Effet de la matrice de l'eau sur l'élimination des micropolluants organiques par ozonation. Partie 1. Consommation spécifique de l'ozone dans un réacteur Effect of water composition on organic micropollutant removal by ozonation Part l. Specific consumption of ozone in a reactor

Résumé

A partir des réactions possibles entre l'ozone, les radicaux et les principaux composants d'une eau à potabiliser, des formules théoriques de formations de radicaux et de décomposition de l'ozone sont établies.

La matière organique est schématisée par les composés qui réagissent avec l'ozone (Si), les initiateurs, les promoteurs et les inhibiteurs de la réaction radicalaire (SIi, Sp,i, Ss,i). La décomposition de l'ozone est ensuite mesurée pour 56 eaux naturelles caractérisées par les analyses suivantes (pH, Absorbance à 254 nm, COT, Alcalinité). En se basant sur les connaissances acquises et les valeurs expérimentales du taux spécifique de consommation de l'ozone w, l'équation théorique est simplifiée et on obtient:

-(d[O₃]/dt)=([O₃](∑k_DlS_l,i)(∑k_lDP,i[S_P,i])) / ([HCO₃^-](k₉+k₁₀ 10^pH-10,25))

En prenant le COT comme représentatif des [Sp,i] (attaque radicalaire non sélective) et l'absorbance à 254 nm comme representative de SI,i (attaque directe sur les cycles aromatiques), une analyse multifactorielle permet d'obtenir l'expression:

log₁₀w = -3,93 + 0,24pH + 0,75 log₁₀ Absorbance à 254 mm + 1,08 log₁₀ COT - 0,19 log₁₀ alcalinité

L'équation ainsi obtenue peut être utilisée dans tous les modèles prédictifs faisant appel aux bilans massiques sur l'oxydant.

Mots-clés:

• Ozone,
• consommation de l'ozone dissous,
• taux spécifique de consommation d'ozone

Abstract

From the numerous reactions between ozone and other components of raw water in a drinking water plant, we obtain theoretical equations for hydroxy radical concentrations (1) and for the disappearance of ozone (2). Dissolved organic matter is divided in to four components: substances which react with ozone by a direct mechanism (Si), initiators, promotors, and scavengers ofradical reactions (S_I,i, S_P,i, S_S,i). We also take into account the reactions between hydrogen peii*iâô. orThe, and free radicals to simulate advanced oxidation processes.

[OH^∘]= ([O₃]{2k₁∙10^pH-14+2k₂ 10^pH-11,6 [H₂O₂] + ∑k_dl,i [S_l,i]}) / (k_lD[P]+[HCO₃^-] (k₉+k₁₀∙10^pH-10,25)+∑k_lDS,i [S_s,i])   (1)

-(d[O₃])/(dt) = {k_D[P]+∑k_D,i[Si]+∑k_Dl,i[S_l,i]+3k₁10^pH-14+k₂10^pH-11,6H₂O₂]}[O₃]+[OH^∘]{k₈[O₃]+[H₂O₂](k₂10^pH-11,6+K₇)+∑k_lDP,i[S_P,i]   (2)

For 56 natural water samples, we measured the disappearence of ozone directly in a completely stirred batch reactor. Water samples were characterized by pH, TOC, 254 nm UV absorbance and alkalinity. Kinetics were first order with respect to ozone

(d[O₃])/(dt) = -w[O₃]

with w : specific ozone disappearence rate.

Each term of equation 2 is discussed and, based on the experimental values of w, a simplified equation 3 obtained :

-(d[O₃])/(dt) = ([O₃](∑k_DIS_l,i)(∑k_lDP,i[S_P,i))/([HCO₃](k₉+k₁₀ 10^pH-10,25))

The TOC parameter can represent [S_P,i] because radical reactions are non selective, where as the 254 nm UV absorbance can represent [S_i] because organic matter (Fulvic and Humic acid) can react directly with ozone via its constituent aromatic rings.

Using the data set of 56 w values measured in natual water samples, mathematical correlations can be calculated :

log₁₀w = -3,93 + 0,24pH + 0,75 log₁₀ Absorbance à 254 mm + 1,08 log₁₀ COT - 0,19 log₁₀ alcalinity

A strong correlation between experimental measurements and predicted w values is obtained.

Keywords:

• Ozone,
• potable water,
• ozonation,
• kinetics,
• organic matter