Quelle concentration d’ozone en g/Nm³ choisir ?

 

Lorsqu’on compare deux générateurs d’ozone, les premières données regardées sont souvent la production en g/h et le prix. Pourtant, une autre caractéristique est fondamentale : la concentration d’ozone dans le gaz, exprimée en g/Nm³.

30 g/Nm³, 50 g/Nm³, 80 g/Nm³, 100 g/Nm³ ou davantage : ces valeurs ne correspondent pas à la quantité totale d’ozone produite par heure. Elles indiquent la quantité d’ozone contenue dans un volume normalisé de gaz.

Cette distinction est essentielle. Un générateur capable de produire une forte concentration d’ozone peut fonctionner avec un débit de gaz plus faible pour fournir une même quantité d’ozone. Dans de nombreuses applications de traitement de l’eau, cela peut également favoriser le transfert de masse et permettre de concevoir une installation plus compacte et plus efficace.

Mais faut-il systématiquement rechercher la concentration la plus élevée ?

Pas nécessairement.

Le choix doit être effectué en fonction du procédé complet : générateur, source d’oxygène, débit de gaz, injection, pression, système de contact et objectif de traitement.

Pour approfondir cette approche, consultez également notre article consacré au dimensionnement d’un système d’oxydation à l’ozone

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Que signifie exactement g/Nm³ pour l’ozone ?

 

L’unité g/Nm³ signifie grammes d’ozone par normal mètre cube de gaz.

Le « N » est important : le volume gazeux est ramené à des conditions normalisées de température et de pression afin de permettre une comparaison cohérente des performances.

Ainsi, lorsqu’un générateur produit un gaz contenant : 100 g/Nm³ d’ozone, cela signifie qu’un normal mètre cube de ce mélange gazeux contient une masse de 100 grammes d’ozone.

Il ne faut donc pas confondre :

• les g/h, qui indiquent une production massique par heure ;
• les g/Nm³, qui indiquent une concentration dans le gaz.

Ce sont deux caractéristiques différentes mais étroitement liées.

 

g/h et g/Nm³ : quelle différence ?

 

Prenons un exemple volontairement simple. Un système produit : 50 g/h d’ozone à une concentration de 100 g/Nm³.

Pour produire ces 50 g/h, le débit de gaz correspondant est théoriquement d’environ : 50 ÷ 100 = 0,5 Nm³/h.

Si le même système devait produire 50 g/h avec une concentration de seulement 25 g/Nm³, il lui faudrait théoriquement : 50 ÷ 25 = 2 Nm³/h de gaz.

Pour transporter la même masse d’ozone, le deuxième cas nécessite donc quatre fois plus de débit gazeux.

C’est l’une des raisons pour lesquelles la concentration d’ozone est importante dans la conception d’un système industriel.

 

La formule simple à retenir

 

La relation entre production, concentration et débit gazeux peut être résumée par : Production d’ozone (g/h) = concentration d’ozone (g/Nm³) × débit de gaz (Nm³/h)

Et donc : Débit de gaz (Nm³/h) = production d’ozone (g/h) ÷ concentration (g/Nm³)

Cette formule paraît simple, mais ses conséquences sur l’installation sont importantes. Le débit de gaz influence notamment :

• le dimensionnement du Venturi ;
• le fonctionnement d’un injecteur ;
• la quantité de gaz introduite dans l’eau ;
• le volume des équipements de contact ;
• le dégazage ;
• le destructeur d’ozone ;
• la consommation d’oxygène ;
• le transfert gaz/liquide.

 

Pourquoi une concentration élevée d’ozone peut-elle être intéressante ?

 

Dans de nombreuses applications de traitement de l’eau, une concentration gazeuse plus élevée présente plusieurs avantages potentiels.

 

1. Moins de gaz à injecter pour une même quantité d’ozone

Comme nous venons de le voir, plus la concentration augmente, moins il faut transporter de gaz pour obtenir la même production massique d’ozone.

C’est particulièrement intéressant lorsque l’on cherche à injecter une quantité importante d’ozone dans un débit d’eau relativement faible.

Introduire énormément de gaz dans une conduite ou un réacteur peut en effet compliquer :

• le mélange ;
• l’hydraulique ;
• la séparation gaz/liquide ;
• le temps de contact ;
• la gestion des gaz résiduels.

2. Une pression partielle d’ozone plus importante

Le transfert de l’ozone vers l’eau dépend notamment de sa concentration dans la phase gazeuse. Lorsque la concentration gazeuse augmente, la pression partielle d’ozone augmente également.

Cela tend à augmenter la force motrice permettant le passage de l’ozone de la phase gazeuse vers la phase liquide.

Autrement dit, la concentration du gaz intervient directement dans le transfert de masse. C’est pourquoi il ne faut pas analyser uniquement la production du générateur en g/h.

Nous détaillons cette problématique dans notre article sur le transfert de l’ozone dans l’eau, l’injection et la dissolution
.

3. Des systèmes d’injection potentiellement plus compacts

Pour une même masse d’ozone injectée, une concentration plus élevée peut permettre de réduire le débit gazeux.

Cela peut faciliter le dimensionnement :

• des Venturis ;
• des mélangeurs statiques ;
• des colonnes de contact ;
• des séparateurs gaz/liquide ;
• des conduites d’ozone ;
• des destructeurs d’ozone résiduel.

Cela ne signifie pas que les équipements deviennent automatiquement plus petits, mais le débit gazeux est l’un des paramètres qui influencent leur dimensionnement.

 

30 g/Nm³ d’ozone : est-ce faible ?

 

Une concentration de l’ordre de 30 g/Nm³ n’est pas nécessairement une mauvaise concentration. Elle peut parfaitement être adaptée à certains équipements et à certaines applications. Un générateur ne doit donc pas être jugé uniquement parce qu’il fonctionne à 30 g/Nm³ plutôt qu’à 100 g/Nm³.

Il faut analyser :

• la production réellement nécessaire ;
• le débit de gaz ;
• le système d’injection ;
• le rendement de dissolution ;
• la concentration d’ozone dissous recherchée ;
• la consommation énergétique ;
• la stabilité du fonctionnement.

 

50 à 80 g/Nm³ : un compromis intéressant ?

 

Dans certaines configurations industrielles alimentées en oxygène, travailler à une concentration intermédiaire peut offrir un compromis intéressant entre :

• concentration d’ozone ;
• capacité de production ;
• rendement énergétique ;
• stabilité du générateur ;
• débit d’oxygène ;
• transfert de masse.

Mais il n’existe pas de valeur universelle. Chaque technologie de générateur possède sa propre courbe de fonctionnement.

 

100 g/Nm³ d’ozone : pourquoi cette valeur est-elle souvent recherchée ?

 

Sur les générateurs industriels alimentés en oxygène, des concentrations élevées peuvent être particulièrement intéressantes pour les applications de traitement de l’eau. À production identique, passer par exemple de 50 à 100 g/Nm³ permet théoriquement de diviser par deux le débit gazeux nécessaire.

Cela peut présenter un intérêt dans les installations :

• à forte production d’ozone ;
• disposant de contraintes hydrauliques ;
• où le transfert gaz/liquide doit être optimisé ;
• où le volume de gaz injecté doit être limité ;
• utilisant des réacteurs sous pression ;
• comportant des étapes de recirculation.

 

150 g/Nm³ ou davantage : est-ce forcément mieux ?

 

Non. C’est ici que la comparaison des fiches techniques peut devenir trompeuse.

Un constructeur peut mettre en avant une concentration maximale particulièrement élevée. Mais cette valeur ne signifie pas nécessairement que le générateur fonctionne dans ses meilleures conditions lorsqu’il est exploité à cette concentration.

Il faut distinguer :

la concentration maximale atteignable

et

la concentration optimale de fonctionnement.

Ces deux valeurs peuvent être différentes.

 

Plus de concentration peut signifier moins de production

 

Sur de nombreux générateurs utilisant une décharge Corona, la relation entre débit de gaz, concentration d’ozone et production n’est pas linéaire. En réduisant le débit d’oxygène, il peut être possible d’augmenter la concentration d’ozone en sortie. Mais la production totale en g/h peut parallèlement diminuer.

On peut donc rencontrer deux points de fonctionnement différents :

• forte concentration mais débit gazeux réduit ;
• concentration plus faible mais production massique plus importante.

La bonne question n’est donc pas : « Quelle est la concentration maximale de ce générateur ? »

mais : « À quelle concentration produit-il la quantité d’ozone dont mon procédé a réellement besoin ? »

 

Exemple : deux générateurs annoncés à 100 g/h

 

Imaginons deux générateurs capables de produire 100 g/h d’ozone.

 

Générateur A

Production :
100 g/h

Concentration :
50 g/Nm³

Débit gazeux théorique :
2 Nm³/h

Générateur B

Production :
100 g/h

Concentration :
100 g/Nm³

Débit gazeux théorique :
1 Nm³/h

Les deux machines produisent bien 100 g/h.

Mais les conditions de fonctionnement de l’installation sont très différentes. Le second générateur permet de transporter les 100 g/h dans deux fois moins de gaz. Selon le procédé, cela peut constituer un avantage important pour l’injection et le transfert.

 

Mais attention : concentration gazeuse et concentration dissoute sont deux choses différentes

 

Il est également essentiel de ne pas confondre : 100 g/Nm³ d’ozone dans le gaz et 1 ou 2 mg/L d’ozone dissous dans l’eau.

Ces deux concentrations correspondent à deux phases totalement différentes. La concentration en g/Nm³ concerne le gaz sortant du générateur. La concentration en mg/L concerne l’ozone effectivement présent dans l’eau.

Entre les deux intervient tout le système de transfert :

• injection ;
• Venturi ;
• mélange ;
• pression ;
• température ;
• colonne de contact ;
• temps de séjour ;
• demande en ozone de l’eau.

Pour comprendre le dosage dans l’eau, consultez notre article :  comment déterminer le dosage d’ozone dans l’eau

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Pourquoi l’oxygène est-il déterminant ?

 

La concentration d’ozone qu’un générateur peut atteindre dépend fortement du gaz qui l’alimente.

On distingue généralement :

• l’air correctement préparé et séché ;
• l’oxygène produit par PSA ;
• l’oxygène liquide ou LOX ;
• l’oxygène provenant d’un réseau centralisé.

L’utilisation d’un gaz riche en oxygène permet généralement d’obtenir des concentrations d’ozone bien supérieures à celles obtenues avec de l’air. Mais la qualité du gaz ne se limite pas à sa teneur en oxygène.

Il faut également maîtriser :

• son point de rosée ;
• son débit ;
• sa pression ;
• sa température ;
• sa stabilité ;
• la présence éventuelle d’impuretés.

Une alimentation gazeuse instable peut entraîner une production d’ozone elle-même instable.

 

PSA ou oxygène liquide ?

 

Pour les installations industrielles, le choix entre concentrateur d’oxygène PSA et oxygène liquide peut avoir un impact important sur la conception et le coût d’exploitation.

Le PSA permet de produire l’oxygène directement sur site. Le LOX permet d’utiliser de l’oxygène provenant d’une fourniture extérieure.

Le choix dépend notamment :

• de la taille de l’installation ;
• de la consommation d’oxygène ;
• du nombre d’heures de fonctionnement ;
• de la concentration d’ozone recherchée ;
• des contraintes logistiques ;
• du coût énergétique ;
• de la disponibilité de l’oxygène.

Nous avons consacré un article spécifique à cette question :  PSA ou LOX pour un générateur d’ozone industriel ?

 

Une concentration élevée ne compense pas un mauvais système d’injection

 

C’est un point essentiel. Un générateur produisant 100 ou 150 g/Nm³ ne garantit absolument pas une bonne concentration d’ozone dissous dans l’eau.

Si le système d’injection est mal dimensionné, l’ozone peut :

• mal se mélanger ;
• former des bulles trop importantes ;
• traverser le réacteur sans être transféré ;
• être évacué vers le dégazage ;
• finir dans le destructeur d’ozone.

Dans ce cas, une partie importante de l’ozone produit n’est jamais réellement utilisée par le procédé. Un générateur affichant une concentration plus modeste mais intégré à un système de transfert correctement conçu peut donc être plus performant.

 

Le rendement de transfert reste l’indicateur essentiel

 

Pour traiter une eau, l’objectif n’est pas de produire le gaz le plus concentré possible. L’objectif est de faire arriver la bonne quantité d’ozone au bon endroit et pendant suffisamment longtemps pour obtenir la réaction recherchée.

Le rendement global dépend notamment :

• de la concentration du gaz ;
• de la pression ;
• de la température ;
• du rapport gaz/liquide ;
• du type d’injection ;
• de la taille des bulles ;
• du temps de contact ;
• de l’hydraulique ;
• de la demande immédiate en ozone.

Une installation performante doit donc être étudiée comme un ensemble.

 

Quelle concentration choisir pour un Venturi ?

 

La concentration en g/Nm³ ne suffit pas à dimensionner un Venturi.

Il faut notamment connaître :

• le débit hydraulique ;
• la pression en amont ;
• la contre-pression ;
• le débit de gaz à aspirer ;
• la masse d’ozone à injecter ;
• le diamètre de la canalisation ;
• le mode de recirculation.

C’est ici que la concentration gazeuse devient particulièrement intéressante.

Si une installation nécessite 100 g/h :

• à 50 g/Nm³, il faut théoriquement environ 2 Nm³/h de gaz ;
• à 100 g/Nm³, environ 1 Nm³/h suffit.

Le Venturi n’est donc pas soumis au même débit gazeux dans les deux cas.

 

Quelle concentration faut-il demander à un fabricant de générateurs d’ozone ?

 

Lors de la comparaison de plusieurs machines, demander simplement : « Combien produit votre générateur ? » n’est pas suffisant.

Il est préférable de demander simultanément :

1. la production nominale en g/h ;
2. la concentration correspondante en g/Nm³ ;
3. le débit d’oxygène correspondant ;
4. la pureté d’oxygène requise ;
5. la pression d’alimentation ;
6. le point de rosée requis ;
7. la consommation électrique ;
8. les performances à différentes charges ;
9. la concentration maximale ;
10. le point de fonctionnement recommandé par le fabricant.

Cette comparaison permet de mieux comprendre les performances réelles de deux générateurs.

 

Les g/Nm³ ne suffisent pas non plus pour choisir un générateur

 

L’erreur inverse serait de remplacer l’obsession des g/h par une obsession des g/Nm³. Ni l’un ni l’autre ne permettent seuls de sélectionner un équipement.

Pour choisir un générateur d’ozone industriel, il faut analyser simultanément :

• la production en g/h ou kg/h ;
• la concentration en g/Nm³ ;
• la plage de modulation ;
• le débit d’oxygène ;
• le rendement énergétique ;
• le refroidissement ;
• la technologie des cellules ;
• les conditions environnementales ;
• la disponibilité des pièces ;
• l’instrumentation ;
• le système d’injection ;
• le procédé complet.

Nous développons ces différents critères dans notre guide :  comment choisir un générateur d’ozone industriel
.

 

Tableau récapitulatif : comment interpréter les concentrations d’ozone ?

 

Ces valeurs ne constituent pas des seuils universels de dimensionnement. La concentration optimale dépend de la technologie du générateur et du procédé.

 

FAQ – Concentration d’ozone en g/Nm³

 

Quelle différence entre g/h et g/Nm³ ?

Les g/h indiquent la quantité d’ozone produite par unité de temps. Les g/Nm³ indiquent la concentration d’ozone dans le débit gazeux. Un générateur peut donc produire 100 g/h à différentes concentrations selon son débit de gaz et son point de fonctionnement.

100 g/Nm³ est-il meilleur que 50 g/Nm³ ?

Pas systématiquement. À production égale, 100 g/Nm³ permet de réduire le débit de gaz par rapport à 50 g/Nm³, ce qui peut favoriser certaines configurations d’injection et de transfert.

Mais il faut également comparer le rendement énergétique, la stabilité, la production réelle et les besoins du procédé.

Quelle concentration d’ozone faut-il pour le traitement de l’eau ?

Il n’existe pas une valeur universelle. La concentration optimale dépend de la production demandée, du débit gazeux acceptable, de l’injection, de la pression, du système de contact et de la qualité de l’eau.

Plus la concentration en g/Nm³ est élevée, meilleure est la dissolution ?

Une augmentation de la concentration gazeuse augmente la pression partielle de l’ozone et peut favoriser le transfert gaz/liquide. Mais le rendement réel dépend également fortement de l’injection, de la pression, du mélange, de la température et du temps de contact.

Peut-on comparer deux générateurs uniquement avec leurs g/Nm³ ?

Non. Il faut au minimum comparer la production en g/h à cette concentration, le débit d’oxygène correspondant et la consommation électrique.

La concentration maximale seule peut être trompeuse.

100 g/Nm³ signifie-t-il 100 mg/L dans l’eau ?

Non. 

Les g/Nm³ correspondent à la concentration d’ozone dans la phase gazeuse.

Les mg/L correspondent à une concentration dans la phase liquide.

Le passage de l’une à l’autre dépend du transfert de masse.

 

OXYTRADING : choisir un point de fonctionnement, pas seulement un générateur

 

Chez OXYTRADING, notre approche ne consiste pas uniquement à comparer des fiches techniques ou à sélectionner la machine affichant la concentration d’ozone la plus élevée.

Nous étudions le système dans sa globalité :

• besoin réel en ozone ;
• production en g/h ou kg/h ;
• concentration en g/Nm³ ;
• alimentation en oxygène ;
• débit gazeux ;
• injection ;
• transfert de masse ;
• hydraulique ;
• temps de contact ;
• ozone dissous ;
• dégazage ;
• destruction de l’ozone résiduel ;
• instrumentation ;
• sécurité ;
• automatisation.

Nous pouvons sélectionner différentes marques et technologies selon les contraintes du projet plutôt que d’imposer un modèle unique.

 

Conclusion : quelle concentration d’ozone en g/Nm³ choisir ?

 

Il n’existe pas de réponse universelle du type : « un bon générateur doit produire au minimum 100 g/Nm³ ».

Une concentration élevée peut présenter des avantages importants, notamment en réduisant le débit de gaz nécessaire et en augmentant la force motrice du transfert gaz/liquide.

Mais elle doit toujours être mise en relation avec :

• la production réelle en g/h ;
• le débit d’oxygène ;
• le rendement énergétique ;
• le système d’injection ;
• le rendement de transfert ;
• les exigences du procédé.

La bonne question n’est donc pas : « Quelle est la concentration maximale du générateur ? » mais : « Quelle concentration et quel débit gazeux permettent d’apporter efficacement la quantité d’ozone nécessaire à mon procédé ? »

C’est cette approche globale qui permet de concevoir une installation d’ozonation performante, stable et économiquement cohérente.

Vous avez une fiche technique indiquant une production en g/h, un débit d’oxygène et une concentration en g/Nm³ ?

OXYTRADING peut analyser ces données et vérifier si le point de fonctionnement proposé est réellement adapté à votre application.

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