Brevet FR2382928A1 — publié le 19781006

La présente invention concerne un procédé et un apea- reil pour l'application de diverses radiations a' des buts chimiaiies ou/et microbiologiques. Elle se rapporte notamment à l'utilisation du rayonnement, plus sarticulièrement ultraviolet, pour l1assainis- sement des eaux de rejets urbains ou industriels, ou pour la réa- lisation de diverses réactions chimiques. L'invention comprend entre autre la production de l'ozone en vue de ces applications et son utilisation simultanee avec des radiations ultraviolettes. Il est assez courant dans l'industrie d'employer diverses radiations, rayons X ou , particules a, et surtout le rayonnement ultraviolet, pour produire certains effets, tels que la po lymérisation de monomères non satures, la synthèse de composes chimiques, la destruction oxydative des impuretés, notamment dans des eaux polluées, la désinfection de différents milieux, plus spécia- lement de l'eau. Afin d'éviter les inconvénients et les désavantages dûs à la formation éventuelle d'ozone, nuisible dans certaines réactions chimiques, il est courant d'utiliser pour la génération de rayonnement ultraviolet, des lampes qui émettent à 2537 i ; ces lampes ont une enveloppe en Vycor (quartz à 2% d1impurete's), matériau opaque au c rayonnement de 1849 A, générateur d'ozone à partir d'oxygène. Par contre d'autres réactions chimiques, en particulier celles qui font intervenir des réactions dtoxydationvpar exemple pour l'épuration des eauxvstaccommodentarfaitement de l'action complémentaire de radiations ultraviolettes suivie d'un traitement oxydant par l'ozone0 Ainsi, dans des installations pour la désinfection de l'eau, on connait un procédé de traitement par irradiation de 1' eau par des photons de 2537 A, emis par les lampes couramment utilisées ; on connait, également, un procédé d'oxydation par emploi d'ozone. Ces deux procédés ne sont pas en général mis en oeuvre dans une même installation.Cependant quelques essais de traite c ment d'eau ont été réalisés en utilisant un rayonnement à 2537 A et de l'ozone produit par des appareillages différents, ce qui conduit à des difficultés de réalisation technologiques, et à un encombrement important. La présente invention apporte un perfectionnement aux procédés mentionnés plus haut, et plus spécialement aux cas où le fluide doit être soumis à la fois å l'action d'une radiation et à celle des composés ou groupes actifs, produits par cette même ra diation, L'invention permet alors de réaliser un contact fortement amélioré entre ces agents et le milieu à traiter. Le nouveau procédé suivant l1invention'pour l'action simultanée de radiations sur un fluide à l'aide d'un générateur de radiations, et de composés ou groupes actifs produits par ces radiations, est caractérisé en ce que lton fait passer un gaz dans le champ de la radiation entre le générateur et la paroi interne transparente de la gaine contenant le fluide à traiter, en ce qut on injecte ce gaz irradié dans le fluide à traiter, soumis également à l'action des radiations émises par le générateur. Le générateur de radiations doit être choisi de telle sorte que les radiations émises puissent irradier efficacement le gaz (par exemple, production d'ozone à partir d'oxygène) g l'en- veloppe du générateur doit être transparente aux radiations nécessaires à l'irradiation du gaz. Par exemple, dans le cas de la production d'ozone à partir d'oxygène (ou d'air) on choisit de préférence des lampes à mercure basse-pression à enveloppe en quartz dt épaisseur voisine de 1 mm, de telle sorte que l'on obtienne une émission de photons de 1849 générateurs d'ozone à partir d'oxygène, et de photons de 2537 utiles à la stérilisation de l'eau. Ainsi, conformément à l'invention, le fluide à traiter reçoit en même temps les radiations voulues à travers la paroi transparente et les composés ou/et groupes actifs qui se sont formés sous l'effet des radiations dans le gaz approprié. Suivant un trait préféré de l'invention, ce procédé est conduit en continu, c'est-à-dire que le fluide à traiter s'écoule progressivement le long de la paroi transparente et reçoit ta radietion durant cet écoulement, tandis que le gaz choisi passe continuellement entre le générateur de radiation et la paroi transparente ; le gaz, ainsi irradié, est injecté en continu dans le fluide à traiter, Lorsque l'épaisseur de la veine d'écoulement du fluide à traiter ntest pas assez mince, il est avantageux de soumettre ce fluide à une agitation artificielle pendant son écoulement Une application importante du nouveau procédez est le traitement d'assainissement à l'ozone et à l'U.V. de l'eau potable et des eaux polluantes, notamment des rejets urbains et industriels, comme ceux des raffineries, teintureries, usines pétrochimiques, production des plastiques, de détergents, etc, La destruction des microorganismes oufet des substances polluantes, dans ces traite ments, est intensifiée et rendue plus efficace par le procédé de l'invention, grâce à la superposition des deux actions : ultraviolet et ozone.En effet, selon le procédé de l'invention, le gé nérateur de l'ultraviolet, àà savoir une lampe à mercure, rayonne dans l'eau à traiter, à travers une paroi de quartz, tandis que de l'air ou de ltoxygène, après être passé entre la lampe et l'écran de quartz, est injecté dans la même eau ; l'ozone, que contient cet air ou oxygène irradié, réagit activement dans l'eau, sa décomposition étant accélérée par l'ultraviolet. -Le procédé est susceptible de bien d'autres applications similaires, telles que des réactions photochimiques activées par des peroxydes. Le dispositif, pour la réalisation du procédé suivant l'invention, est constitué par un générateur des radiations choisies, placé dans une enceinte à paroi transparente pour une ou plusieurs des radiations concernées, elle-mdme entourée d'une enceinte pour la circulation du fluide à traiter. La première de ces enceintes est munie d'une entrée et d'une sortie pour un gaz ; d'autre part, des moyens sont prévus pour l'injection de ce dernier, après son passage devant le générateur de radiation, dans la seconde enceinte A titre d'exemple non limitatif, illustré par le dessin annexé, voici la description d'un appareil suivant l'invention. Le dessin représente schématiquement, en coupe axiale, un appareil à ultraviolet, producteur d'ozone, pour le traitement d'un liquide. Une lampe à mercure 1, de type connu en soi, à enveloppe de quartz, est placée dans l'axe d'un tube 2, également en quartz ou en verre de silice, connu sous la dénomination "Vycort, ces deux matériaux étant transparents à la lumière ultraviolette de lon o gueur d'onde 2537 A. Le tube 2 est entouré par l'enceinte 3 pourvue d'une entrée 4 et d'une sortie 5 pour le liquide à traiter. L'ensemble de la lampe 1 du tube 2 et-de ltenceinte 3 est tenu, aux deux- extrémités, par des systèmes de brides étanches 6 et 7 et 6' 7t. Dans la bride supérieure 6 est pratiquée une entrée8 pour le gaz, permettant l'introduction de celui-ci à l'intérieur du tube 2, cette entrée étant généralement munie d'une vanne non représentée sur le dessin. D'autre part, au bas du tube 2, une sortie 9, dans la bride 6', communique avec une canalisation 10 sur laquelle est branchée une pompe 11, la canalisation 10 aboutissant par 12 au bas de l'enceinte 3 dans un compartiment 13. Ce dernier est séparé de l'intérieur de l'enceinte 3 par une couche de matière frittée 14, prévue pour disperser le gaz dans le liquide de l'enceinte 3. Sur la canalisation 10 est branchée une tubulure 15, séparée de 12 par une vanne 16 ; la tubulure 15- peut servir, au lieu de l'entrée 4, à l'injection du fluide à traiter, entraînant le gaz qui arrive par 10; un injecteur en 15 permet de supprimer la pompe 11 et le disper- seur 14. Des réactifs peuvent éventuellement entre introduits par 15. Aux deux extrémités du dispositif, sont représentées les arrivées/de courant 17 et 17t pour l'alimentation de la lampe à vapeur de mercure 1 ; pour la clarté du dessin, le système électrique d'alimentation de cette lampe, connu en soi, est omis. Les dimensions absolues et relatives du dispositif décrit peuvent varier selon les besoins de la pratique. Cependant, suivant un trait préféré et important de l'invention, la distance "e" entre la paroi extérieure de la lampe t et la paroi intérieure du tube 2 est généralement comprise entre 2 et 250 min ou mieux entre 5 et 30 ma. La valeur de "e" à choisir est déterminée par la concentration désirée en ozone dans le gaz en circulation à l'inté- o rieur du tube 2, et par la transmission à 2537 A du mélange gaz + ozone formé. A titre d'exemple, une lampe basse pression à mercure, de 35 cm de long, d'un diamètre extérieur de 5,5 cm et d'une puissance électrique de 80 watts (30 volts, 2,7 Amp.) a donné les résultats suivants pour des distances "e" et des débits d'air variables, la transmission de la lumière de 2537 A entre la lampe 1 et la paroi 2 étant toujours supérieure à 95%. "e" Débit d'air Ozone en mg/l Production rmn en Idh horaire (par l'entrée 8) (à la sortie 9) d'ozone - Q/h 5 25 0,325 8,1 n 78 0,395 31 n 180 0J192 34j5 15 40 0,38 15,2 n 43 0,346 19,8 " 101 0,41 41,4 n 458 0,21 96,2 n 884 0,114 lOf On voit donc que l'invention permet de régler la production horaire d'ozone et la concentration de celui-ci dans le gaz irradié, par le choix de la distance "e" entre la lampe et la paroi intérieure de l'enceinte 3 et par le réglage du débit du gaz passé au contact de la lampe. On peut ainsi augmenter la proportion d' ozone formé, ce qui correspond à une diminution de la quantité de radiation envoyée dans 11 enceinte 4U contraire, on peut diminuer la proportion d'ozone, en augmentant ainsi l'intensité de la radiation sur la paroi 2 de l'enceinte 3. Des essais ont été effectués avec un appareil du type décrit plus haut, construit à l'échelle semi industrielle. Cet appareil comprend un tube 2, d'une hauteur de 115 cm, entouré d' une enceinte ou réacteur 3, d'une hauteur de 110 cm, présentant un diamètre extérieur de 36 cm. Dans le tube 2, sont placées coaxialement trois lampes, basse pression à mercure, dont la paroi 1 est en quartz, chacune d'un diamètre de 55 mm et d'une longueur d'environ 110 cm ; ces lampes sont disposées suivant un triangle équilatéral, dont le côté est la distance séparant les centres, soit 18 cm.La distance "e" entre chacune des lampes et la paroi intérieure 2 du réacteur 3 est de 15 mn. Cet appareil, dont le réacteur 3 présente une capacité de 100 litres, ce qui correspond à un temps de séjour de 7 secondes et permet de traiter jusqu'à environ 52 m3 à l'heure d'un liquide traversant ce réacteur. Dans une application à la stérilisation de l'eau, on a utilisé l'appareil avec trois hydroinjecteurs 15 au lieu d'une pompe 11 pour faire passer l'air ozonisé de l'intérieur du tube 2 dans l'enceinte3. L'air était injecté par l'entrée 8 à raison de 900 l/h/lampe. Le débit de l'eau à traiter, injectée par les 3 buses 15 (dont une seulement est visible sur le dessin annexé) et par l'alimentation principale 4 était de 15 m3/heure. La production de l'ozone était de 0,45 g/heure/lampe, soit 1,35 g/heure au total. Cet effluent était parfaitement stérilisé. Pour une installation de cette taille il est possible de porter la capacité de traitement à 50 ia3/heure. Le temps de séjour était alors voisin de 7 secondes. Suivant la qualité de l'effluent, le débit peut entre réduit, afin d'obtenir des concentrations en ozone plus élevées. Le débit total de l'effluent dans les hydroinjecteurs est pour l'exemple donné 10 fois plus faible que le débit total d'alimentation. On choisit les hydroinjecteurs selon le débit de gaz qui doit être irradié. On est cependant obligé d'assurer un certain débit, et une certaine pression, car ce système dtinjection remplit 3 rôles : l'agitation du réacteur, le transfert de ozone dans l'affluent à traiter, et le transfert de l'oxygène. Le même appareil a servi à la décoloration des eaux polluées industrielles, et au traitement d'eaux phénolées ou cyanurées d'origine industrielle. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'irradiation d'un fluide à l'aide d'un générateur de radiation séparé du fluide par une paroi transparente aux radiations utiles, caractérisé en ce que l'on fait passer un gaz dans le champ de la radiation, entre le générateur et la paroi transparente, et on injecte ensuite ce gaz, ainsi irradié, dans le fluide traité qui reçoit, en même temps, les radiations ayant traversé ladite paroi. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide à traiter s'écoule progressivement le long de la paroi transparente et reçoit la ou les radiations durant cet écou lement, tandis que le gaz choisi passe continuellement entre le générateur de radiation et la paroi transparente, et est injecté en continu dans le fluide, à l'arrivée de celui-ci. 3. Procédé suivant la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la veine d'écoulement du fluide à traiter est soumise à l'agi- tation pendant son écoulement. 4. Application du procédé, suivant une des revendications 1 à 3, au traitement à l'ultraviolet et à l'ozone de l'eau potable ou des eaux polluées industrielles ou urbaines. 5. Application du procédé, suivant une des revendications 1 à 3, à la réalisation de réactions photo-chimiques sous l'action de la lumière ultraviolette. 6. Dispositif pour la réalisation du procédé suivant une des re vendications I à 5, comprenant un générateur des radiations voulues (1), placé dans une enceinte à paroi transparente (2) pour une ou plusieurs de ces radiations, elle-même entourée d' une enceinte (3) pour la circulation du fluide à traiter, ca ractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire circuler un gaz dans l'espace compris entre le générateur (i) et la paroi transparente (2), ainsi que des moyens (9-10-11-12) pour intro duire le gaz, ayant traversé cet espace, dans l'enceinte (3) ren fermant le fluide à traiter. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les dits moyens, pour l'introduction du gaz dans l'enceinte (3), comprennent un système d'injection (15) de liquide entratnant ce gaz, en particulier un ou plusieurs hydroinjecteurs. Se Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, dont le générateur est constitué par une ou plusieurs lampes à mercure productri ces d'ultraviolet, la paroi transparente (2) étant en quartz ou en verre à très haute teneur en silice. 9. Dispositif suivant une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la distance entre la paroi extérieure du générateur de radiation (1) et ladite paroi transparente (2) est de 2 à 250 mm et de préférence de 5 à 30 min.