1. Introduction à l'ozone

L'ozone, de formule chimique O3, également appelé oxygène triatomique ou superoxyde, doit son nom à son odeur de poisson et peut s'auto-réduire en oxygène à température ambiante. Sa densité est supérieure à celle de l'oxygène, il est facilement soluble dans l'eau et sujet à la décomposition. Composé de molécules d'oxygène portant un atome d'oxygène, l'ozone n'est qu'à l'état temporaire. Les atomes d'oxygène transportés sont consommés par oxydation, et les atomes restants se combinent pour former de l'oxygène et atteindre un état stable. Par conséquent, l'ozone ne provoque pas de pollution secondaire.

La vitesse de décomposition de l'ozone en solution aqueuse est plus rapide qu'en phase gazeuse. La demi-vie de décomposition de l'ozone dans l'eau est liée à la température et au pH. Plus la température augmente, plus la vitesse de décomposition s'accélère. Lorsque la température dépasse 100 °C, la décomposition est importante ; lorsqu'elle atteint 270 °C, l'ozone peut être immédiatement converti en oxygène. Plus le pH est élevé, plus la décomposition est rapide. L'ozone se décompose dans l'air à température et pression normales, avec une demi-vie d'environ 15 à 30 minutes.

2. Application de l'ozone dans le traitement de l'eau

Le traitement des eaux usées par oxydation à l'ozone utilise de l'air ou de l'oxygène contenant de faibles concentrations d'ozone. Les principales installations de traitement sont constituées de générateurs d'ozone et d'équipements de contact air-eau. L'oxydation à l'ozone est principalement utilisée pour la désinfection de l'eau, l'élimination des polluants tels que le cyanure, la décoloration de l'eau, l'élimination des ions métalliques tels que le fer et le manganèse, ainsi que l'élimination des odeurs et des mauvaises odeurs.

1. Désinfection de l’eau :

L'ozone est un fongicide à large spectre et à action rapide, plus efficace que le chlore pour éliminer diverses bactéries pathogènes, ainsi que les spores résistantes, les virus, etc. Après désinfection à l'ozone, les propriétés physiques et chimiques de l'eau, telles que la turbidité et la couleur, sont considérablement améliorées. La demande chimique en oxygène (DCO) peut généralement être réduite de 50 à 70 %. Le traitement par oxydation à l'ozone peut également éliminer les substances cancérigènes telles que le benzo(a)pyrène.

2. Éliminer les polluants tels que le phénol et le cyanure de l’eau :

La quantité réelle d'ozone et la vitesse de réaction nécessaires au traitement des eaux usées contenant du phénol et du cyanure par la méthode à l'ozone dépendent de la quantité de polluants tels que les sulfures présents dans l'eau et de son pH. Un prétraitement est donc nécessaire. Pour oxyder les phénols présents dans l'eau en dioxyde de carbone et en eau, le besoin théorique en ozone est de 7,14 fois la teneur en phénol. Pour oxyder le cyanure à l'ozone, la première étape consiste à oxyder le cyanure en cyanates légèrement toxiques, la quantité d'ozone requise étant théoriquement de 1,84 fois la teneur en cyanure. La deuxième étape consiste à oxyder le cyanate en dioxyde de carbone et en azote, le besoin théorique en ozone étant de 4,61 fois la teneur en cyanure. La méthode d'oxydation à l'ozone est généralement utilisée en combinaison avec la méthode des boues activées. La méthode des boues activées est d'abord utilisée pour éliminer la plupart des polluants tels que le phénol et le cyanure, puis la méthode d'oxydation à l'ozone est utilisée pour le traitement. De plus, l’ozone peut également décomposer des polluants tels que l’alkylbenzènesulfonate de sodium (ABS), les protéines, les acides aminés, les amines organiques, la lignine, l’humus, les composés hétérocycliques et les composés insaturés en chaîne dans les eaux usées.

3. Décoloration de l’eau :

Les eaux usées d'impression et de teinture peuvent être décolorées par oxydation à l'ozone. Ces eaux usées contiennent souvent des chromophores tels que des composés diazoïques, azoïques ou cycliques à noyaux benzéniques. L'oxydation à l'ozone peut rompre les liaisons divalentes des chromophores des colorants et détruire les composés cycliques tels que le benzène, le naphtalène et l'anthracène qui les composent, décolorant ainsi les eaux usées. L'ozone a une vitesse de décoloration rapide et un effet positif sur les colorants hydrophiles, mais une vitesse de décoloration lente et un effet médiocre sur les colorants hydrophobes. Les eaux usées contenant des colorants hydrophiles peuvent obtenir une décoloration de plus de 95 % en les traitant avec 20 à 50 mg/L d'ozone pendant 10 à 30 minutes.

4. Éliminer les ions métalliques tels que le fer et le manganèse de l’eau :

Les ions métalliques tels que le fer et le manganèse peuvent être séparés de l'eau par oxydation à l'ozone pour former des oxydes métalliques. En théorie, la consommation d'ozone est 0,43 fois supérieure à celle des ions fer et 0,87 fois supérieure à celle des ions manganèse.

5. Éliminer les odeurs et les mauvaises odeurs :

Les odeurs et les mauvaises odeurs des eaux de surface et des eaux industrielles recyclées sont produites par les produits de décomposition des actinomycètes, des moisissures et des algues, ainsi que par des polluants tels que les alcools, les phénols et le benzène. L'ozone peut oxyder et décomposer ces polluants, éliminant ainsi les odeurs désagréables. L'ozone peut également être utilisé pour la désodorisation des stations d'épuration, des boues et des déchets.

6. Améliorer les eaux usées B/C

Pour certaines eaux usées contenant des composés organiques complexes difficilement biodégradables, la propriété oxydante de l'ozone peut être utilisée pour décomposer ces composés en composés organiques simples présentant une certaine biodégradabilité, puis subir un traitement biochimique. Il est généralement utilisé pour le prétraitement initial de certaines eaux usées chimiques.

3、 Introduction au générateur d'ozone

Un générateur d'ozone est un appareil permettant de produire de l'ozone gazeux (O3). L'ozone étant sujet à la décomposition et ne pouvant être stocké, il doit être produit et utilisé sur place (un stockage à court terme est possible dans certains cas). Par conséquent, tout lieu où l'ozone peut être utilisé doit être équipé d'un générateur d'ozone.

Selon la manière dont l’ozone est généré, il existe actuellement trois principaux types de générateurs d’ozone : la décharge à haute tension, l’irradiation ultraviolette et l’électrolyse.

Le type de décharge haute tension est divisé en type de tube et type de plaque selon la structure de la chambre de décharge du générateur d'ozone, qui sont également des types courants de générateurs d'ozone.

4、 Sélection de l'équipement d'ozone

1. Détermination du dosage d'ozone pour le COD difficile à dégrader

Calculé sur la base de l'expérience en utilisant un dosage de DCO : ozone = 1:4

2. Exemple :

Une certaine eau usée d'impression et de teinture produit 20 m³/h, avec un indice DCO de 300 mg/L traité à 100 mg/L

(1) Prendre une dose de 1:3

(2) Réduire la valeur absolue de la DCO de 300-100 = 200 mg/L

(3) Unité d'ozone requise = 200 * 3 = 600 mg/L = 600 g/m³

(4) La quantité totale d'ozone requise par heure est de 600 g/m³ * 20 m³ = 12 kg

(5) Taux d'utilisation de l'ozone de 90 %, production d'ozone requise par heure = 12 kg/0,9 = 13,3 kg

(6) Le facteur de sécurité est de 1,2 et la sélection d'ozone requise par heure est de 13,3 * 1,2 = 16 kg/h

Les dosages ci-dessus sont quelques exemples de projets. En raison des différents procédés de production et de la qualité variable des eaux usées, afin d'éviter des pertes économiques ou des procédés de traitement ne produisant pas les résultats escomptés, il est préférable de confirmer le dosage d'ozone par des essais à petite échelle lors du choix de l'équipement d'ozone.

Formule de calcul pour sélectionner le niveau d'ozone :

Déterminez le dosage d'ozone en fonction de la qualité des eaux usées et du procédé de traitement, déterminez l'utilisation d'ozone en fonction du dosage et du volume horaire d'eau traitée, et sélectionnez le nombre et le modèle de générateurs d'ozone en fonction de la consommation horaire d'ozone. La formule de calcul est la suivante :

G=q*g

Dans la formule : G - la quantité d'ozone utilisée par heure, g/h

Q - capacité horaire maximale de traitement des eaux usées, m³/h

G - Dosage d'ozone, g/m³ d'eaux usées

5. Conception du réacteur de contact à l'ozone

Le réacteur de contact pour le traitement à l'ozone est un dispositif qui assure la dissolution de l'ozone dans l'eau et garantit son temps de réaction. Par conséquent, le réacteur de contact à l'ozone doit remplir deux fonctions : permettre à l'ozone d'atteindre une vitesse de dissolution (absorption d'ozone plus élevée) et une vitesse de réaction (élimination des polluants plus élevée).

Exigences de conception pour le réservoir de contact d'ozone :

(1) Le bassin de contact est composé de deux à trois chambres de contact connectées en série, séparées par des cloisons verticales ;

(2) Chaque chambre de contact est constituée d'une zone de distribution de gaz et d'une zone de réaction ultérieure, séparées par un déflecteur de guidage vertical ;

(3) Le gaz ozone doit se diffuser directement dans l'eau à travers un disque d'aération microporeux situé au fond de la zone de distribution du gaz, et le nombre de points d'injection de gaz doit être cohérent avec le nombre de sections dans la chambre de contact ;

(4) La disposition du disque d'aération doit assurer une distribution d'air uniforme pendant le processus de changement de distribution d'air, la distribution d'air dans la première section représentant environ 50 % de la distribution d'air totale ;

(5) La profondeur d’eau prévue pour le bassin de contact doit être de 5,5 à 6 m et le rapport entre la profondeur et la longueur de la zone de distribution de gaz doit être supérieur à 4 ;

(6) La distance libre entre les cloisons de dérivation ne doit pas être inférieure à 0,8 m ;

(7) Un dispositif de surveillance de l’ozone résiduel doit être installé à la sortie du réservoir de contact.