Produire davantage d’ozone ou mieux transférer l’ozone ?

 

Un générateur d’ozone de 100 g/h ne signifie pas que 100 g/h d’ozone arrivent effectivement dans l’eau.

Cette distinction est fondamentale dans le dimensionnement d’une installation d’ozonation. Sur le terrain, les performances ne dépendent pas uniquement de la capacité nominale du générateur, mais aussi de la quantité d’ozone qui est réellement transférée de la phase gazeuse vers l’eau puis mise en contact avec les composés à traiter.

Dans certains projets, améliorer l’injection, le mélange ou le temps de contact peut ainsi être plus efficace que d’installer un générateur plus puissant.

Une installation ozone performante est d’abord une installation de transfert de masse performante.

 

Produire de l’ozone ne suffit pas : il faut le dissoudre

 

Un générateur produit généralement un flux gazeux contenant une certaine concentration d’ozone. Ce flux doit ensuite être injecté dans l’eau afin que l’ozone puisse agir sur les contaminants ciblés.

Entre la production et la réaction chimique, plusieurs étapes peuvent générer des pertes :

• mauvaise dispersion du gaz ;
• bulles trop importantes ;
• temps de contact insuffisant ;
• pression inadaptée ;
• dégazage trop rapide ;
• mauvaise hydraulique du réacteur ;
• ozone résiduel évacué sans avoir réagi.

Deux installations équipées du même générateur de 100 g/h peuvent donc présenter des performances très différentes.

Nous revenons sur cette distinction dans notre article consacré à la détermination du dosage d’ozone dans l’eau.

 

Venturi : injecter et mélanger simultanément

 

Le Venturi est l’un des systèmes couramment utilisés pour injecter l’ozone dans une boucle d’eau sous pression.

Le passage de l’eau dans une restriction crée une dépression permettant d’aspirer le gaz ozoné, puis de le disperser dans le flux hydraulique.

Son efficacité dépend toutefois fortement du dimensionnement hydraulique : débit d’eau, pression disponible, perte de charge, débit de gaz et conditions de fonctionnement doivent être cohérents.

Un Venturi mal dimensionné peut injecter du gaz sans garantir un transfert optimal. Il faut donc raisonner sur l’ensemble pompe + Venturi + mélange + réacteur de contact, et non sur l’injecteur seul.

 

Diffuseurs et microbulles : la taille des bulles compte

 

Une autre solution consiste à injecter l’ozone à travers un diffuseur placé dans une cuve ou une colonne de contact.

Le principe est simple : plus les bulles sont petites, plus la surface d’échange entre le gaz et l’eau augmente par rapport au volume de gaz injecté.

Des bulles fines remontent également plus lentement, ce qui peut augmenter leur temps de présence dans l’eau.

C’est précisément ce qui explique l’intérêt croissant pour les microbulles et nanobulles dans certaines applications d’ozonation.

Ces technologies ne constituent cependant pas une solution universelle. La qualité de l’eau, l’encrassement possible des diffuseurs, la consommation énergétique nécessaire à la génération des bulles et les contraintes de maintenance doivent également être étudiés.

 

Pression et hauteur de colonne : augmenter le contact gaz/liquide

 

La pression influence directement les conditions de transfert du gaz vers l’eau. Un système fonctionnant sous une pression adaptée peut améliorer la dissolution de l’ozone.

De même, une colonne de contact suffisamment haute peut prolonger le parcours des bulles et augmenter les échanges entre les deux phases.

La géométrie du réacteur, le sens d’écoulement, la présence éventuelle de chicanes et la répartition des flux sont donc des paramètres essentiels.

Notre article sur la tour de contact pour générateur d’ozone détaille le rôle de cet équipement dans l’amélioration du transfert et du temps de réaction.

 

La concentration d’ozone dans le gaz compte également

 

Parler uniquement en g/h peut masquer une autre donnée importante : la concentration d’ozone dans le gaz vecteur.

Deux générateurs produisant la même masse d’ozone par heure peuvent fonctionner avec des débits gazeux et des concentrations différents.

Ces paramètres influencent notamment le dimensionnement de l’injection, la quantité totale de gaz introduite dans le circuit et le comportement du système de contact.

La sélection d’un générateur ne devrait donc pas se limiter à comparer une valeur de production maximale en g/h.

 

Recirculation : donner plusieurs chances à l’ozone de se transférer

 

Une boucle de recirculation peut également être utilisée pour optimiser le traitement.

Une partie de l’eau est prélevée, ozonée puis réinjectée dans le procédé. Ce fonctionnement permet de maîtriser le débit traversant l’injecteur et de dissocier en partie le débit principal du débit nécessaire à une bonne dissolution.

La recirculation facilite aussi l’association d’un Venturi, d’un mélangeur statique et d’une cuve ou colonne de contact.

Mais là encore, augmenter le débit de recirculation ne garantit pas automatiquement de meilleures performances : il faut trouver le bon compromis entre transfert, consommation électrique, temps de séjour et hydraulique du procédé.

 

Temps de contact : transférer l’ozone ne suffit pas non plus

 

Une fois dissous, l’ozone doit disposer d’un temps suffisant pour réagir avec les composés présents dans l’eau.

Un excellent système d’injection associé à un réacteur trop petit peut donc rester peu performant.

Le temps de contact en ozonation dépend de nombreux paramètres : cinétique des réactions, température, concentration d’ozone dissous, hydraulique et objectif de traitement.

C’est pourquoi la production d’ozone, son transfert et le temps de réaction doivent toujours être étudiés ensemble.

 

Et l’ozone qui ne se dissout pas ?

 

Une fraction du gaz peut rester non dissoute et quitter le réacteur avec les évents.

Cet ozone résiduel ne doit pas être rejeté librement dans l’environnement de travail. Il doit être capté et envoyé vers un destructeur d’ozone adapté.

La présence importante d’ozone dans les gaz de sortie peut également constituer une information utile : elle peut signaler que la capacité de transfert ou le temps de réaction méritent d’être optimisés.

 

Avant d’augmenter les g/h, optimiser le procédé

 

Lorsqu’une installation n’atteint pas les performances attendues, la première réaction ne devrait donc pas être systématiquement : « il faut un générateur plus puissant ».

Il est souvent plus pertinent de vérifier successivement l’injection, la pression, la taille des bulles, la recirculation, l’hydraulique, le temps de contact et la gestion du gaz résiduel.

Cette approche permet parfois d’améliorer fortement l’efficacité sans augmenter proportionnellement la capacité de production d’ozone.

Chez OXYTRADING, le dimensionnement d’une installation d’ozonation repose donc sur l’ensemble du procédé, et non uniquement sur le générateur.

Le bon système n’est pas nécessairement celui qui produit le plus d’ozone, mais celui qui utilise le mieux chaque gramme produit.

Vous souhaitez optimiser une installation existante ou vérifier le dimensionnement d’un projet ? Contactez OXYTRADING pour étudier votre système d’ozonation.