Modelling Ozonation Processes for Disinfection By-Product Control in Potable Water Treatment: From Laboratory to Industrial Units
Modélisation du procédé d'ozonation lors de la potabilisation des eaux - Application au contrôle des sous-produits de désinfection: du laboratoire à l'unité industrielle
Résumé
Facing major challenges, management of ozonation process will increasingly need prediction tools based on modelling. Dealing with different types of waters (chemistry) and different types of tanks (hydraulics), modelling of ozonation units has to adapt to site-specific conditions. The main objective of this work was to develop an integrated modelling procedure for industrial ozonation processes for predicting concentration profiles of: ozone, bromate and specific micropollutants. Two types of chemical models were considered: semi-empirical models with adjustable kinetics (for the role of Natural Organic Matter, NOM) and mechanistic models with predetermined kinetics (for other phenomena related to ozonation). Hydraulic flow conditions were modelled by systematic networks (patterns of ideal reactors). Ozone decomposition, hydroxyl radical generation and bromate formation were studied at lab-scale with a specially developed apparatus. Various experimental conditions were tested: pH, temperature, ozone doses, initial bromide concentrations, concentration of NOM and nature of NOM. The model was able to adequately reproduce experimental measurements for nine of the eleven water samples studied, covering a wide domain: 6.1 ≤ pH ≤ 8.15; 1.02 meq.L-1 ≤ AT ≤ 6.02 meq.L-1; 0-.0.5 mg.L-1 ≤ TOC ≤ 3.1 mg.L-1. For bromate, considering the crucial zone between the quantification limit and 20 μg.L-1, a large majority of the simulated concentrations corresponded to experimental concentrations or were located in the experimental uncertainty interval. A full-scale study showed that models calibrated at lab-scale may be used directly on-site to predict the formation of bromate and ozone profiles. Readjustments of the model for bromate formation should however account for seasonal changes.
Afin de gérer au mieux le pilotage des unités d'ozonation lors de la potabilisation des eaux, un modèle prédictif a été développé. L'objectif du modèle était de pouvoir prédire, sur une installation industrielle, les concentrations en ozone, en bromates et en différents micropolluants. Le modèle chimique proposé est mécanistique et peut être subdivisé en plusieurs parties : auto-décomposition de l'ozone, influence de l'alcalinité, formation de bromates, influence de la MON (Matière Organique Naturelle). Le modèle d'influence de la MON comporte 12 paramètres ajustables, le modèle pour la formation des bromates comporte un paramètre ajustable, les valeurs des autres paramètres sont fixées d'après la littérature. Le modèle hydraulique est de type systémique et comprend des réacteurs idéaux (parfaitement agités et piston). L'identifiabilité du jeu de paramètres a été conduite par une analyse de sensibilité (eFAST). La procédure d'optimisation par méthode de Nelder-Mead a été testée. Le modèle proposé permet de rendre bien compte des variations de temps de contact avec l'ozone, de pH, de température, de concentration de MON, de doses d'ozone sur la décomposition de l'ozone et la génération de radicaux. Les essais sur la formation de bromates ont montré que le modèle donne de bons résultats pour des concentrations inférieures à 20 μg.L-1, ce qui est particulièrement intéressant dans le cas d'une application industrielle. Enfin, une étude sur une unité industrielle a montré que des modèles calibrés en laboratoire (chimie, hydraulique) peuvent être appliqués directement sur site. Le modèle de formation des bromates est néanmoins instable dans le temps et doit être périodiquement réajusté.
Loading...