Etude expérimentale et modélisation d'un procédé de désinfection par rayonnement UV

par Anis Ben Messaoud

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Arnaud Cockx et de Hedi Shayeb.


  • Résumé

    La désinfection des eaux par rayonnement UV est une technique qui devient de plus en plus utilisée vu sa simplicité et le faible risque de formation de sous-produits toxiques. En l’absence de dose résiduelle, la question sur la suffisance de la dose reçue après le passage dans un réacteur UV pose un sérieux problème quant à la fiabilité du procédé et reste un obstacle majeur face à son développement. Dans ce travail on a étudié expérimentalement une technique de mesure de la dose UV par actinométrie et la simulation de la réaction induite par la dose reçue dans des réacteurs ouverts. En premier lieu, un travail expérimental a été réalisé pour la caractérisation de la réaction photochimique du ferrioxalate de potassium à 254 nm en réacteur batch et de sa cinétique dans un milieu à absorbance variable. Un code de calcul en langage C++ développé dans le cadre de ce travail a permis la prédiction de l’évolution de la réaction et les mesures expérimentales ont permis sa validation. Ensuite, deux configurations de réacteur ouvert, agité et non agité, ont été expérimentées. Des essais de traçage passif et réactif ont été réalisés et qui ont servi pour la caractérisation des distributions des temps de séjour (DTS) dans chacun des réacteurs et leurs effets sur le rendement de la réaction. On a observé que dans le réacteur ouvert agité le rendement de la réaction représentait presque le double de celui dans le réacteur non agité. D’autre part, la cinétique de l’encrassement et son effet sur l���intensité émise ont été étudiés et différentes formulations pour la description de sa cinétique ont été proposées. Les simulations des deux types de réacteurs ouverts ont été réalisées avec deux approches, l’approche systémique et l’approche locale. Pour la première, le code en C++ a pu prévoir les concentrations à la sortie du réacteur avec un écart acceptable, toutefois l’intégration de la cinétique d’encrassement avec différentes formulations a amélioré les résultats des calculs. Dans l’approche locale, le code utilisé est Fluent® et les simulations ont été réalisées en mode instationnaire et en régime laminaire pour les simulations du transport passif et réactif. Des calculs en régime turbulent ont été également menés afin de tester la sensibilité du modèle général du transport avec réaction photochimique aux choix du modèle de fermeture ainsi qu’aux différentes valeurs du nombre de Schmidt turbulent (Sct). Les résultats des deux approches, locale et globale, présentent un bon agrément avec les mesures. En régime turbulent, la sensibilité des résultats de la réaction au modèle de fermeture et à la valeur de Sct a été confirmée. L’intégration du modèle d’encrassement avec ses différentes formulations a également amélioré les calculs

  • Titre traduit

    Modeling and simulation of UV disinfection process


  • Résumé

    Water disinfection by UV-radiation is a rising technique considering its simplicity and the weak risk of toxic byproducts formation. With the absence of UV-dose residual, the process reliability remains the major problem facing its development. In this work, we studied experiments of UV-dose measurement technique basing on actinometry and the simulation of the reaction induced by the received dose in continuous reactors. Initially, an experimental work was completed in the goal to characterize the photochemical reaction of ferrioxalate potassium at 254 nm in batch reactor and its kinetics in medium with variable absorption. A C++ code developed within this work, has predicted the reaction evolution and experimental measurements has allowed its validation. Then, two continuous reactor configurations, stirred and not stirred, were tested. Experiments of passive and reactive tracing were carried out and used to characterize the residence time distribution (RTD) in each reactor and its effect on the reaction efficiency. It was observed that in the continuous stirred reactor the reaction output is almost the double of that in the not stirred one. In addition, the kinetics of clogging and its effect on the emitted intensity were studied and various formulations for the kinetics description were proposed. Simulations of the two types of continuous reactors were carried out with two approaches, the systemic approach and the local approach. For the former, the C++ code has calculated the concentrations at the reactors outlet with an acceptable deviation; however the integration of the clogging kinetics with various formulations has improved the calculations results. In the local approach, the code used is Fluent® and simulations were carried out in non stationary mode and in laminar flow conditions for passive and reactive transport simulations. Calculations in turbulent mode were also made in order to test the sensitivity of the general model of transport with photochemical reaction to the turbulent model and the turbulent Schmidt number (Sct) value. The results of the local and systemic approaches present good agreement with measurements. The calculations with turbulent mode have confirmed the sensitivity of the reaction and transport model to both, the turbulent model and Sct. The integration of the clogging model with its various formulations has also improved calculations

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Informations

  • Détails : 1 vol. (211 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 189-194

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009/993/BEN
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