L'OZONATION

L'OZONATION
L'ozonation est un traitement chimique par oxydation. L'utilisation de réactifs chimiques oxydants pour le traitement des eaux a visé au départ la stérilisation de l'eau, ou, plus exactement, la destruction des germes pathogènes. L'ozone a l'avantage de permettre des actions complémentaires dans la destruction d'un grand nombre de micropolluants et dans l'amélioration des goûts, des odeurs et dans la destruction des couleurs.

LA MOLECULE D'OZONE

L'ozone est une forme allotropique de l'oxygène. C'est une molécule formée de trois atomes d'oxygène dont le symbole est O3. Dans les conditions usuelles d'utilisation, il est à l'état gazeux et soluble dans l'eau. C'est un oxydant puissant et donc chimiquement instable dans les mélanges gazeux et liquides. Ainsi de nombreux corps provoquent sa dissociation en oxygène.
Dans les gaz sa dissociation est catalysée par les éléments métalliques (platine, argent, ...) et par les halogènes (chlore, brome...). En solution aqueuse, la vitesse d'autodestruction de l'ozone dépend du pH, de la nature et de la concentration de sels dissous. Elle est très favorisée par la présence d'OHen solution.
L'ozone est un réactif multifonctionnel :

• Il détruit des composés toxiques tels que les cyanures et les phénols
  
• Il attaque les colorants organiques naturels (acides humiques, tanins, lignines...) et artificiels responsables de la coloration des eaux.
  
• Il réagit de manière sélective avec les composés organiques contenus dans l'eau, et il les transforme en matières plus faciles à décomposer par traitement biologiques ultérieurs.
  

Il y a deux types de réactions :

• directes, avec la molécule de O3 (très sélective),
  
• indirectes, du fait de l'action d'espèces secondaires comme les radicaux libres OH- formés par la décomposition de l'ozone au contact de l'eau.
  

De plus, contrairement au chlore ou au dioxyde de chlore, l'ozone n'entraîne aucune formation d'haloformes. Il à une action efficace et rapide mais il a peu d'action rémanente.

LA PRODUCTION D'OZONE

L'ozone étant instable, il est produit sur le lieu de consommation.
A l'échelle industrielle, l'ozone est produit par décharges électriques dans des générateurs tubulaires. Cette production est due à un générateur d'ozone, qui est essentiellement composé de deux électrodes conductrices maintenues en regard l'une de l'autre. L'air ou l'oxygène est comprimé, puis séché, et passe entre ces deux électrodes où il est soumis à une effluve électrique dans un champ de courant alternatif à haute tension. Une partie de l'oxygène se transforme en ozone.
3 O2 ==> 2 O3
Un circuit de refroidissement absorbe l'excès de chaleur produite par la décharge (71 Kcal). Dans la mesure du possible, cette chaleur est récupérée et valorisée dans l'usine. Pour homogénéiser la décharge, l'une des électrodes ou parfois les deux, sont recouvertes d'un diélectrique à permittivité élevé, d'épaisseur uniforme réalisant une surface équipotentielle. Généralement, les diélectriques mis en oeuvre sont des verres dont la permittivité varie, selon la composition chimique, de 4 à 6,5.
L'ozone est donc produit en faisant circuler lentement dans l'espace restant un fluide oxygéné et en créant dans l'espace gazeux une tension alternative sinusoïdale d'amplitude suffisamment élevée.
Un générateur d'ozone industriel comporte plusieurs générateurs élémentaires en batterie. Les appareils se distinguent selon le gaz d'origine et la capacité de production d'ozone.

INFLUENCE DE L'EAU

La dissolution d'ozone dans l'eau est un élément clé d'une bonne installation. En effet, la température influe beaucoup sur le taux de dissolution du gaz : Les solutions d'ozone suivent la loi de Henry, les quantités dissoutes sont fonction de la température et de la pression. De plus, plus l'interface gaz/eau est importante, meilleure est la dissolution.
La pression joue également un rôle important. L'eau à 35°C ne dissout que la moitié de la quantité de gaz qu'elle dissout à 15°C. En doublant la pression, on peut atteindre le même taux de dissociation à 35°C qu'à 15°C.

TECHNOLOGIES DISPONIBLES

Il existe différents types d'ozoneurs :

• L'ozoneur à air (air séché avec un point de rosée à de -50°C à -70°C)
  

L'ozoneur à oxygène pur avec recyclage ou non de l'oxygène (on ne dépasse pas les 100g/m3 d'ozone) Les ozoneurs diffèrent aussi par leur capacité horaire de production d'ozone. L'emploi des fréquences électriques élevées améliore notablement le rendement. On distingue encore deux sortes d'ozoneurs :

• Les ozoneurs à basse fréquence (50 Hz) dont la production unitaire par heure est environ de 1 à 3 Kg d'ozone.
  
• les ozoneurs à moyenne fréquence (150 à 600 Hz) dont la production unitaire peut atteindre 60 Kg par heure. C'est dans ces ozoneurs que l'ozone est produit et injecté dans un réacteur, où est également injecté l'effluent à traiter. Il existe plusieurs sortes de réacteurs :
  
• 
  
  • Des réacteurs équipés de diffuseurs poreux.
    
  • Des réacteurs équipés de turbines.
    
  • Des réacteurs à flux piston tube en U, équipé d'une pompe pour vaincre les pertes de charge.
    
  
  
  

Avant d'être injecté dans l'eau contenant l'effluent, le gaz contenant l'ozone peut être divisé en "micro-bulles" à l'aide de divers matériels :

• Des diffuseurs poreux disposés en partie basse des cuves ou colonnes. Ce système présente l'avantage de ne pas consommer l'énergie complémentaire et l'inconvénient de s'encrasser et vieillir.
  
• Un hydro-injecteur assurant la pulvérisation du gaz directement dans l'eau motrice, sous une pression de 4 à 5 bar. Ce système présente l'avantage d'un meilleur taux de dissolution et l'inconvénient de la consommation supplémentaire d'énergie de la pompe à eau motrice de l'hydro-injecteur.
  

Le besoin en ozone peut varier de 2 à 20 g par m3 d'eau à traiter, en fonction du polluant et de sa concentration.
Le coût d'investissement des ozoneurs industriels est de 750 à 1000 F par gramme d'ozone produit par heure. La consommation d'électricité est comprise entre 20 et 25 Wh par gramme d'ozone produit.

RESULTATS OBTENUS

Les résultats obtenus sont éloquents : Non seulement l'ozone agit sur les polluants en améliorant la transparence de l'eau, il élimine le fer et manganèse, métaux souvent responsables de la coloration de l'eau, mais il agit également sur les bactéries se développant dans l'eau en les éliminant. L'ozone a un pouvoir stérilisant important puisqu'il a sur de nombreux virus une action nette, rapide et radicale. Enfin, il est un moyen d'élimination des odeurs tenaces de terre, de moisi ou pharmaceutiques sans mener à l'apparition de goûts comme cela est le cas pour les dérivés chlorés.
Remarque : il est possible d'utiliser des techniques couplées (ozone - UV) qui ont une meilleure efficacité.