De nouveaux micro-organismes contaminant les eaux ont été mis en évidence.

Certains sont très résistants aux traitements conventionnels de désinfection (par exemple les kystes de Giardia et de Cryptosporidium) et le traitement des eaux contenant ces micro-organismes nécessite donc : -une augmentation des taux de traitement en désinfectant, par exemple chlore ou ozone, nécessaire à leur élimination, et, -une prise en compte du temps de contact réel eau-désinfectant, pour le dimensionnement de l'étape de désinfection.

D'autre part, I'oxydation par l'ozone de fluides et notamment d'eaux contenant des micropolluants tels que les pesticides nécessite, suivant leur degré de réactivité avec l'oxydant, des temps de contact plus ou moins longs.

Par ailleurs, la recherche de rendements, de plus en plus élevés pour I'éiimination des polluants nécessite une optimisation de l'étape d'ozonation. Cette optimisation doit tre réalisée non plus uniquement en terme de dissolution de l'ozone, technique actuellement bien maîtrisée grâce à l'emploi d'un réacteur du type tube en U tel que décrit dans FR-A-2 545 732, mais aussi en terme de temps de contact eau-ozone : le temps de contact entre les « particules fluides » et l'oxydant doit tre connu et contrôlé aussi précisément que possible.

A l'heure actuelle, t'étape d'oxydation est caractérisée par le paramètre C. T. qui correspond au produit de la concentration C en désinfectant par le temps de contact T.

Généralement, on prend :

-comme valeur de C, la concentration résiduelle de l'oxydant en sortie du réacteur d'ozonation et, -comme valeur de T, le temps Tjo correspondant au temps de sortie de 10% de la quantité de traceur injecté au cours d'un traçage réalisé sur le réacteur.

Cette définition du paramètre CT implique la connaissance de la distribution des temps de séjour (DTS) du réacteur assurant la mise en contact de l'ozone dans !'eau.

II existe à I'heure actuelle deux grands groupes de réacteurs idéaux : les réacteurs infiniment mélangés et les réacteurs à flux piston. Dans la réalisation pratique le fonctionnement d'un réacteur se positionne entre ces deux types d'écoulement et il peut tre modélisé par exemple par le nombre J de réacteurs infiniment mélangés placés en série.

L'appareil de dissolution d'ozone décrit dans FR-A-2 545 732, déjà mentionné ci- dessus, est un réacteur pour l'ozonation des eaux qui permet d'obtenir des rendements de dissolution élevés par rapport aux dispositifs classiques de dissolution. Un tel réacteur dit « tube en U)) est composé d'une conduite verticale dans laquelle circule en flux descendant 1'eau à traiter, le gaz ozone injecté dans cette conduite étant entraîné au fond du réacteur par le flux liquide descendant. Le cisaillement provoqué par cet écoulement rapide dans une conduite de petit diamètre et de grande longueur conduit à la formation de builes de taille moyenne (c'est à dire présentant typiquement un diamètre compris entre 4 et 10 mm). Dans la partie ascendante annulaire du réacteur selon cet état antérieur de la technique, les bulles ont une vitesse ascensionnelle très supérieure à la vitesse du liquide et ces différences de vitesse génèrent une perturbation importante de l'écoulement réduisant ainsi le caractère piston de I'appareil.

II existe également d'autres systèmes permettant de mettre en contact le fluide à traiter, notamment de l'eau et du gaz ozone. Ces systèmes sont généralement constitués de plusieurs compartiments ou cuves placés en série et parcourus par le

flux du fluide à traiter. Le gaz ozone est dispersé dans le flux à traiter par l'intermédiaire de moyens de diffusion tels que notamment des buselures, des collecteurs ramifiés à trous ou des corps poreux. On peut à cet égard se reporter au « Mémento Technique de l'Eau » Edition du Cinquantenaire 1989, Neuvième Edition, Tome 2, pages 885-891, édité par DEGREMONT.

Ces systèmes connus présentent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer notamment le fait qu'il se produit dans l'enceinte de contact des passages préférentiels des bulles d'air ozone et de l'eau à traiter, le contact air ozone-eau n'est donc pas homogène et le temps de transfert est trop court. En outre, la pression diminuant avec la montée des bulles, la capacité de dissolution de l'ozone diminue également.

D'autres appareils connus consistent en des injecteurs aspirant I'air ozone sous dépression et le refoulant avec le fluide à traiter dans une chambre de contact avec création de turbulence. On connaît également (« Mémento Technique de l'Eau » cité ci-dessus) des réacteurs équipés de turbines qui permettent d'émulsionner l'air ozone dans l'eau à traiter. Ces dispositifs à turbines assurent une bonne dissolution de l'ozone dans l'eau mais ils présentent des difficultés de régulation de la pression de l'air ozone injecté.

L'expérience montre que les meilleurs résultats en termes de rendement de dissolution sont en fait obtenus à I'aide du réacteur du type tube en U décrit dans FR-A-2 545 732 discuté ci-dessus. Ce réacteur, en condition de fonctionnement monophasique, a une hydraulique proche du réacteur à flux piston (nombre de « J » élevé, typiquement de 15 à 25 sur les réacteurs industriels). Cependant, I'injection de gaz dans un tel réacteur entraîne une dégradation notable de son hydraulique, avec une réduction significative du nombre de « J » (des valeurs de 3-4 ont été mesurées dans certains cas limites).

La présente invention se propose de coupler le réacteur de dissolution du type tube en U avec un moyen original d'injection de l'ozone dans le fluide à traiter, notamment de

)'eau, afin de conserver en mode diphasique l'excellente hydraulique monophasique du réacteur.

En conséquence, la présente invention a pour objet, en premier lieu, un procédé pour la mise en contact de l'ozone dans des fluides, notamment de t'eau, en vue de leur traitement par l'ozone, mettant en oeuvre un ozoneur et un appareil de dissolution de l'ozone dans le fluide à traiter, du type réacteur à flux piston en régime liquide monophasique, tel qu'un tube en U, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter du gaz ozone sous pression, produit par ledit ozoneur, dans le courant du fluide à traiter, cette injection étant réalisée de manière à obtenir des micro-bulles de gaz, c'est-à-dire des buttes qui présentent un diamètre compris entre 10 um et 500 um, après injection du gaz ozone dans le fluide à traiter.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de l'invention, I'injection de gaz ozone sous forme de micro-bulles est effectuée dans une fraction dérivée du courant principal de fluide à traiter, cette fraction représentant de 1 à 40% du débit total de fluide, de préférence de 5 à 20%, ladite fraction dérivée étant ensuite remélangée au courant principal, après injection du gaz ozone.

Selon une caractéristique du procédé défini ci-dessus, la fraction du fluide dérivé est remélangée au courant principal en un point quelconque du premier tiers du parcours hydraulique de l'eau dans I'appareil de dissolution d'ozone.

Selon la présente invention, le diamètre des micro-bulles, obtenues après injection du gaz ozone dans le fluide à traiter est compris, de préférence, entre 20 et 100 um.

Ainsi qu'on le comprend, le procédé selon la présente invention permet d'éliminer les effets néfastes des bulles de taille moyenne en réalisant une injection de micro bulles de gaz ozone, la dimension des micro-bulles ainsi introduites dans le réacteur étant contrôlée.

L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend :-une conduite d'amenée ou de dérivation du débit de fluide à traiter ; -des moyens de mise en pression de la totalité ou d'une fraction dérivée du débit de fluide a traiter ; -des moyens pour injecter le gaz ozone dans la totalité ou dans une fraction dérivée du débit et, -des moyens pour produire des micro bulles de gaz.

Selon l'invention, on prévoit également des moyens pour assurer une perte de charge variable dans le circuit du débit dérivé afin de réaliser un ajustement du diamètre des micro bulles.

Selon un mode de réalisation de ce dispositif, les moyens pour la production des micro-bulles peuvent tre réalisés sous la forme d'un hydro-éjecteur et d'un ou de plusieurs mélangeurs statiques, en ligne, le diamètre des micro-bulles de gaz ozone produites étant réglable en fonction des caractéristiques de I'hydro-éjecteur et de sa pression de fonctionnement. Selon une variante, les moyens pour produire les micro- bulles sont constitués par un système pressurisation-détente.

Selon un mode de réalisation de ce dispositif, I'appareil de dissolution de l'ozone dans le fluide à traiter, constitué d'un réacteur de contact du type tube en U comporte des éléments de séparation disposés dans la partie externe de ce réacteur. Ces éléments de séparation compartimentent le réacteur en constituant des chicanes qui séparent le flux du fluide à traiter en courants parallèles, constituant ainsi une zone de contact en flux piston.

Selon un exemple de réalisation, ces éléments de séparation peuvent tre constitués d'une pluralité de tubes concentriques, en un nombre pair, de manière que le fluide à traiter circule selon un parcours alternativement descendant, puis ascendant, en série,

au travers desdits tubes. Selon une variante, ces éléments de séparation sont réalisés sous la forme de voiles plans radiaux qui divisent le flux du fluide à traiter en autant de courants parallèles qui circulent dans des compartiments de diamètre hydraulique équivalent réduit, délimités par ces voiles radiaux.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.

Sur les dessins : -La figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de réalisation du dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention, -Les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques similaires à la figure 1 illustrant d'autres exemples de réalisation de ce dispositif ; -Les figures 3a, 3b sont des vues schématiques respectivement en coupe axiale, verticale et en plan d'un réacteur de dissolution d'ozone pouvant tre mis en oeuvre dans le dispositif objet de l'invention et, -Les figures 4a, 4b sont des vues schématiques, similaires aux figures 3a, 3b, illustrant un autre exemple de réalisation d'un réacteur de dissolution d'ozone pouvant tre mis en oeuvre dans le dispositif de l'invention.

On se réfère en premier lieu à la figure 1 Dans cet exemple de réalisation, le fluide à traiter, notamment de l'eau est délivré par l'intermédiaire d'une conduite 10. Une fraction du flux du fluide à traiter est dérivée par une conduite 11 branchée sur la conduite principale 12 et la fraction ainsi dérivée est mise en pression dans un moyen de pressurisation classique désigné par la référence 13. Le dispositif comporte un ozoneur 14 de tout type classique, alimenté avec de I'air, de l'oxygène pur ou tout autre mélange de gaz contenant de l'oxygène. L'ozoneur 14

alimente un moyen pour mélanger le gaz ozone produit à la fraction dérivée pressurisée. Dans cet exemple de réalisation, ce moyen est constitué par un hydro- éjecteur 16 recevant le gaz ozone par l'intermédiaire de la conduite 15. Cet hydro- éjecteur permet donc l'injection du gaz ozone dans le circuit d'eau sans mise en pression au préalable du gaz et il agit comme un mélangeur statique.

Le dispositif comporte en outre un mélangeur statique 17 en ligne avec I'hydro-éjecteur 16, la géométrie spécifique de ce mélangeur 17 (qui peut tre par exemple du type à double hélice inversée) assurant la réduction et le calibrage des bulles de gaz. La mise en série de I'hydro-éjecteur 16 et du mélangeur statique 17, fonctionnant selon des principes différents, permet d'optimiser les fonctions mélange et réalisation des micro- bulles.

La fraction dérivée, après addition de gaz ozone et calibrage des micro-bulles est réintroduite, par une conduite 18, dans le flux principal du fluide à traiter délivré par la conduite 12. Le mélange de la fraction dérivée et du fluide à traiter ainsi réalisé peut tre optimisé en prévoyant un second mélangeur statique 19 en ligne afin de maintenir le diamètre des micro-bulles en évitant tout risque de coalescence des bulles de gaz lors du mélange.

L'invention prévoit également des moyens permettant de contrôler la dimension des micro-bulles, notamment leur diamètre. Ce moyen peut tre réalisé sous la forme d'une vitre 20 placée en amont du contacteur 21 et qui permet une observation visuelle directe. On peut également prévoir dans ce but un système de mesure du diamètre par acquisition vidéo et traitement informatique des images et/ou par un système de mesure en ligne de la turbidité.

Selon la présente invention, le réglage du diamètre des microbulles s'effectue en assurant une perte de charge variable dans le circuit du débit dérivé. Cette perte de charge variable peut tre, par exemple, assurée par la variation du débit du courant d'eau dérivé, par exemple à I'aide d'une pompe à débit variable. Selon une variante, cette perte de charge variable peut tre obtenue par action sur des organes de détente, par exemple sur des vannes de réglage. Selon l'invention, la fraction dérivée

est comprise entre 1 et 40% du débit total du fluide à traiter et de préférence, comprise entre 5 et 20% de ce débit total.

Le mélange homogène fluide à traiter-gaz ozone est ensuite introduit dans le réacteur de dissolution d'ozone 21 qui est de préférence un réacteur de contact du type tube en U dans lequel ce mélange homogène est introduit dans le premier tiers du parcours hydraulique de !'eau dans I'appareil.

L'invention permet d'obtenir des micro-bulles, présentant l'apparence d'un « lait de bulles » le diamètre des bulles étant compris entre 10 pm et 5001um, et de préférence compris entre 20 et 100 um. On améliore ainsi I'hydraulique du réacteur de dissolution d'ozone 21, le temps de contact réel et le rendement de dissolution du gaz.

Dans la variante de l'invention illustrée par la figure 2a, l'introduction du gaz ozone provenant de l'ozone 14 dans la fraction du débit dérivé s'effectue à I'aide d'un ballon de pressurisation 23, le gaz ozone étant préalablement mis en pression en 22 avant son introduction dans le ballon de pressurisation 23. Dans la variante de la figure 2a, on prévoit des vannes de détente 24 sur la conduite 18 assurant la réintroduction de la fraction dérivée, après addition du gaz ozone et calibrage des bulles, dans le flux principal 12 du fluide à traiter. Cette variante est par ailleurs similaire au mode de réalisation décrit ci-dessus en référence à la figure 1.

La figure 2b illustre une variante du mode de réalisation illustré par la figure 2a. Dans cette nouvelle variante, l'introduction du gaz ozone s'effectue en combinant la technique de I'hydro-éjecteur illustrée par la figure 1 et celle du ballon de pressurisation illustrée par la figure 2a. Sur la figure 2b, on voit donc que l'introduction du gaz ozone provenant de l'ozone 14 dans la fraction du débit dérivé s'effectue par l'intermédiaire de I'hydro-éjecteur 16 et du ballon de pressurisation 23, I'hydro-éjecteur 16 étant placé en amont du ballon de pressurisation 23. Cette variante est par ailleurs similaire au mode de réalisation décrit ci-dessus en référence à la figure 1.

L'exemple ci-après permet de souligner les inconvénients des équipements réalisés selon la technique antérieure et de faire ressortir les avantages apportés par l'invention.

Selon qu'on aura un réacteur proche ou éteigne du régime hydraulique du flux piston, on pourra en fonction du nombre J défini ci-dessus, évaluer le volume du réacteur nécessaire à partir du tableau ci-après, établi à partir des équations de modélisation conventionnelles, qui montrent que T, 0 dépend de la valeur du paramètre J. Ce tableau donne la valeur de TIO/-c en fonction de J. (T, o exprime le temps correspondant à la sortie de 10% d'un traceur injecté à l'entrée du réacteur et est donc représentatif d'un temps de contact expérimental à l'intérieur de I'appareil, alors que T représente le rapport débit/volume et correspond donc à un temps de contact calculé).

Tableau JTio/T 1 0, 10 2 0, 26 3 0, 36 4 0, 43 5 0, 48 6 0, 52 8 0 ; 58 10 0, 63 15 0, 69 20 0, 73 25 0, 76 00 1

On peut également écrire que le rapport T, o/T compare le temps minimum de contact de 90% des « particules fluides » au temps de contact théorique résultant des données géométriques du réacteur : plus la valeur du rapport T, 0/T est voisine de 1, et plus l'écoulement est proche du flux piston.

On part de l'hypothèse que l'on veut obtenir un produit C. T. = 2 mg 03. mn. I ~' (permettant, d'après les expériences antérieurement acquises dans le domaine de la désinfection et de la stérilisation, d'assurer un certain degré de désinfection) et un objectif de teneur résiduelle en ozone de 0,4 mg/l. en sortie de réacteur, Dans le cas d'un réacteur de régime hydraulique proche du flux piston, (cas d'un réacteur de type tube en U alimenté seulement avec de ! 'eau), J peut tre évalué à 25, alors qu'un réacteur plus « turbulent » (cas du réacteur de type tube en U diphasique conventionnel, eau + gaz) serait caractérisé par J = 3 par exemple.

Les valeurs correspondantes du rapport T, 0/T sont : -Réacteur 1 : J = 3 T, 0/TA = 0,36 -Réacteur 2 : J = 25 Tic/12 = 0.76 On en déduit aisément que, à T, 0 équivalent, T2 _ T1/2 et que le volume du réacteur 2, pour un mme débit à traiter, sera deux fois plus petit que celui du réacteur 1.

Ainsi, grâce aux dispositions selon la présente invention, on peut faire fonctionner un réacteur diphasique 21 dans les mmes conditions hydrauliques qu'un réacteur monophasique. Par conséquent, le Tjo du contacteur en régime diphasique devient équivalent au T, o du contacteur en régime monophasique. On peut donc réaliser un gain en volume typiquement de 50% sur la conception du dispositif de dissolution d'ozone (contacteur 21) muni du dispositif objet de l'invention.

Par ailleurs, la réduction de la dimension des bulles de gaz, I'amélioration de I'hydraulique et donc du temps de contact fluide à traiter-gaz ozone, ajoutées aux

pressions importantes mises en oeuvre dans le réacteur et qui constituent l'une de ses caractéristiques principales, permettent d'améliorer le transfert gaz-fluide a traiter et donc d'obtenir d'excellentes performances en terme de rendement de dissolution du gaz ozone.

On a mentionné ci-dessus que le dispositif de dissolution d'ozone 21 mis en oeuvre selon l'invention est de préférence du type tube en U comme décrit dans FR-A-2 545 732. L'invention, selon un mode de réalisation préféré, prévoit de compartimenter le réacteur de dissolution décrit dans ce brevet antérieur selon deux principes : soit, en réalisant des compartiments concentriques parcourus en série (figures 3a, 3b), soit en réalisant des compartiments radiaux parcourus en parallèle (Figures 4a, 4b).

Dans les deux cas, la réduction du diamètre hydraulique équivalent conduit à multiplier le rapport UD par le nombre de compartiments ainsi créé (L étant la longueur du réacteur et D son diamètre). Dans chacun des compartiments, le nombre de Reynolds est augmenté d'autant, ce qui contribue à une meilleure aptitude à la diffusion dans le plan horizontal et une augmentation du nombre « de réacteurs infiniment mélangés, disposés en série, équivalents au système.

On se réfère aux figures 3a et 3b qui représentent de façon schématique un réacteur de contact, 21'du type tube en U mentionné ci-dessus, qui selon l'invention est complété par des voiles de séparation tels que 25,25', disposés dans la partie externe du réacteur de manière à former un ensemble de chicanes concentriques obligeant le fluide à traiter à circuler alternativement de haut en bas puis de bas en haut : -dans le tube central 26, le fluide à traiter entraîne le gaz ozone par sa vitesse de passage. La circulation de haut en bas est suivie d'une augmentation de la pression et donc d'un accroissement du rendement de dissolution du gaz ozone ; -dans la première chicane 27, le sens de circulation est inversé et d'éventuelles « grosses bulles » sont éliminées du « lait de bulles » à la partie supérieure du réacteur ;

-dans les chicanes 28 et 29 et les suivantes si nécessaire, se poursuit la réaction de dissolution de l'ozone à partir du « lait de bulles » dans les conditions hydrauliques optimales proches du réacteur piston.

Selon la présente invention, on peut prévoir, dans les chicanes à flux ascendant, telles que 27 et 29, une injection complémentaire de gaz ozone sous forme de gaz à une hauteur intermédiaire du réacteur 21', ou au moyen d'eau pressurisée ou de tout autre système permettant l'injection d'ozone dans l'eau et/ou d'un réactif complémentaire tel que du peroxyde d'hydrogène, dans le cas d'une oxydation radicalaire « avancée ».

Les précisions ci-après font ressortir les avantages du perfectionnement apporté par l'invention au réacteur du type tube en U décrit dans le brevet mentionné ci-dessus : Pour reprendre l'exemple précédent, le contacteur décrit dans le brevet FR-A-2 545 732 conduirait à un puits de 5 m de diamètre et une profondeur de 35 m.

Avec la mise en place de deux voiles concentriques ayant respectivement environ 1,6 m et 2,8 m de diamètre, on réduirait la hauteur à 27m et le diamètre extérieur à 4m.

On pourrait également garder le diamètre extérieur de 5 m et diminuer en conséquence la hauteur du réacteur, ce qui permet d'obtenir une meilleure adaptation de la géométrie du réacteur aux conditions locales d'implantation (dureté du sol, présence d'une nappe, normes géosismiques limitant les hauteurs).

Dans la variante illustrée par les figures 4a à 4b, la réduction du diamètre hydraulique équivalent du réacteur 21"est effectuée en disposant des voiles plans radiaux tels que 30 dans la partie ascendante du réacteur. Grâce à cette disposition, le flux liquide ne parcourt plus en série les différents compartiments ainsi délimités par les voiles plans, mais en parallèle. Le nombre de voiles plans radiaux 30 est défini, généralement entre 2 et 8, typiquement 4 en fonction du nombre de « J » souhaité.

II demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et/ou représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes qui entrent dans le cadre de la portée des revendications annexées