" -R.CHAPSAL 3
B. Les générateurs d'ozone Degrémont - c COSTE et J.M. BENAS 43
Conception générale a L'alimentation électrique • Les différents types de géné­
rateurs
G Nouveaux ozoneurs de construction compacte -D. BLANKENFELD 45
D. Les générateurs d'ozone Sorbios - E. FRANKE 47
E. L'ozoneur Utha - WJ. MASSCHELEIN8
F. Installations d'ozonation, utilisation de l'oxygène -F.GAiAetH.p.KLEiN. 49
Introduction • L'oxygène en tant que gaz d'alimentation • Alimentation en oxy­
gène • Exemples d'installations d'ozone utilisant de l'oxygène • Conclusion
G. Technologie Degrémont pour la recirculation de l'oxygène dans
les ozoneurs - c. coswetj.M. BENAS 53
H. Production d'ozone par electrolyse Membrel : procéd é pour le
traitement d'eau de haute pureté - B. STEINLIN6
- Il - PRINCIPES FONDAMENTAUX ET APPLICATION DE L'OZONATION
1 - Aspects théoriques du transfert d'ozone dans l'eau -M. ROUSTAN.
E. BRODARD. J.P. DUGUET etj . MALLEVIALLE 59
Absorption physique • Absorption avec réaction chimique • Hydrodynamique
• Conclusion
2 - La solubilité d e l'ozone dans l'eau - WJ. MASSCHELEIN et R. GOOSENS 64
Définitions • Influence de la température • Les constantes de Henry-Dalton
3 - Mécanismes et cinétiques des réactions de l'ozone et des composés
diSSOUS -J.HOGNE 68
La réaction directe de l'ozone avec des matières dissoutes • Oxydations par des
produits secondaires formés • Coopération entre les deux voies d'oxydation
4 - Décomposition de l'ozone dissous - WJ . MASSCHELEIN 73
5 - L'action de l'ozone sur des matières humiques -o. MAIER5
Introduction • Recommandations
6 - Inacttvation des micro-organismes de l'eau par l'ozone -J.C. BLOCK — 77
Los paramètres d'environnement • Les micro-organismes • Conclusion
7 - L'effet de l'ozone sur l'élimination des algues par filtration - J. AEPPU et
H. GROS 80
Résultats des essais sur une station pilote • Usme de traitement d'eau de lac (Lengg)
8 - Amélioration d e la coagulation par l'ozone - v. RICHARD et J.P. DUGUET 86
9 - Action de l'ozone sur les composés azotés moléculaires -A. LAPLANCHE
et G. MARTIN8
Produits naturels • Produits de synthèse o Les composés formés et les réactions
observées a Cinétiques de réaction • Les schémas réactionnels • Conclusion TABLE DES MATIÈRES VII
10 - Effets d e l'ozone sur les goûts et les odeurs -J . MALLEVIALLE. C. ANSELME et
I.H. SUFFET 99
Introduction • Elimination de la géosmin e et d u methyl-isobornéol (MIB) u Cas de
l'usine d e Morsang/Seine • Conclusion
11 - L'action d e l'ozone gazeux en dispersion -WJ . MASSCHELEIN et
R. GOOSSEN S 104
Formulation d'un modèl e • Conclusion
12 - Intérêts des bilans "matière" pour la conception et l'exploitation des
contacteurs à bulles e n ascension libre - M. ROUSTAN. E. BRODARD.
JP . DUGUET et J. MALLEVIALLE6
Procédure expérimentale n Ecriture des équations d u bilan • Résultats expérimen­
taux • Conclusion
13 - L'ozone et la formation des trihalométhanes -M . DOR E 11
Nature des précurseur s des • Rôle d e /'ozonation sur l a production
des trihalométhanes • Conclusion
14 - Produits d e réaction identifiés a u cours d e l'ozonation - J . MALLEVIALLE et
J.P. DUGUE T 121
15- Critères d e conception d'une cuv e d'ozonation -N. MARTIN e t
M.M . BOURBtGOT 152
Notion d e distribution de temps d e séjour • Exemple d'écoulemen t dans un e cuv e
d'ozonation • Optimisation des performance s d'une cuv e d'ozonation
16 - Un nouvea u type de réacteur pour la dissolution d e l'ozone, le tube en U
- C. COSTE et J.M . BENAS9
- Ill - PRATIQUE DE L'OZONATION
1 - Possibilité de s systèmes experts pour le calcul et l'optimisation des ins­
tallations d ozonation - O. WABLE e t E. BRODAR D 165
Introduction • Programmation • Description du programm e • Conclusion
2 - L'importance du réacteur d e contact ozone-eau - M . BREDTMANN 16°
3 - Les colonnes d e contact ou la dispersion des bulles - w.j. MASSCHELEIN . . 172
4 - Matériaux résistant à la corrosion et à la dégradation au contact de
l'ozone -F.DAMEZ 174
5 - Protection contre la corrosion e n cas d'utilisation d'ozone
- G.E. KURZMAN N7
Introduction • Dégât à des systèmes épais e t minces de revêtement • Systèmes d e
revêtement • Revêtements intérieurs
6 - Sécurités pou r la prévention des incidents sur les équipements
- F. DAME Z 181
Préparation d e l'air n Ozoneurs • Equipements d e diffusion • Automatisation VIII TABLE DES MATIÈRES
- IV - MÉTHODES ANALYTIQUES POUR L'OZONE
1 - Méthodes pour le dosage de l'ozone dans des mélanges concentrés
d e gaz -D.MAIER 185
Introduction a Dosage titriméthque d'après la méthod e au K J • Dosage photomé­
trique d'après U V n Dosage calorimétrique pa r la mesure d e l'enthalpie
2 - Méthode de détermination de l'ozone dans les gaz à lèvent -t. BRENER 189
Méthod e spectrophotométrique • Méthode calorimétrique • Méthode pa r chimilumi-
nescenc e
3 - Surveillance de s hautes concentrations e n ozone dans l'air - J. VALENTA 191
Méthode d'absorption pa r UV • Méthode calorifique o u méthode onthalpique
• Méthode par chimiluminescence
4 - Détermination de l'ozone dan s les lieux d e travail et dans l'air ambiant
- F. DAME Z 194
Méthode de référence a Méthode manuelle de contrôle n Méthodes en contin u
5 - Le contrôle opérationnel d e l'ozone dissous - W.J MASSCHELEIN 196
6 - Principes d'automatisation d'une ozonation -J.AUDIBERT 198
Quels sont les critères d'une "bonne" automatisation ? • Critère d e l'automatisation
d'un post e d'ozonation • Mode de réalisatio n d e l'automatisation
7 - Méthode de dosage de l'ozone en solution aqueuse basée sur la
décoloration des dérivés d e l'indigo -H . BADEROIJ. HOGNE 201
Mode opératoire • Procédé pou r des concentrations d'ozone supérieures à 0,1 mg/P
• Procédé pour des concentrations d'ozone inérieures à 0,1 mg/t • Procédé pour des
échantillons contenant du chlore • Procédé pour des échantillons contenant des ions
de manganèse a Procédé pour les échantillons d'eau trouble o Distributeurs d'indigo-
trisulfonate de potassium
8 - Détermination de l'ozone résiduel dans l'eau par l'ACVK
- WJ . MASSCHELEIN 206
Réactif ACV K • Solution d'ozone dans l'eau • Standardisation des solutions d'ozone
a Procédure de mesur e de l'ozone
9 - Détermination de l'ozone résiduel dans l'eau -F. PHiupPSetj.L. HAMON . ... . 206
Introduction a Précautions à prendr e lors des prélèvements et de s analyses a Métho­
des d'analyses manuelles • Méthodes automatiques en contin u
10 - Instruments pour la détermination opérationnelle de l'ozone 212
A. Analyseur d'ozone résiduel Degrémont type Ozonmat -J.M.BENAS . . 212
Application • Principe de mesure • Convertisseurs d e mesur e • Performances
B. Détermination et affichage en continu des teneurs e n ozone, bio-
xyd e d e chlore, chloramines. chlore potentiel, libre et actif d'une
ea u - A. DERREUMAUXetM. LAMBERT 214
Principe d e fonctionnemen t • Applications n Description d u matériel n Caracté­
ristiques techniques
C Sorbios ozocontrol - £ FRANKE7
D. Méthode électrochimique pour la mesure en continu d e l'ozone
résiduel - W.J. MASSCHELEIN7 TABLE DES MATIÈRES IX
- V - QUESTIONS CRITIQUES DE L OZONATIO N
1 - Toxicité d e l'ozone -FERS 223
L'ozone dans le traitement des eaux n Conclusion
2- Risques professionnels associés à l'ozone -F. VA N HOO F 226
3 - Equipements d e protection e n ca s d'intervention - M . RAPINAT8
4 - Destruction d e l'ozone dans l'air à lèvent - P. CHAPSA L 230
5 -n d e l'ozone en excès - M. COSTS e t J.M . BENAS5
Procédés de destruction
6 - Destruction d e l'ozone résiduel dans l'air après l'application de
l'ozone - M . HORST 239
L a destruction thermique • La destruction par charbon actif • La destruction cataty-
tique a Comparaison du coût d'exploitation de deux exemples différents
7 - Equipement d e destruction d e l'ozone dans l'air à lèvent -Ph. LAFORG E
e t WJ . MASSCHELEIN 243
Introduction • Destruction thermique • Possbilités alternatives • Conclusion
8 - Stabilisation bactérienn e d'une ea u ozonée -H. LAMBLINOI
M.M . BOURBIGOT9
Cas des eaux contenant de l'azote ammoniacal • Cas des eaux chargées en matières
organiques o Cas des eaux chargées en fer, manganèse et matières organiques
• Protection d'un réseau d'eau ozonée vis-à-vis des germes
9 - Quelques aspect s d e la prolifération bactérienne dans les eau x ozo­
nisées - G. FRANSOLET 255
- VI - ASPECTS ÉCONOMIQUES DE L'OZONATION
1 - Caractéristiques d u coût d e r ozonatio n -M . CONA N et J.M . BENAS 263
Paramètres pris en compte
2 - Conditions économique s d e l'utilisation d e gaz enrichis e n oxygène
- W.J. MASSCHELEIN 267
3 - Coût d e l'ozonation - p. SCHULHO F et F. DAME Z 269
Introduction • Coûts d'investissement a Coûts d'exploitation a Conclusion
- VII - DÉVELOPPEMENTS DANS L'UTILISATION DE L'OZONE
1 - Utilisation d e l'ozone dans les bassins d e natation -J.Y. PERROTet
B. LANGLAI S 277
2 - L'activation d e l'ozone par H 0 et les UV -M.DOR E 280 2 2
Les procédés d'activation de l'ozone • Possibilités et limites des procédés
• En conclusion X TABLE DES MATIÈRES
3 - Combinaison ozone/peroxyde d'hydrogène pour la decontamination
d'une ea u fortement polluée par des effluents industriels -J.P. DUGUET .. . 286
Introduction • Matériel et méthodes • Résultats
4 - Utilisations potentielles d e l'ozone dans l'industrie papetière - FA . ABACHE-
MAUMER T 290
5 - L'ozonation des eaux embouteillées - w. SCHNEIDER 292
6 - Utilisation d e l'eau d e mer ozonée pour améliorer la conservation de s
produits conchylicoles - FA . ABADIE-MAUMERT e t p. CHAPSA L5
7 - Désodorisation de s stations d'épuration a u moyen d'ozone - H. PAILLARD
etB . LANGLAIS9
Collecte des mauvaises odeurs et ventilation des locaux • Les traitements de déso­
dorisation mettant e n œuvre l'ozone • Mise en œuvre du procéd é d'ozonation pa r voie
humide
8 - Ozone et épuration biologique des eaux usées urbaines - G . MARTIN.
A . LAPLANCHE. A . COLLIGNO N e t B. LANGLAI S 305
Ozonation en bhépurateu r secondaire • Ozonation en aval d u bnépurateur secon­
daire a Emploi d e l'ozonation dans le traitement des boues
9 - L'ozoflottation procédé d'élimination des algues - M . FAIVRE e t s. LANGLA S 310
Description d u é o Résultats obtenus sur un pilote semi-industriel • Usines
françaises utilisant le procédé d'ozoflottation
- VIII - FILIÈRES D'OZONATION
1 - Questionnaires, guide s d e conception d'une installation d'ozonation
- W.J. MASSCHELEI N 317
Eléments généraux o Préparation des ga z utilisés dans la génération de l'ozone
a Génération d'ozone pa r décharge électrique • Mise en contact de rozone avec l'eau
2 - L'ozone à Nice depuis 1907 - s. VAJENTE 324
3 - Utilisation d e l'ozone pour l e traitement d e l'eau du la c d e Constanc e
- D. MAIE R 326
Informations complémentaires concernant la gestion technique de l'installation pré­
sentée • En cas d'accident avec du pétrole ou d'autres produits chimiques
4 - Filière d e l'ozonation à l'usine d e Tailfer - WJ . MASSCHELEIN 329
5 - L'ozone à la station d e Crissey (Chalon-sur-Saône ) élimination du fer et
d u manganèse et réduction d e l'ammoniaque - Y. RICHAR D e t M . CONAN . . 331
6 - L'alimentation en ea u potable d e la ville d e Florence (Italie) station
d'Anconella - L'ozone en affinage et désinfection - Y. RICHAR D
etM . CONAN 333
7 - L'ozone à la station d e Morsang, élimination d e la micropollution par
action conjuguée d e l'ozone et du charbon actif granulé - Y. RICHAR D . . 335 TABLE DES MATIÈRES XI
8 - L'ozone à la station d e Louveciennes : élimination de l'ammoniaque
e n présence d e fer et manganèse - Y. RICHARD et M. CONAN 338
9 - L'ozonation à l'usine d e Méry-sur-Oise - M. CAIUBOTTE 340
La préozonation • L'ozonation • La postozonation
10 - L'ozone dans le traitement d'eau souterraine à Rouen-la-Chapelle
- G. DAVID 344
11 - L'ozone à l'usine d e traitement d'eau d'Anrvet-sur-Marne - A. TIRET 347
12 - Ozonation à l'usine d e Nle-au-Bourg à Angers -J. de FRESCHEVILLE
et H. GODART9
13 - L'ozone à Rennes -H. GODART 350
14 - L'usine d e traitement de Mauboule à Valence - R. FARGIER 352
15 - Les installations pour r ozonatio n à Marseille - J.P. LESBROS4
Description des installations
16 - Mise e n œuvre d e l'ozone pour le traitement d'eau à Zurich
- M. SCHALEKAMP 36
17 - L'ozonation et la floculation-filtratton dans l e traitement biologique
d'eau potable (l'usine d'Essen) - u. REICHERTER 363
18- Système d'ozonation des eaux du lac Weesperkapsel à Amsterdam
- E.A.M. VAN SOEST5
19 - Le tube en U d'ozonation dans la nouvelle usine d e traitement d'eau
du Pecq-Minor - E. BRODARD. J.P. DUGUET. J. MALLEVIALLE et M. ROUSTAN 368
La nouvelle usine du Pecq-Minor • Le tube en U d'ozonation
20 - Intérêt de la préozonation dans la filière d e l'usine d u Mont-Valérien
- V. Richard et M. CONAN 370
21 - Triozonation à Saint-CoulBz - H. GODART2
Les problèmes a La réponse "triozonation" • Les résultats
22 - Ozonation pour la protection d e l'eau souterraine à la compagnie des
eaux de la ville d e Karlsruhe - G. NAGEL 375
23 - L'usine d e traitement de Dorme à Mûiheim-Ruhr : "le procéd é Mûlheim"
- MR. JEKEL 379
Index 381 ADRESSES UTILES
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FRANCE FRANCE SWITZERLAND -1 -
GÉNÉRATION INDUSTRIELLE
DE L'OZONE -1 -
HISTORIQUE
M. GOLDMAN
Introduction
L'équation globale représentant la formation de l'ozone s'écrit :
3 0 -» 2 0 AH=68kcal (1) 2 3
cette énergie de 68 kcal mise en jeu suppose que les^molécules 0 et 0 se trouvent 2 3
dan s leurs états fondamentaux (respectivement 3 X g et 1 A) . O n peut en déduire que
la production énergétique maximale sera de 1 20 0 g/kWh. Les processus industriels
actuel s permettent d'atteindre des rendements énergétiques de l'ordre de 5 %
(~ 60 g/kWh), c'est-à-dire très éloignés du maximum théorique.
L'énergie de 34 kcal nécessaire à la formation d'une mole d'ozone ne peut être
apporté e sous forme thermique ; cela correspondrait en effet à des températures du
ga z qui situeraient nettement l'équilibre de la réaction (1) vers la gauche. L'énergie
doit être fournie par d'autres voies impliquant des espèces intermédiaires telles que
les atomes d'oxygène, les états excités de la molécule ou les ions (négatifs ou
positifs) ; c'est la création de ces espèces que nous appellerons ici activation de
l'oxygène. L'échauffement du gaz lors des processus conduisant à ces espèces doit
être aussi faible que possible ; c'est dans ces plasmas "froids" tels que ceux créés
pa r décharge couronne que cette condition est réalisée au mieux ; nous verrons
que , même avec de tels plasmas, l'élévation de la température du gaz, bien que
modérée , contribue à la limitation du rendement.
Nature des espèces intermédiaires (oxygène activé)
Le mécanisme le plus général invoqué pour la formation d'ozone dans les
décharge s électriques est le suivant :
0 + 0 + M — > 0 + M 2 3
le rôle du troisième corps M étant d'emporter (sous forme cinétique ou potentielle)
l'excédent d'énergie de la réaction. La constante de vitesse k, dépend de la nature
d e ce troisième corps [1] et de l'état d'excitation des espèces mises en jeu au premier
membre . 4 I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
Si , dans de nombreux cas, cette réaction est prépondérante, il convient toutefois de
n e pas négliger a priori d'autres voies faisant intervenir diverses espèces
intermédiaires. Le tableau 1 donne les principales d'entre elles (où interviennent les
ions négatifs O", les ions positifs O* et les états moléculaires excités O ). z
Tableau 1
Réactions Constante de vitesse *
3,2x1012 (1) 0" + 0 + 0 -»0 + Oj 2 2 3
(2) 03 + 0->0 + Cf 3 6x10»
(3) 03 + 0*-»0 + 02 3 1,2x10"
(4) OJ + O^ O + OJ 1,2x10*4
(5) 02 + 0 * + 0 ^0 + 02 3 2 7,2x1016
(6) 03 + 0 ->0 + 0 1,2x1014 2 3 2
(7) 0* + 0^0 ^ + 0 3 3x1011
Fonction du (8) 0' + 0,-»0 , + 0
niveau d'excitation
de 0*2
(9) 0 + 0 + 0 -»202 2 2 3
* Ces constantes de vitesse sont données à temper* ™ ambiante et sous champ électrique ; êtes sont exprimées en ? /mcte.s. pour les
2réactions à 2 caps et en F/rriote ^. pourlesréacforeà3corps.
Remarque : O désigne une molécule excitée électroniquement. L'énergie z
d e cet état doit être supérieure à 34 kcal/mole pour la réaction (9) et à
100 kcal/mole pour la réaction (8).
Origine des espèces intermédiaires
Ce s espèces résultent de processus primaires du type :
e + 0 -» produits 2
Le tableau 2 donne la liste des différents types de processus dans le détail desquels
nou s n'entrons pas ici (le lecteur pourra se reporter aux références bibliogra­
phiques) .
Tou s les processus indiqués ne sont pas également probables, leurs sections
efficaces dépendant évidemment de l'énergie des électrons impliqués. Pour évaluer
les contributions relatives de ces divers processus, il serait nécessaire de connaître a
chaqu e fois la fonction de distribution électronique dans la décharge, ce qui est loin
d'être possible à l'heure actuelle pour nombre de décharges (décharge couronne
pa r exemple) Toutefois, dans certains types des à géométrie homogène, 1 - HISTORIQUE 5
de s calculs de fonction de distribution électronique sont possibles. C'est ainsi que
Masek [2] d'une part, Fournier et al. [3] d'autre part ont pu calculer les constantes de
vitesse de ces processus en fonction du champ réduit E/N.
Tableau 2
Réactions Energie seuil (kcal/mole)
(1) e + 02 + 02->0 2 + 02 0
(2) e + 02 -> 0 + 0 " 80
(3) e+02->0 + 0+ e 117
(4) e + 02->0 2 + 2e 300
(5) e + 02->0~ + 0+ + e 400
(6) e + 02->02+e fonction du niveau excité atteint
Mécanismes de destruction de l'ozone
ou limitant sa formation
Cas de l'oxygène pur
Décomposition thermique :
0 3 + 0 2 -» Oz + 0 2 + O
Cette réaction, inverse de celle produisant l'ozone a pour constante de vitesse :
£/mole.s.
l'ozone peut aussi être détruit par les atomes d'oxygène eux-mêmes :
0 3 + 0^ 2 02, cette réaction a pour constante de vitesse :
£/mole.s.
La forte dépendance en température de ces réactions montre clairement la nécessité
d e réduire au maximum lae du gaz.
Les collisions avec les espèces chargées sont aussi susceptibles de détruire la
molécule d'ozone ; le tableau 3 donne la liste des principales d'entre elles. 6 I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
Tableau 3
Réactions Constante de vitesse (en f/mole.s.)
(1) e + 0 3 -»O j + 0 0.23
(2) e + 0 ->0 " + 0 1310» 3 2
6103 (3) e + 0 ->0 + hv 3 3
(4) e + 0 -» e + 0 + O 1,2101° 3
(5) 0" + 0 ->0+0 31011 3 3
(6) Cf+ 0 -»0 + 0 + e 131011 3 2 2
(7) 0" + 0 -»0 + 0 610» 3 2 2
(8) 0 + 0 -»0 + 0 2,11011 2 3 3 2
Rôle des "impuretés"
Il n'est pas envisageable de passer en revue le rôle de toutes les impuretés
susceptible s d'exister dans le gaz ; en ne considérant que les seuls constituants
usuel s de l'air (N , N0 , C0 , H 0 et O ), il serait nécessaire de taire intervenir 2 2 2 2 z
plusieur s centaines de réactions élémentaires [4], [5], [6]. Seul sera examiné ici le
rôle très important de la vapeu r d'eau.
O n constate généralement que la présence de vapeur d'eau dans le gaz soumis à
décharg e entraîne une diminution de la production d'ozone ; l'interprétation la plus
vraisemblabl e fait intervenir le mécanisme de réaction en chaîne suivant :
v
OH + 0 ->H0 + 03 2 2
v
HO + 0 -> OH + 2 0z 3 2
etc.
vOH désigne le radical O H excité vraisemblablement ; celui-ci peut être formé par la
décharg e elle-même
v e + H 0 —» e + H + OH2
o u du fait de la présence dans la décharge d'atomes d'oxygène excités dans
1
l'état D
1 v 0 D + H O ->OH + OHz
Pou r certains types de décharges (décharge couronne négative entre pointe et plan)
cette diminution de la production d'ozone en présence de vapeur d'eau n'est pas
observé e [7] : ce phénomène reste encore sans interprétation (figure 1).
z 1 - HISTORIQUE 7
POLARITE NEGATIVE
Outr e cette diminution du rendement, la présence de vapeur d'eau dans une
décharg e électrique dans l'air conduit, du tait de l'existence d'oxydes d'azote
produit s par la décharge, à la formation peu souhaitable d'acide nitrique. Cette
dernière considération suffit à elle seule à motiver l'assèchement du gaz à traiter.
Modélisations
Dan s les décharges produisant des plasmas froids et susceptibles de former de
l'ozone, l'équilibre thermodynamique est loin d'être atteint et il n'est pas possible
d'utiliser les équations de la thermodynamique pour prévoir théoriquement la
production de l'ozone.
Dan s la mesure où l'on dispose actuellement d'un grand nombre de données sur les
sections efficaces ou les constantes de vitesse des réactions élémentaires, il est par
contre possible d'aborder une modélisation cinétique.
Plusieurs tentatives ont déjà été faites dans cette voie. Un modèle n'utilisant que
quelque s réactions dans l'oxygène pur [8], [9] a montré que le rendement maximum
qu e l'on peut atteindre dépend fortement des sections efficaces des réactions produi­
sant les atomes d'oxygène ; les données actuelles, encore incomplètes, sur ces sec­
tions efficaces, laissent prévoir une production énergétique maximale de l'ordre de
40 0 g/kWh ; ce modèle met aussi en évidence l'influence de la température en bon
accor d avec les résultats expérimentaux. Dans l'air ambiant, un modèle utilisant
environ 100 réactions a permis de montrer en décharge couronne négative [6], le rôle
important de la vapeur d'eau dans la formation des espèces intermédiaires.
PRODUCTION D'OZONE (iMITES ARBITRAIRES) 8 I • GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
Enfin , la modélisation d'une décharge homogène (décharge contrôlée par faisceau
d'électrons), [3] [10] donne des résultats en assez bon accord avec l'expérience, en
particulier, pour ce qui est de l'influence du champ électrique réduit.
Caractères généraux et spécificité des décharges utilisées
pour la production d'ozone
Il semble que la réaction principale pour la formation de l'ozone dans une décharge
électrique soit :
0 + 0 + M ->0 + M 2 3
à partir de la production d'oxygène atomique (réactions 1 et 2, tableau 2) ; les
valeur s de l'énergie seuil de ces réactions (respectivement 335 kJ/mole et
43 9 kJ/mole montrent que seule la zone de la décharge ou le champ électrique est
élevé est susceptible d'être active ; c'est la zone lumineuse qui se propage dans
l'espace interélectrodes appelé dard (streamer en anglais).
Industriellement , l'ozone est en général produit dans des décharges où l'une des
électrodes est recouverte d'un diélectrique (tension appliquée alternative). Il s'agit de
décharge s où la "température" des électrons est très supérieure à celle du gaz
neutr e ; malgré tout, les rendements obtenus restent faibles et très éloignés du
rendemen t théorique maximal. Il convient donc d'envisager précisément les para­
mètre s de la décharg e influant sur le rendement.
Courant de décharge : le paramètre macroscopique fondamental est le courant de
décharg e [7] ; une des voies de recherche consiste donc à abaisser au maximum la
tensio n nécessaire à l'obtention d'un courant donné : ceci peut, par exemple, être
obten u par une diminution de la distance interélectrodes.
Régime de décharge: il est possible de montrer [11] que la décharge de type
couronn e fait intervenir deux composantes de courant : l'une, en phase avec la
tension , dite composante synchrone et une composante impulsionnelle associée aux
dard s (streamers) où le rendement en ozone est maximal. Ceci explique les
rendement s intéressants obtenus par certains auteurs utilisant une tension appliquée
impulsionnelle [12] [13] [14] et le fait que ces rendements sont meilleurs pour les cas
suivant s : pointe positive/plan, fil/cylindre, qui présentent une composante impulsion­
nelle prédominante.
Références bibliographiques
[1] MICHAEL J.V., J Chem. Phys., vol. 54, n° 10. p. 4455-9, 1971.
[2] MASEK K, LASKA L et RUZICKAT., Czech. J. Phys. B 2B, p. 1321-34, 1978.
[3] FOURNIER G., BONNET J., FORT J. , PIGACHE D. et LECUILLER M., 4th Int. Symp.
on Plasma Chemistry, Proceedings, vol. 2, p. 742-7, Zurich, 1979.
[4] NILES F.E., J. Chem. Phys., vol. 52, n° 1, p. 408-24, 1970.
[5] HIRSH M.N., Final Report on Contract n° DAHC04-74-G-0045 Prepared for U.S .
Army Research Office, 1975. 1 - HISTORIQUE t
[6] BASTIEN F., HAU G R. et LECUILLE R M., J. Chimie Physique, vol. 72, n° 1,
p. 105-12, 1975.
[7] CRIBIER F., GOLDMA N A. et LECUILLE R M., I.E.E.E . Int. Symp . on Electrical Insula­
tion, Proceedings, p. 282-5, Montréal, 1976.
[8] DAVIDSON R.C., I.E.E.E.-I.A.S. Conf . on Elestrostatics, Pub. n° 78 C H 1346-61 A ,
Toronto, 1978.
[9] DAVIDSON R.c. et LECUILLE R M. , 4th Int. Symp. on Plasma Chemistry,
Proceedings vol. 2, p. 723-7, Zurich, 1979.
[10] FOURNIER G., PIGACHE D. et LECUILLE R M., J. de Physique, 1980.
[11] CROCHET E., GOLDMAN M. et HAU G R., 2n d Int. Symp . on Gaseou s Dielectrics,
Knoxville, USA, 1980.
[12] HOSSELET L.M.L.F., Electrochimica Acta, vol. 18, p. 1033-41, 1973.
[13] LOWTHER F. (Union Carbide), Brevet français n° 7607387,1969.
[14] ELIASON B. et KOGELSCHAT Z u. , 4th Int. Symp. on Plasma Chemistry, Procee­
dings, vol. 2, p. 729-34, Zurich, 1979. -2 -
ASPECTS THERMODYNAMIQUES
DE LA GÉNÉRATION INDUSTRIELLE
DE L'OZONE
W.J. MASSCHELEIN
Principes de base
L a réaction globale de formation de l'ozone correspond à un processus endother-
miqu e selon l'équation suivante
3 0 <-> 2 0 - 284,5 kJ (AH° à 1 atm). 2 3
Aussi , l'entropie de formation est importante :
1
AS" (1 atm) = 69,9 Jmo M deg~
Dè s lors, l'énergie libre standard de formation est élevée et défavorable à la
1génératio n de l'ozone [AG° (1 atm) = + 161,3 kJmoh ]. Ainsi, l'ozone ne peut être
form é par activation thermique de l'oxygène ; il ne peut être que décomposé par la
chaleu r et, dès lors, le contrôle de la température est important dans les technologies
d e génération de l'ozone.
Etan t donné le caractère thermodynamiquement métastable de l'ozone, son
existenc e fut contestée et il fut considéré, pendant tout un temps par erreur, comme
un e forme allotropique de l'oxygène.
E n considérant la réaction de formation de l'ozone de manière globale, l'énergie
interne de formation de l'ozone (AH°), 2,96 J, soit 0,82 Wh, suffiraient pour produire
u n gramme d'ozone. En pratique, par décharge électrique dans l'air, au moins 15 à
2 0 Wh/g sont nécessaires actuellement, soit un rendement thermodynamique
apparen t de l'ordre de 5 %. L'énergie non transformée en énergie moléculaire
intern e est dissipée au moins à raison de 90 % en chaleur. Il s'ensuit une
importanc e confirmée du refroidissement de l'équipement générateur d'ozone.
L'ozone mis en œuvre dans le traitement des eaux doit nécessairement être généré
su r le site de son application. En effet, l'ozone ne peut être liquéfié par compression.
A une concentration supérieure à 72 % en poids en ozone dans l'oxygène liquide,
l'explosion est spontanée. Dissous dans l'oxygène liquide, l'ozone est enrichi
progressivemen t par evaporation de l'oxygène de sorte que le mélange devient
spontanémen t explosif.
L a synthèse de l'ozone suppose la génération préalable d'oxygène atomique qui, à
so n tour, réagit avec de l'oxygène moléculaire. Cette génération technique de
l'oxygèn e radicalaire sur une échelle technique se fait exclusivement au départ 2 • ASPECTS THERMODYNAMIQUES DE LA GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE 11
d'oxygèn e moléculaire. Les réactions principales actuellement acceptées pour la
production endothermique de l'ozone sont :
3 3
O ( P) + O X Ig - + M = 0 + M + 1,084 EV z 3
1O ( D) + 0 = 0 +3,051 EV 2 3
3 1Cependant , l'énergie des radicaux O ( P) et O ( D) est respectivement plus élevée de
3493,3 (5,116 eV) et 682,8 kJmo H (7,083 eV) que l'état fondamental X Ig - (figure 1).
e V kj/aol t X (nm )
17 5 7.08 3 682. 8
595. 4 6.17 5 20 1
5.11 6 493. 2 24 2
4.47 5 431. 4 27 7
1.63 6 157.7 758
0.98 2 94.6 1263
Figure 1
Courbe de potentiel de l'oxygène
Les ions d'oxygène moléculaire ne sont plus considérés comme des formes activées
susceptibles d'intervenir dans la génération industrielle de l'ozone.
Les radicaux d'oxygène, intermédiaires dans la formation de l'ozone, peuvent se
combiner pour régénérer l'oxygène
3 3 3
O ( P) + O ( P) + M = 0 (X Ig-) + M + 5,1 eV ou 491,6 kJmoM 2
Par conséquent, si la concentration volumique des radicaux de l'oxygène est trop
élevée , le rendement relatif de la formation d'ozone diminuera. Pour une fraction
- 3moléculair e 0/X de 10 et moins, le taux de conversion peut atteindre 80 % de 2
[0 ] / [0 ] . 3 2
Dan s l'ensemble des réactions de formation d'ozone la présence de l'azote interfère
dan s les réactions. Less conduisent à la formation d'oxydes d'azote dont le
term e le plus important est le pentoxyde d'azote N 0 . La formation sous haute 2 5
tensio n (> 10,000 V) est d'autant plus importante que la décharge électrique est
éclairante, situation favorisée e. a. par la présence de vapeur d'eau.
Dan s des conditions normales, en opérant au moyen d'air sec (point de rosée
< - 50 °C), pour les ozoneurs à 50 Hz et en appliquant une plage de tension de
12 à 20 kV, la formation de N O s'élève à 1 mole (110 g) par cent moles d'ozone 2 s
(4,8 kg).
E n présence de traces d'eau, l'hydrolyse du pentoxyde d'azote donne lieu à la
formation d'acide nitrique : N 0 + H 0 = 2 HN0 . En pratique normale, la formation 2 5 2 3
d'acide nitrique se produit à raison de 3 à 5 g par kg d'ozone formé. 12 I • GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
Par décomposition thermique, le pentoxyde d'azote peut donner lieu à du bioxyde se
liquéfiant à 21 °C et moins :
N 0 ->N0 + 1/2 02 5 2 2
D'autre part, les rayonnements de longueurs d'onde inférieures à 366 nm induisent
de s réactions interférant directement sur le rendement de formation-décomposition
d e l'ozone.
rrv + N0 -> N O + 0 ° 2
0 ° + N0 -»0 +NO 2 2
N O + 0 -»N0 + 03 2 2
N0 + 0 -»(N03 ) + 02 3 2
(N0 ) + N0 ^N 03 2 2 5
L'ensembl e des réactions en chaîne engageant des oxydes d'azote pourrait dès lors
être beaucoup plus important comme facteur limitant de formation d'ozone que ne le
laisserait supposer la concentration observée en N 0 . L'incidence pratique est 2 5
d'autant plus importante que l'air soumis à l'effluve est moins bien prétraité du point
d e vue dessiccation et dépoussiérage.
Si les conditions thermodynamiques des transferts entre oxydes d'azote sont bien
établies, leur formation pratique dépend essentiellement des conditions cinétiques
encor e sujettes à des investigations plus approfondies. La question revêt une
certain e importance dans le cadre de l'appréciation de la toxicité de l'ozone dans
l'air puisque des effets synergiques lors de la respiration des oxydes de l'azote et
l'ozone ont été avancés.
E n présence de vapeur d'eau dans la zone de décharge, le rendement de formation
d'ozon e diminue. Interviennent notamment les réactions suivantes :
1 2
OH ° + 0 -» H0 + O [k = 1,6 10" ex p ( - 1000/T)] 3 2 z
1OH ° + 0( D)- > H0 2
1 3H0 + 0 -> HO + 2 0 [k =10" exp (- 1250/T)] 2 3 2
N0 + OH ° + M —> HN0 + M 2 3
D'autres gaz, même à l'état de traces, déterminent généralement une chute du
rendemen t de formation de l'ozone : H , F , Cl . Seul le CO et peut être l'azote à 2 2 2
faible concentration dans l'oxygène (cf. chapitre 1.3) peuvent en accroître faiblement
(<10 % de formation supplémentaire) la quantité formée dans des conditions
données . Le CO peut exercer un effet favorable sur le rendement de formation de z
l'ozone.
E n conclusion : l'ozoneur à décharge laminaire est un réacteur à l'état d'équilibre
don t le rendement thermodynamique reste faible, c'est-à-dire inférieur à 5 %. La
partie la plus importante de l'énergie engagée est dissipée sous forme de chaleur.
Tout e source d'énergie capable de donner lieu à la formation d'oxygène radicalaire
es t susceptible d'être utilisée dans la génération d'ozone. Sont employés : les
électrons , les photons de longueur d'onde inférieure à 220 nm, en particulier
l'émission à 187,5 nm de la lampe à vapeur d e mercure à basse pression. 2 • ASPECTS THERMODYNAMIQUES DE LA GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE 13
Décharge corona
L a méthode pratique la plus répandue pour la synthèse de l'ozone dans les usines
d e traitement d'eau est la décharge électrique laminaire ou décharge corona dans
un gaz contenant de l'oxygène.
Outre la formation, l'impact électronique peut provoquer la décomposition de l'ozone
formé par des réactions d'ionisation :
e + 0 -» 0 + O - (+ 4 2 kJ/mole) 3 2
0 ~ + 0 -» 0 + Oâ (+ 287, 4 kJ/mole) 3 2
Pa r conséquent, la génération technique de l'ozone est un processus auto-
équilibrant dans lequel interviennent la composition des gaz effluves, les impuretés,
les caractéristiques de la décharge, la pression, la géométrie et la nature des
sytèmes [1].
L a décharge implique une haute tension et un diélectrique composé d'un espace gaz
et d'un matériau approprié. Le diélectrique peut être tubulaire ou à plaques ou une
combinaiso n des deux (tubes aplatis).
Electrode de miuf en acier inoxydable
electrode
haute tension
• diélectrique
(verre )
inoxydable
Figure 2a
Cellule corona (schématique)
diélectrique
refroidissemen t
refroidissemen t air
Figure 2b
Cellule corona (schématique) 14 I • GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
L a capacité des cellules est donnée par :
respectivemen t pour des cellules tubulaires et planes.
r„, r, : rayon extérieur et intérieur de s tubes,
d : distance entre électrodes,
L : longueur des tubes,
A : surface d'électrode,
-1 2 1
eo : constante diélectrique absolue : 8,854 x 10 frrr ,
e :ee relative : 6 pour le verre, 1 pou r l'air ou l'oxygène,
C : capacité (f).
L a force motrice pour la décharge dépend, en outre, de la fréquence du courant :
V = V sin (2wxt ) Q
V est le potentiel de pointe du courant alternatif appliqué. A une valeur de V la Q s
décharg e corona se rompt avec formation d'étincelles. Des valeurs de référence de
V sont [2] : s
- pour l'air : V = 29,64 Pdg + 1 35 0 s
- pour l'oxygène : V = 26,55 Pdg + 1 480 s
o ù P est la pression absolue du gaz (k Pascal) et dg l'épaisseur de l'espace gaz
(mm).
Il s'ensuit que, pour une même valeur de dg, la valeur de V est plus basse pour s
l'oxygène que pour l'air. Cet effet peut être rattrapé en utilisant un espace gaz plus
faible dans les technologies basées sur l'emploi d'oxygène.
L a puissance consommée est indiquée par une formule expérimentale [3], dans
laquell e Cd et Cg représentent respectivement la capacité du diélectrique et de
l'espace gaz :
Le refroidissement est important dans la technologie des décharges corona puisque
plus de 90 % de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur et que, dans la gamme
de s températures utiles (< 45 °C), le rendement diminue de l'ordre de 0,4 à 0,5 %
d e la production par accroissement de 1 °C . Le refroidissement le plus efficace est
obten u par circulation d'un réfrigérant à la fois du côté de l'électrode à haute tension
et de l'électrode masse. Cependant, pour éviter le risque de court-circuit si par suite
d'un e rupture d'électrode le liquide réfrigérant s'introduit dans l'espace gaz, le
refroidissemen t du côté de l'électrode de masse seulement est considéré comme
plus sûr.
L'épaisseu r de l'espace gaz est important pour le refroidissement. Les ozoneurs
tubulaires classiques (type Welsbach), conçus pour l'air et un courant de 50 Hz, ont
u n espace gaz entre 2,5 et 3,2 mm. Les ozoneurs du même type, alimentés à
moyenn e fréquence et/ou avec de l'oxygène sont prévus avec un espace gaz de 1 à
1,5 mm permettant ainsi l'évacuation accrue de la chaleur au départ d'un volume de
construction donné.
Le s avantages potentiels associés à l'utilisation de l'oxygène ou de l'air enrichi en
oxygèn e comme gaz effluve se résument comme suit :
- possibilité d'obtenir une concentration d'ozone plus élevée, 15 2 • ASPECTS THERMODYNAMIQUES DE LA GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
- possibilité d'accroître la capacité de production d'une installation donnée,
- grande souplesse d'opération en cas de besoins variables en ozone,
- une maîtrise plus aisée de la siccité du gaz effluve,
- un coût de l'énergie électrique spécifique 2 à 2,5 fois moindre que pour l'air. Ce
facteur est à prendre en considération dans l'ensemble des conditions économiques
localement applicables.
Pour la technologie encore la plus répandue, telle les ozoneurs à tubes alimentés en
couran t de basse fréquence (50 ou 60 Hz) et dans les conditions nominales de
fonctionnement , la variation de la production d'ozone en fonction de la teneur en
oxygèn e du gaz effluve s'observe comme indiqué dans la figure 3 ci-dessous [4].
% Vol 0 X Vol 0
2 2
Figure 3
Production horaire d'ozone à débit constant (Q nominal)
Pou r que la comparaison des différentes technologies soit valable, il y a lieu
d'exprimer les résultats de manière normalisée. Le processus préconisé à cet effet
est le suivant :
Partant du % 0 en vol., on obtient : % N = 100 - % 0 en négligeant les traces 2 2 2
d'autres gaz. Dans un mélange d'air enrichi en oxygène, l'azote est apporté par l'air.
Dè s lors :
L a partie volumique d'oxygène apportée par l'air vaut :
Le volume d'oxygène frais apporté équivaut à 16 I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
L'apport relatif d'oxygène par rapport à l'air devient :
Ce rapport peut être mis en corrélation directe avec l'accroissement relatif de
production :
100 (Production observée - Production au moyen d'air)
Production au moyen d'air
La figure 4 donne quelques exemples de cette méthode normalisée de contrôle des
performances.
Les paramètres constructifs intervenant dans ces différences ont été envisagés plus
en détail dans la littérature antérieure.
xOz. Tubes : 153Nm3/HR.
oOz. Tubes : 175Nm3/HR.
V Oz. Tubes : 215Nm3/HR
+ Oz. Litha : 600 NI/HR.
•Oz.Litha : 800 NI/HR.
(*) Courbe calculée selon les données de Rosen.
Figure 4
Accroissement de la production d'ozone par enrichissement de l'air en oxygène
La mise en œuvre pratique de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène comme gaz
effluve entraîne quelques aspects techniques spécifiques. A l'échelle des stations de
traitement d'eau potable appliquant la technique de post-ozonation, un stockage
d'oxygène liquéfié est généralement le plus adéquat. En variante, on peut recourir à
l'enrichissement sur le site même de la technique de l'adsorption-désorption par
variation de pression. Cette méthode présente cependant l'inconvénient de produire
un bruit gênant l'environnement.
L'oxygène liquéfié (stocké sous pression à environ 15 bar) est évaporé au moyen
d'évaporateurs atmosphériques et transféré par l'intermédiaire d'un circuit gaz à la 2 • ASPECTS THERMODYNAMIQUES DE LA GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE 17
pression de 1 à 3 bar. Aux postes de dosage, une détente secondaire amène le gaz
à une pression légèrement supérieure (0,7 bar par exemple) à celle du circuit d'air
primaire du système de génération.
L'introduction a lieu dans ce circuit en aval des tours de dessiccation et en amont des
ozoneur s à effluve. La teneur en oxygène est déterminée au moyen d'un analyseur
approprié. Les mesures de paramagnétisme sont actuellement les plus adaptées à
cet effet.
Figure 5
Stockage et détente de l'oxygène liquéfié à l'usine de Tailfer (CIBE)
Parallèlement à l'accroissement de la capacité de production d'ozone, l'enrichisse­
men t en oxygène du gaz effluve détermine un enrichissement de l'eau ozonée en
oxygèn e dissous et secondairement un dégazage de partie de l'azote dissous dans
l'eau soumise à ozonation. Le bilan global s'inscrit dans le cadre des équilibres de
dissolution et de dégazage dépendant de la pression totale. Ce facteur intervient
notammen t dans le cas où un recyclage du gaz mis en contact avec l'eau est
envisagé ou pratiqué.
L'utilisation de l'oxygène dans le processus d'ozonation a soulevé bien des
controverse s d'ordre économique. En un mot, exprimé par poids d'ozone obtenu,
l'utilisation de l'oxygène détermine un prix de revient plus élevé de l'ozone obtenu
au moyen d'une technologie donnée dont on n'envisage que le coût énergétique et
en oxygène. Toutefois, si on tient compte de l'ensemble des coûts, y compris l'entre­
tien et l'amortissement de l'installation, l'utilisation de l'oxygène selon la technique
d'enrichissemen t s'avère être une solution alternative sinon compétitive du moins
favorable, surtout si des besoins en ozone variables exigent une production flexible. 18 I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
Méthodes alternatives de synthèse de l'ozone
Tou t comme dans le cas de l'ozone naturel, la formation de cet oxydant peut être
obtenu e par irradiation UV d'air ou d'un gaz contenant de l'oxygène. La méthode a
été commenté e dans des articles générau x [5, 6].
L e mode de formation comprend la dissociation photochimique de l'oxygène en
1 3radicaux D et P susceptibles d'initier, tout comm e dans la décharge électronique, la
formatio n d'ozone. Cependant des états de prédissociation 3nu peuvent exister. Ils
_
sont capables d'être éteints par l'oxygène 0 Xu en formant de l'ozone. Le procédé 2
photochimiqu e présente les avantages de la simplicité de mise en œuvre. Il implique
seulemen t de disposer d'un gaz sec. La technique ne s'appliquera vraisemblable­
men t pas à des stations importantes de traitement d'eau puisqu'elle ne permet pas
l'obtentio n de concentrations d'ozone assez élevées, la limite pratique étant
3actuellemen t de 1 g/m de gaz. La concentration plus habituelle est de l'ordre de
3
0,3 g/m . Dans les premiers équipements, la consommation spécifique en énergie
était de 0,3 à 1,8 g 0 /kWh . Actuellement, en mettant en œuvre de l'oxygène, 16 à 3
2 7 g/kWh peuvent être obtenus.
Le handicap majeur du procédé actuel résulte de plusieurs facteurs concommitants :
- 1 1- La faible absorbance de l'oxygène à 185 nm qui est (base 10) de 0,1 cm atrrr.
- L'absorption par l'ozone (région de la bande de Hartley) de la bande de
résonanc e la plus importante de la lampe à vapeur de mercure à 254 nm avec une
1 1absorbanc e (base 10) de 135 cm- atm- . Comme dans les technologies des lampes
actuelles, l'intensité relative des émissions à 254 nm et 185 nm est d'un facteur de 5
à 10, la formation photochimique de l'ozone peut donc être défavorisée par la
photodécompositio n simultanée conduisant à un état photostationnaire défavorable.
-L a diminution du rendement d'émission à 185 nm en fonction du vieillissement
de s lampes reste imparfaitement connue.
Aspects pratiques du recyclage des gaz effluents
dans des systèmes de génération
Le s inconvénients potentiels de l'utilisation d'un gaz effluve enrichi en oxygène
apparaissent , de prime abord, d'ordre économique en considérant le coût de
l'oxygèn e nécessaire. Il s'ensuit généralement le recyclage du gaz après le
processu s de mise en contact du gaz ozone avec l'eau. A ce stade, apparaît la
nécessit é d'approfondir les aspects liés aux équilibres de dissolution des gaz
oxygène , azote, voire C0 , dans l'eau en fonction de la température, de la pression, 2
d e leur abondance relative et, accessoirement, de la salinité de l'eau.
Préalablemen t à l'ozonation en tant que processus incorporé dans les filières d'un
traitement , l'eau est généralement en équilibre de dissolution gaz-liquide à la
pressio n atmosphérique par rapport à l'air d'une teneur de 21 % d'oxygène et 79 %
d'azote.
E n mettant en contact, par un procédé de dispersion adéquat, un gaz plus riche en
oxygène , il s'ensuit une dissolution accrue de celui-ci mais aussi un dégazage de
l'azote préalablement dissous dans l'eau ainsi échangée. Dès lors, le gaz
d'échappemen t de la dissolution d'ozone est appauvri en oxygène et enrichi en
azote . Le recyclage du gaz effluve implique par conséquent une purge volumique
pou r évacuer l'azote excédentaire du gaz recyclé et, partant, un apport complé­
mentaire d'oxygène pour restaurer la composition du gaz à effluver. 2 - ASPECTS THERMODYNAMIQUES DE LA GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE 11
Les conséquences pratiques et économiques se rapportant à ce système de purge
- apport dépendant des conditions de pression, de température et de rapport gaz-
liquide du système de contact. Plusieurs approches sont décrites dans la littérature
[4, 7, 8, 9, 10] tenant compte des procédés en exploitation.
Dan s des contacteurs à la pression atmosphérique ou des pressions du même ordre,
le bilan théorique s'établit conformément aux solubilités des gaz engagés et la loi de
HENRY . Toutefois, le dégazage de l'azote n'atteint pas le rendement de 100 % par
rapport à la valeur théorique. Le taux de dégazage pratiquement obtenu dépend de
l'ensemble du système de mise en contact des gaz avec l'eau traitée et doit être
détermin é dans chaque cas particulier. Un exemple en est détaillé antérieu­
remen t [4].
L a concentration en oxygène dissous à la saturation de l'eau s'accroît linéairement
e n fonction de la pression. Cet effet se limite pratiquement à trouver la pression
correspondan t à l'apport d'oxygène nécessaire dans le traitement d'eaux brutes ou
d'eau x résiduaires par exemple. Corrélativement, l'azote gazeux contenu dans la
phas e équilibrante diminue en abondance relative par rapport à l'oxygène au fur et à
mesur e que la concentration en oxygène dissous s'accroît. Cette relation est du type
d'une fonction inverse.
Figure 6
Equilibres de dissolution O^ j pour de l'eau saturée en N à 10 °C 2
Il s'ensuit que le recyclage d'un gaz à effluver nécessite moins ou pas de purge pour
évacue r l'azote du gaz recyclé dans un système de dissolution sous pression. La
limite pratique du système, dont les relations quantitatives sont détaillées dans la
littérature [9,11], est constituée par la teneur en oxygène dissous que l'équilibre
3détermin e normalement par excès au besoin, par exemple 300 g/m à 8 bars de
pressio n appliquée à l'eau. Dès lors, dans la technique à haute pression, le 20 I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
recyclag e du gaz effluve entraîne une dissolution de l'ozone et un équilibrage de
l'eau par rapport à l'oxygène-azote d'un débit partiel d'eau qui est redilué par la suite
dan s l'ensemble du débit à traiter. Les paramètres pratiques pour la conception de
l'ensemble et l'opération de la filière sont :
- les besoins en ozone de l'eau déterminent la relation débit-concentration du gaz
ozon e ;
- l'oxygène dissous utile dans l'eau détermine la relation débit partiel-pression à la
dissolution ;
- l'ensemble du compromis est établi en tenant compte des coûts respectifs des
purge s d'azote-apport d'oxygène et génération de l'ozone à la concentration voulue.
L e recyclage des gaz dans la technique basse pression ne nécessite pas de
précaution s supplémentaires du point de vue de la résistance des matériaux par
rappor t à ceux utilisés couramment dans l'ozonation : aciers inoxydables nobles,
cuivre, bronzes et fonte d'aluminium. L'emploi d'alliages riches en magnésium est à
éviter. Aussi, les spécifications tiendront essentiellement compte du transport
d'oxygèn e : soudure s lisses et absence de produits organiques (huiles, lubrifiants,
joints d'étanchéité, etc.)
Dan s la technique à haute pression, une compression du gaz ozone à injecter est
nécessair e pour permettre la diffusion dans l'eau sous pression. Cette phase est
particulièremen t délicate sur le plan de l'étanchéité des circuits gazeux. Pratique­
ment , seuls des compresseurs à anneaux liquides en acier inoxydable de haute
qualtié (AISI 316, 318 ou similaire) conviennent. Leur fonctionnement est onéreux et
est à imputer au système considéré dans son ensemble.
Surtout pour l'ozonation d'eau brute ou des eaux résiduaires, il y a lieu de contrôler
qu e le gaz recyclé reste en dessous des limites inférieures d'explosivité en cas de
dégazag e d'impuretés organiques. Aucun problème pratique de cette nature n'a été
rencontr é dans les installations existantes. La destruction de l'ozone dégagé dans
les events peut éventuellement entraîner un problème complémentaire en présence
d'oxygèn e si des produits organiques sont libérés également.
Références bibliographiques
[I ] MASSCHELEIN W.J., T.S.M.-L'eau , 77 : 177, 1977.
[2] COBINE J.D. , Gaseous Conductors, Dover Publ. NY, 1974.
[3] REYNOLDS SI. , ASTM Special Technical Publication, n° 198,1955.
[4] MASSCHELEIN W.J., FRANSOLETG. . GENO T J . et GOOSSEN S R., T.S.M. - UEau,
76 : 385, 1976.
[5] DU RON , chap. 3 in vol. 1 of Handbook of Ozon e Technology & Applications, Ann
Arbor Sci. Michigan, 1982.
[6] DOHAN J.M. et MASSCHELEIN W.J. , Ozone Sci. & Eng., 9 : 315, 1987.
[7] SIMON M. et SCHEIDTMANN H., G.W.F. , 109 : 877, 1968.
[8] ROSEN H.M., Water & Sewage Works, 119 :114,1972.
[9] ALBRECHT E. , Dechema-Monogr., 75 : 343, 1974.
[10] LEITZKE O . et GRENER G. , Symposium I.O.A., p. 76, Nice, 1979.
[II ] UHLIGG., Symposium Karlsruhe (1978), p. 372 (Procédés d'oxydation appli­
qués au traitement d e l'eau potable). -3-
ALIMENTATION EN ÉNERGIE
ÉLECTRIQUE DES OZONEURS
R. MOSTIN
Généralités
La production industrielle d'ozone s'effectue en soumettant un gaz contenant de
l'oxygène à l'action d'une effluve électrique. Cette effluve est produite par l'applica­
tion d'une tension alternative comprise entre 6 et 20 kV à un système formant
condensateu r dont le gaz est un élément du diélectrique. La puissance absorbée par
l'ozoneur est donnée par la formule de Manley :
P = 4 fVa [ (Vo - Va) Cd - VaCa]
o ù : f = fréquence de la tension appliquée à l'ozoneur
V a = tension appliquée aux bornes de l'intervalle de gaz
Vo = valeur de crête de la tension appliquée à l'ozoneur
C d = capacité du matériau diélectrique
C a =é de l'intervalle de gaz
Dan s les limites fixées par les propriétés du gaz et du matériau diélectrique, la
productio n d'ozone est proportionnelle à la puissance absorbée par l'ozoneur. La
quantitée produite peut être ajustée en modifiant la fréquence (f) ou la tension
(Vo) appliquée à l'ozoneur.
Equipements fonctionnant à la fréquence industrielle
L'alimentation électrique des ozoneurs s'effectue au départ d'une source basse
tension , de manière à utiliser un équipement de réglage simple, conventionnel pour
faire varier la tension. Celle-ci est ensuite élevée aux valeurs nécessaires au
fonctionnement de l'appareil (11 à 20 kV).
Pa r nature, l'ozoneur est un appareil monophasé. Lorsque sa puissance est
importante, il convient d'équilibrer la charge sur les trois phases du réseau. Pour ce
faire, la production est répartie sur trois ozoneurs fonctionnant simultanément. Pour
réduire la capacité de production en dessous de la valeur correspondant au réglage
minimu m des trois ozoneurs, on peut faire usage d'un transformateur SCOTT. Celui-
ci permet de passer d'une tension triphasée à une tension diphasée et, par
conséquent , de travailler avec deux ozoneurs tout en maintenant une charge
équilibrée sur le réseau. I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE 22
-iV-
Voltage Self Voltage-increasing Ozonator
varia for transformer
Figure 1
Système conventionnel de regulation
Inducting Sett Voltage-SCOTT Electrical
Ozonator fegulotrx transformer - Coupling fficreosmg
Iranslorrnef modifier
Figure 2
Principe du couplage électrique des ozoneurs
Le réglage de la tension s'opère à l'aide d'un autotransformateur à réglage en
charge , d'un survolteur-dévolteur ou d'un régulateur d'induction. Quel que soit le
systèm e utilisé, un transformateur monophasé élève la tension réglée à la valeur
nécessair e pour produire l'effluve. Le transformateur doit être spécialement conçu
pou r être inséré dans le circuit d'un ozoneur où circulent des courants harmoniques
importants.
Le facteur de puissance (cos f) d e la charge capacitive que constitue l'ozoneur varie
entre 0,3 et 0,5. Pour limiter les intensités, une self de compensation peut être placée
d e manière à obtenir un facteur de puissance voisin de 1 lorsque l'ozoneur est à
pleine charge. 3 • ALIMENTATION EN ÉNERGIE ÉLECTRIQUE DES OZONEURS 23
Equipement fonctionnant à moyenne fréquence
Ici également, l'alimentation se fait au départ du réseau basse tension. La moyenne
fréquenc e souhaitée, comprise entre 150 et 2 000 Hz, peut être obtenue à l'aide
d'un groupe tournant (alternateur moyenne fréquence entraîné par un moteur asyn­
chrone) . Actuellement, il est fait exclusivement usage de convertisseurs statiques à
semi-conducteurs , constitués d'un redresseur à thyristor suivi d'un onduleur. Le
circuit intermédiaire est pourvu d'une self de lissage.
L'onduleur doit avoir des caractéristiques particulières pour alimenter la charge
capacitive , variable en fonction de la puissance, que constitue l'ozoneur. Il est
possible , en ajoutant une inductance, de réaliser un circuit oscillant et de faire
ondule r le courant dans l'ozoneur à une fréquence voisine de la fréquence propre.
O n assure de ce fait un excellent facteur de puissance jusqu'à environ 30 % de la
charge .
L'ozoneur fonctionne donc à fréquence fixe et le réglage s'effectue en modifiant la
tensio n appliquée à l'appareil. Le réglage de la tension s'obtient en agissant sur la
command e des thyristors du redresseur. Unen continue variable est ainsi
appliquée à l'entrée de l'onduleur qui la convertit en une tension alternative variable
à fréquence fixe, déterminée par les caractéristiques de l'onduleur.
Le transformateur élévateur monophasé qui suit est conçu pour la fréquence choisie.
Dan s la technique moyenne fréquence, la tension appliquée à l'ozoneur peut être
plus basse (6 a 9 kV) qu'à la fréquence industrielle. Le risque de percement du
diélectrique est donc réduit.
L'utilisation d'un redresseur triphasé permet d'équilibrer parfaitement le réseau
indépendammen t du nombre de générateurs en service ou de leurs conditions de
fonctionnement.
Voltage- increûsng
transformer
Redresser Ozonator Ondulator
Figure 3
Couplage du variateur de fréquence Thyristor
Les techniques basées sur la conversion de fréquence prennent de plus en plus
d'extension , même pour des équipements de relativement faible capacité. Les
argument s avancés en faveur de la moyenne fréquence sont les suivants :
- réduction des dimensions,
- nombre de tubes diélectriques plus réduit pour une même capacité de production, 24 I - GÉNÉRATION INDUSTRIELLE DE L'OZONE
- tension de fonctionnement moins élevée,
- charge équilibrée sur les phases du réseau,
- commande et régulation plus aisées grâce à l'électronique,
- limitation électronique du courant absorbé.
A capacité de production égale, il semble cependant que la consommation énergé­
tique globale des appareils moyenne fréquence soit de 10 à 15 % supérieure à celle
de s appareils à fréquence industrielle.
Dispositifs de sécurité
Le s équipements classiques de sécurité électrique sont insuffisants pour assurer la
protection des ozoneurs. Il convient, au minimum, d'installer par ozoneur un relais à
maximu m d'intensité à action instantanée, réglé à une valeur très légèrement
supérieur e au courant de pleine charge de l'appareil.
L'accident typique d'un ozoneur consiste au percement ou à la rupture d'un tube
diélectrique avec, pour conséquence, un court-circuit local. Le relais de protection ne
perme t pas une protection sélective et entraîne un déclenchement général de
l'ozoneur et la perte de la production correspondante.
C'est pourquoi les appareils de grande capacité sont équipés de relais ou de
fusibles par fraction d'ozoneur. D'autres constructeurs proposent de placer un fusible
pa r tube, de manière à éliminer l'élément défectueux sans interrompre l'exploitation
et de remettre à un moment favorable la remise en état de l'appareil. Pour être
efficace, ce système doit être pourvu d'une détection de défaut qui permette de ne
pa s surcharger les tubes restant en service.
L'expérience montre cependant que, si l'exploitation et la maintenance des appareils
(traitemen t de l'air et nettoyage des tubes) se font correctement, une protection
individuelle par tube n'est pas nécessaire. Les déclenchements généraux sont rares.
Références bibliographiques
FAE S Y., Ozoneurs : leur théorie et application. Les techniques nouvelles à semi­
conducteurs à leur alimentation, Rev. Gén. Electr., 84 :1, 1975.
VEI S A , ALBERT J. , COSTE c, ADATTO M. et BENAS J.M. , Optimization of Medium
Frequenc y Electric Power Supply for Ozone Generators, Proceedings 8th Ozone
World Congress I.O.A., p. A28, Zurich (CH)., septembre 1987.

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