Oxidarea și dezinfectarea ozonului. Alegerea reactoarelor de ozonare - Degremont®
Am văzut deja în secțiunea privind oxidanții și dezinfectanții că ozonul poate reacționa molecular (oxidantul activ este ozonul) și/sau pe cale radicală (oxidantul activ este radicalul hidroxil obținut din descompunerea ozonului) în funcție de compoziția mediu în care este transferat. Această reacție poate modifica transferul de ozon.
aspect cinetic - hidraulica reactorului
Alegerea reactorului cel mai potrivit pentru efectuarea oxidării depinde de regimul de reacție. În general, viteza de reacție a ozonului cu compuși anorganici și organici și microorganisme este formalizată printr-o ecuație de ordinul doi cu ordine parțiale de 1 pentru fiecare dintre reactanți:
unde: k este constanta vitezei reacției, í este coeficientul stoichiometric, [M] ([O3]) este concentrația compusului M (de ozon dizolvat), iar rM (rO3) este rata de dispariție a compusului M (rata consumului de ozon dizolvat). Valorile constantelor de viteză k variază foarte mult în funcție de reactivitatea compușilor M față de ozon. Indicații calitative sunt date în secțiunea privind oxidanții și dezinfectanții.
Având în vedere ordinea parțială 1, un reactor cu flux de fază lichidă plug-in va funcționa întotdeauna mai bine decât un reactor perfect amestecat. Prin urmare, ne vom strădui să proiectăm reactoarele de ozonare astfel încât comportamentul fazei lichide să fie cât mai aproape posibil de debitul.
Criterii de alegere pentru reactoarele de ozonare
Valoarea criteriului Hatta (Ha), un număr adimensional, face posibilă caracterizarea regimului de funcționare a reacției de oxidare și astfel orientarea alegerii reactorului gaz - lichid în conformitate cu caracteristica determinantă, așa cum este indicat în tabelul 8. Pentru exemplu:
- un număr Hatta foarte mic înseamnă că capacitatea de transfer a filmului lichid este mare în comparație cu rata consumului de ozon: acesta este regim chimic;
- În schimb, atunci când Ha este ridicat, rata consumului de ozon ar putea fi mult mai mare decât debitul de ozon transferat: acesta este regim de difuzie.
Pentru o reacție ireversibilă de ordinul 2, acest criteriu este valid:
Expresia fluxului de ozon transferat din ecuația (1) devine:
unde E reprezintă factorul de accelerație de transfer datorat reacției în fază lichidă, care este legată de numărul Hatta.
Figura 15 prezintă profilurile de concentrație din vecinătatea interfeței pentru diferitele cazuri explicate în Tabelul 8 pe baza modelului cu film dublu.
reactoare de ozonare
Principalele contactoare ozon-apă sunt prezentate mai jos conform clasificării din Tabelul 8.
coloană cu bule și cameră de ozonare dotată cu difuzoare poroase
Coloana cu bule este cel mai clasic contactor pentru ozonare în tratarea apei. Acest tip de reactor este disponibil în două forme, coloană cu bule convențională și cameră de ozonare cu mai multe compartimente în serie. Aceste reactoarele sunt prezentate schematic în figura 16. În aceste reactoare, bule de gaz de aproximativ 3 mm sunt create de difuzoare poroase poziționate la baza reactorului pentru a distribui gazul pe întreaga secțiune a coloanei (foto 10). Fluidele circulă în contracurent prin admiterea apei în capul coloanei sau prin instalarea pereților despărțitori în fiecare compartiment al camerei de ozonare. În acest tip de reactor, înălțimea apei este între 5 și 7 m deasupra difuzoarelor. Numărul de compartimente (în general 2 sau 3) este ajustat în funcție de viteza de reacție chimică cu distribuția debitului de gaz ozonat în funcție de progresul reacției (a se vedea și figura 26).