Diffusion d'ozone par contacteur membranaire pour la dégradation de micropolluants

par Alice Schmitt

Projet de thèse en Génie des procédés

Sous la direction de Julie Mendret et de Stephan Brosillon.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec IEM - Institut Européen des Membranes (laboratoire) et de GPM - Génie des Procédés Membranaires (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'utilisation de l'ozone pour le traitement des eaux usées est de plus en plus répandue, en particulier pour les traitements d'affinage en réutilisation des eaux usées. Habituellement, l'ozone est injecté sous forme de bulles, avec comme inconvénients des coûts opératoires importants, la possibilité de stripage de composés organiques volatiles, des limitations au transfert (entrainant des coûts énergétiques élevés) et la formation de mousse. Les contacteurs membranaires permettent de pallier ces faiblesses en assurant une diffusion sans formation de bulles. Un contacteur membranaire permet en effet la diffusion homogène de gaz dans un liquide avec une aire interfaciale élevée et par conséquent une économie des coûts de production et d'énergie. En outre, les contacteurs membranaires présentent une géométrie modulable qui peut être facilement transposée à l'échelle de production requise. L'objectif de cette thèse est d'évaluer la faisabilité de l'utilisation de contacteurs membranaires en lieu et place des réacteurs d'ozonation traditionnels, pour la dégradation de molécules réfractaires lors du traitement des eaux usées. Il s'agit donc d'un traitement tertiaire d'affinage, les objectifs généraux consistent en i) la caractérisation du transfert d'ozone à travers les contacteurs membranaires ii) l'évaluation de l'efficacité de dégradation de micropolluants choisis et iii) la modélisation de la réaction dans la géométrie fibre creuse à des fins d'optimisation du procédé. Ainsi, ce travail associe une démarche expérimentale et numérique. La simulation numérique sera réalisée à l'aide du logiciel Comsol Multiphysics et permettra une meilleure compréhension des phénomènes limitants. Les objectifs scientifiques résident dans les points suivants : • localiser la résistance au transfert ; • identifier les paramètres influençant le transfert (pH, température, vitesse de circulation du fluide…) ; • déterminer les constantes de réaction des molécules choisies ; • évaluer le vieillissement des membranes au contact de l'ozone ; • prévoir les profils de concentration à partir de la simulation numérique.

  • Titre traduit

    Oxydation of micropollutants using membrane contactors for the diffusion of ozone


  • Résumé

    The use of ozone to disinfect sewage is becoming increasingly important, especially when a high degree of treatment is required. Usually, ozone in water treatment is injected in the form of bubble, with disadvantages such as operational costs, stripping of volatile organic compounds, high foot print, mass transfer limitations (leading to high energetic costs) and foam generation. By using a bubbleless operation, membrane contactor can overcome these challenges. Indeed, membrane contactors have been pointed out as a good alternative for gas transfer to the liquid phase. These devices enable a defined interfacial area and promote non-dispersive mass transfer, reducing gas losses. Advantages of membrane contactors are a high area/volume ratio and energetic efficiency, as well as it is modular and can be easily scale-up. The objective of this project is to evaluate membrane contactors as an alternative to chamber reactors for the treatment of refractive pollutant in waste water treatment. The specific objectives of the phD is to i) characterize transfer of ozone through membrane contactors, ii) evaluate degradation efficiency of micropollutants and iii) to modelise reaction conditions in the reactor for optimization purpose. Thus, this work will combine experimental work with development of a CFD based COMSOL numerical model as a tool for better characterization and understanding of the physical and chemical phenomena which determine the performance of the process. The scientific objectives rely in the following points: • identification of the location of mass transfer resistance; • identification of main parameters (pH, temperature, fluid velocity…) which affect mass transfer; • determination of rate constant for targeted molecules; • analysis of membrane ageing under ozone; • prediction of concentration profile using CFD computation.