Décembre 1997 - n°23
Dans un contexte où les industries pharmaceutiques sont confrontées à des exigences de qualité et de coût de jour en jour plus contraignantes, la contamination des eaux brutes utilisées pour la production des eaux de process devient une préoccupation majeure des industriels. Quelle que soit la nature de ces eaux (eaux de surface, souterraines ou de réseaux collectifs), on observe leur contamination par des composés organohalogénés, résidus d'origine agricole ou industrielle. Les techniques de traitement classiquement appliquées pour tenter de supprimer ces polluants sont l'oxydation par voie biologique, le transfert de matière par stripping, l'adsorption sur charbon actif, l'oxydation chimique à l'ozone, au chlore ou au bioxyde de chlore. L'expérience montre que tous ces procédés sont soit inefficaces, soit d'un coût rédhibitoire.
Depuis quelques années, les industriels du traitement de l'eau se sont donc orientés, pour assurer la dégradation de ces micro-polluants organiques, vers l'application de systèmes oxydants complexes dans le milieu à traiter. On peut citer à titre d'exemple, le couplage H2O2 ou O3 avec le rayonnement U.V. et le couplage O3 avec H2O2. Ces systèmes permettent d'obtenir des radicaux hydroxyles OH peu sélectifs et très réactifs vis-à-vis des composés organiques. Parmi ces nouvelles méthodes, la photo-oxydation par radiations U.V. utilisée pour la destruction partielle du C.O.T. dans des eaux purifiées ou ultrapures compte déjà de nombreuses réalisations en industries pharmaceutiques et cosmétiques.
Principe de la photo-oxydation U.V.
Quand la radiation U.V. pénètre dans l'eau, trois réactions photochimiques distinctes se produisent.
A - Dissociation de l'eau selon l'équation:
H2O + U.V. * H* + OH*
Cette réaction est maximale à 185 nanomètres (longueur d'onde des lampes U.V. de type "basse pression"). La pénétration des rayons U.V. n'est efficace que sur une profondeur de un millimètre, ce qui oblige à travailler en "couche mince" pour l'obtention d'une efficacité optimale.
B - Dissociation des matières organiques dans l'eau selon l'équation:
A-B + U.V. * A + B
Cette réaction de dissociation est dépendante de l'énergie. Plus la longueur d'onde est courte, plus le nombre de composés organiques décomposés est important. Pour la majorité des composés organiques et notamment pour la fraction correspondante au C.O.T., la réaction nécessite des longueurs d'onde inférieures à 230nanomètres.
C - Excitation des molécules organiques dans l'eau selon l'équation:
A + U.V. * A*
Les rayons U.V. entraînent un état d'excitation d'une énergie élevée qui induit des réactions chimiques qui ne se produisent pas à l'état normal. On observe une combinaison des réactionsB etC avec oxydation correspondante et parfois aussi réduction par les radicaux libres formés lors de la réactionA.
Les technologies disponibles
Deux technologies sont maintenant disponibles pour la photo-oxydation, elles utilisent les lampes basse pression et les lampes à mercure moyenne pression.
A - Technologie 185nanomètres - Lampe basse pression
La mise en œuvre de ces lampes permet d'obtenir une importante dissociation de l'eau, la diffusion des radicaux H* et OH* et l'oxydation des matières organiques par les radicaux OH*. Comme celà a déjà été souligné précédemment, cette méthode nécessite des réacteurs à "films minces".
B - Technologie 190-320nanomètres en continu-Lampe à mercure moyenne pression
Dans ces réacteurs, on obtient une dissociation en profondeur de l'eau, une dissociation photolytique avec excitation des composés organiques et une oxydation/réduction par les radicaux OH*. Les avantages de cette seconde méthode sont multiples:
- la construction est économique car il n'est pas nécessaire de concevoir des réacteurs à film mince,
- le pouvoir de destruction est plus grand car il y a combinaison de la décomposition photochimique et de l'oxydation par les radicaux libres,
- la possibilité de conception des réacteurs est plus étendue car les lampes moyenne pression sont disponibles jusqu'à des puissances de 10kWatts tandis qu'en basse pression, la puissance est limitée à 150Watts.
Les contraintes de fonctionnement
La conception des installations doit prendre en compte les contraintes liées à la technique de la photo-oxydation:
- le principe est générateur de chaleur et le liquide traité doit être refroidi par des échangeurs appropriés,
- la production deCO2 fait chuter la résistivité et l'insertion d'échangeurs d'ions finisseurs est nécessaire dans la chaîne de traitement,
- la validation des performances atteintes avec ce type de réacteur implique l'emploi d'un C.O.T.mètre dont le coût reste élevé.
Les applications
La photo-oxydation est utilisée pour la destruction partielle du C.O.T. spécialement sur des eaux purifiées ou ultrapures. Les domaines concernés sont donc tout particulièrement les industries pharmaceutiques et cosmétiques mais on trouve aussi des applications dans l'industrie électronique et en chimie.
Les performances pratiques
Les résultats obtenus sont directement proportionnels à la teneur en C.O.T. de l'eau à traiter. Des applications industrielles récentes montrent des possibilités de descendre facilement en-dessous de5ppb, voire1ppb, avec une destruction totale des microorganismes.
En conclusion, la photo-oxydation par radiations U.V. utilisée pour la destruction partielle du C.O.T. dans des eaux purifiées ou ultrapures apparaît comme une technique souple, relativement simple de mise en œuvre et d'un prix de revient acceptable.
Le C.O.T. = Carbone Organique Total, est la teneur en carbone liée à la matière organique, elle représente la somme des matières organiques dissoutes et en suspension. Les organohalogénés, ayant un atome carbone sont pris en compte dans le C.O.T.
par Patrick DEGOUL
EPURO S.A.