Brevet FR2545732A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne un appareil pour la dissolu- tion d'ozone dans un fluide par injection dans ce fluide d'air ozoné ou d'un gaz tel qu'oxygène, ozoné, utilisable en particulier pour le traite- ment à l'ozone d'eau, notamment d'eau destinée à la consommation hu- maine ou pour l'épuration de gaz chargés de composés toxiques tels qu'aldéhydes par exemple. De nombreux appareils ont déjà été décrits qui permettent d'effectuer la dissolution de l'ozone dans un fluide, et particulièrement dans l'eau L'air ozoné est généralement dispersé dans l'eau, dans une ou plusieurs chambres de contact, sous forme de bulles, au moyen de buselures, de collecteurs ramifiés à trous ou de corps poreux, à co- courant ou à contre-courant de l'eau à traiter. Ces appareils présentent des inconvénients: il se produit dans la chambre de contact des passages préférentiels des bulles d'air ozoné et de l'eau, le contact air-eau n'est 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 aspi- rant l'air ozone sous vide ou à faible pression et le refoulant avec l'eau à traiter dans une chambre de contact avec création de turbulence Plu- sieurs types de turbines ont également été décrits qui permettent d'émul- sionner l'air ozone dans l'eau à traiter Ces dispositifs à turbine assu- rent une bonne dissolution de l'ozone dans l'eau mais présentent des difficultés de régulation de la pression de l'air ozone injecté; en outre ils nécessitent un appareillage mécanique important tels que moteurs et surpresseurs réalisés spécialement en matériaux résistant à la corro- sion Par ailleurs, ces appareils entrafnent une consommation impor- tante d'léne rgie. L'appareil suivant l'invention pallie ces inconvénients et permet en outre de réaliser la dissolution de l'ozone dans l'eau à une pression plus importante tout en assurant un contact des bulles gaz ozoné-eau plus long que ne l'autorisent les appareils connus à ce jour. -2 - L'appareil suivant l'invention, pour la dissolution d'ozone dans un fluide tel que l'eau, en vue de son traitement par l'ozone, par injection dans ce fluide d'air ozoné ou d'un gaz ozoné, est caractérisé en ce qu'il consiste en au moins deux tubes verticaux disposés dans une enceinte tubulaire verticale fermée à ses deux extrémités, ces tubes communiquant avec cette enceinte par leur extrémité inférieure, ouverte sur l'enceinte et par leur extrémité supérieure avec des moyens d'amenée du fluide à traiter et de l'air ou du gaz ozone, l'enceinte tubulaire com- portant à son extrémité supérieure des moyens pour l'évacuation du fluide traité et de l'air ou du gaz en excès. Avantageusement, chaque tube peut être muni d'un moyen d'amenée d'un fluide annexe, tel que catalyseur par exemple. Suivant une disposition préférée de l'invention, les tubes verticaux sont disposés en au moins un faisceau. Suivant une disposition de l'invention, le faisceau de tubes verticaux est disposé dans l'axe de l'enceinte tubulaire. Le ou les faisceau de tubes, ou bien font saillie hors de l'enceinte tubulaire par leur extrémité supérieure, ou bien sont entière- ment contenus dans l'enceinte, auquel cas ils sont surmontés par les moyens tels que déversoirs par exemple, d'évacuation du fluide traité. Suivant l'invention, chaque tube communique par son extré- mité supérieure avec la canalisation de fluide tel qu'eau à traiter au moyen de vannes tout ou rien permettant la distribution de l'eau dans un nombre optimal de tubes de façon à obtenir une vitesse de passage de l'eau comprise entre 0, 5 et 1 m/s, de préférence 0, 7 m/s. Dans une disposition de l'invention o le gaz ozoné est de l'oxygène, l'amenée de gaz ozone dans chaque tube est disposée dans la partie supérieure du tube faisant saillie hors de l'enceinte. Dans une autre disposition de l'invention o le gaz ozoné est de l'air, l'amenée de gaz ozoné dans chaque tube est prévue dans la par- tie supérieure du tube située dans l'enceinte. Le débit de gaz ozoné par rapport au débit de fluide tel qu'eau à traiter est, de préférence, inférieur à 25 %. L'enceinte tubulaire a une longueur comprise entre 10 et m et un diamèntre compris entre 0, 5 et 5 m Chaque tube vertical, de même longueur que l'enceinte, a un diamètre inférieur à 50 cm, de préférence compris entre 20 et 30 cm. Conformément à l'invention, les tubes verticaux sont main- tenus en un faisceau fixé à la paroi interne de l'enceinte tubulaire par une pluralité de pales inclinées de préférence de 30 à 60 ' sur l'horizontale, ces pales provoquant en outre un mouvement de rotation de l'eau autour du faisceau de tubes améliorant le temps de contact gaz ozoné-eau. Ce mouvement de rotation peut être également obtenu par une spirale disposée sur la face interne de l'enceinte tubulaire. Suivant une disposition de l'invention, chaque tube est muni, dans sa partie supérieure ou à son extrémité inférieure, d'un moyen d'amenée d'un catalyseur, par exemple peroxyde d'hydrogène permettant l'amélioration du transfert de la phase gazeuse dans la phase liquide. La description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés permettra de mieux comprendre l'invention. Les figures 1 à 3 de ces dessins représentent schématique- ment, la figure 3 en perspective et partiellement, des appareils confor- mes à l'invention suivant diverses formes de réalisation possibles don- nées à titre d'exemples non limitatifs, de l'invention. L'appareil est constitué par une enceinte tubulaire verticale fermée 1 dans laquelle plonge un faisceau de tubes verticaux 2 communi- quant par leur extrémité inférieure 3 avec l'enceinte et par les vannes tout ou rien 4 avec la canalisation 5 d'amenée d'eau à traiter. L'air ozone ou le gaz ozoné est introduit dans la partie su- périeure de chaque tube par des canalisations 6. Dans la forme de réalisation représentée à la figure 1, la partie supérieure des tubes est située à l'extérieur de l'enceinte 1 et les amenées d'eau à traiter et d'air ozoné ou de gaz ozoné, ce dernier par les canalisations 6, s'effectuent extérieurement à l'enceinte. Dans l'exemple de réalisation traité à la figure 2, le faisceau tubulaire 2 est entièrement contenu dans l'enceinte 1 L'amenée au faisceau tubulaire de l'eau à traiter et d'air ozoné ou de gaz ozoné s'opère alors à travers l'enceinte o ou supérieure Il est prévu, à proximité de l'extrémité inférieure/du fais- ceau tubulaire une canalisation 7 pour l'introduction d'un fluide annexe, tel que par exemple un catalyseur. Le temps de passage de l'eau dans le tube est d'environ 30 s; la vitesse de passage voisine de 0,7 m/s. Des pales 11 fixent le faisceau de tubes à la paroi de l'en- ceinte 1 et assurent en outre un mouvement de rotation du fluide remon- tant dans l'enceinte à sa sortie du faisceau de tubes,ce qui augmente le temps de contact entre l'air ozone ou le gaz ozone avec le fluide à traiter. Le même effet peut 8 tre obtenu, ou renforcé, par une spirale 12, disposée sur la surface interne de l'enceinte 1, comme le montre la figure 3 Cette spirale peut avoir avantageusement de 2 à 5 cm d'épais- seur et de 2 à 10 mm de largeur. Exemple On a réalisé des essais comparatifs de dissolution d'ozone dans l'eau en utilisant un appareil suivant l'invention constitué par une enceinte tubulaire de 25 m de hauteur dans laquelle était disposé un fais- ceau de deux tubes verticaux de 3,7 cm de diamètre et une colonne clas- sique munie de corps poreux pour l'injection de gaz ozone. Dans des conditions équivalentes, des quantités d'ozone in- troduites par litre d'eau et des rapports de débitsde gaz ozoné/débits d'eau à traiter identiques, on a obtenu avec l'appareil suivant l'invention des rendements de 85 à 100 % pour un temps de contact de 1 mn et avec l'appareil classique des rendements de 50 à 60 % pour un temps de contact de 10 mn. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci- après. J n.a uft LM Concentration Temps de Débit Débit de Vite sse Production en ozone à la Rendement contact d'eau gaz de l'eau d'ozone sortie des ozoné dans les tube s ___________ tube s Appareil l O mn 8, 711 mn -11,Z 211 mn 8, 4 mg nn 52 % classique 0, 411 mn 1 2, 8 mg mn-1 56 % Appareil 1 mn 1001 mn 4, 31 mn 0,80 ms 63 mg'mn 0,61 mg/î 100 % luinvention 4 mn 0,B Oms 102 mg mn 0, 99 mg/l 9 l'invention 12,8 mn 1 0, BO O ms134, mg mn 1,10 mg/i 85 % 6- REVENDICATIONS 1 Appareil pour la dissolution d'ozone dans un fluide tel que l'eau en vue de son traitement par l'ozone, par injection dans ce fluide d'air ozoné ou d'un gaz ozoné, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux tubes verticaux ( 2) disposés dans une enceinte tubulaire verticale ( 1) fermée à ses deux extrémités, ces tubes communiquant avec cette enceinte par leur extrémité inférieure et par leur extrémité supérieure avec des moyens ( 5, 6) d'amenée du fluide à traiter et de l'air ozone ou du gaz ozoné, l'enceinte tubulaire comportant à son extré- mité supérieure des moyens ( 8, 9) pour l'évacuation du fluide traité et de l'air ozoné ou du gaz ozone en excès. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes verticaux ( 2) sont disposés en au moins un faisceau. 3 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau de tubes verticaux est disposés suivant l'axe de l'enceinte tubulaire ( 1). 4 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tube communique par son extrémité supérieure avec la canalisation ( 5) d'amenée de fluide à traiter au moyen de vannes tout ou rien ( 4). 5 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les faisceaux de tubes verti- caux font saillie par leur extrémité supérieure sur l'enceinte tubu- laire, les amenées de fluide à traiter et d'air ozone ou gaz ozone aux tubes se faisant alors en dehors de l'enceinte. 6 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les faisceaux de tubes verti- caux sont entièrement contenus dans l'enceinte, les amenées de fluide à traiter et d'air ozoné ou de gaz ozoné à l'extrémité supérieure des tubes, pénétrant l'enceinte transversalement pour aboutir aux tubes. -7- 7 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les tubes sont munis d'une amenée ( 7) d'un fluide annexe, tel que catalyseur. 8 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes sont fixés sur la paroi interne de l'enceinte tubulaire au moyens de pales ( 11) inclinées sur l'horizontale, de préférence de 30 à 60 '. 9 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une spirale ( 12) est disposées sur la surface interne de l'enceinte tubulaire ( 1). Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte tubulaire a une longueur comprise entre 10 et 100 m et un diamètre compris entre 0, 5 m et 5 m, chaque tube, de m 8 me longueur que l'enceinte, ayant un diamètre infé- rieur à 50 cm.