Le traitement de l'ozone est une méthode largement adoptée pour la purification de l'eau, qui est appréciée pour ses capacités de désinfection et sa capacité à améliorer les qualités esthétiques telles que le goût et l'odeur. Cependant, sa forte oxydation introduit des interactions complexes avec la matrice chimique de l'eau, particulièrement en ce qui concerne la teneur en minéraux et le potentiel de corrosion.

Comment le traitement par l'ozone affecte la teneur en minéraux

L'ozone (O3) est l'un des oxydants les plus puissants disponibles pour le traitement de l'eau, avec un potentiel d'oxydation de 2,07 volts, significativement supérieur à celui du chlore (1,36 V) ou du dioxyde de chlore (1,57 V). Lorsqu'il est introduit dans l'eau, l'ozone réagit rapidement avec une large gamme de composés inorganiques et organiques.

Oxydation du fer et du manganèse

2+][Mn2++]], ils causent des taches, une turbidité et des goûts métalliques. L'ozone oxyde le fer ferreux en fer (Fe3+, qui s'oxyde ensuite en hydroxyde fer insoluble (Fe(OH)3[FLT:][F.[T.][T.][T.

Impact sur le calcium et le magnésium (Hardness)

L'ozone n'altère pas de façon significative le pH dans les eaux bien tamponnées, mais si l'eau contient des acides organiques ou du dioxyde de carbone, l'ozone peut les oxyder, ce qui peut modifier légèrement le pH. Plus important encore, l'élimination du fer et du manganèse et le potentiel d'ozone pour déclencher des précipitations de carbonate de calcium par des augmentations localisées du pH peuvent conduire à la formation d'échelles. Dans la pratique, le traitement de l'ozone ne réduit pas la dureté totale; il peut plutôt modifier la tendance à l'échelle en agissant sur l'équilibre du système de carbonate.

Sulfure et autres espèces réduites

Les sulfures, responsables de l'odeur caractéristique de l'oeuf =rotten, sont rapidement oxydés par l'ozone en sulfate (SO[42-) ou en soufre élémentaire, selon le dosage et le pH. Cela élimine l'odeur mais aussi consomme de l'ozone, nécessitant des doses plus élevées. De même, d'autres métaux réduits comme l'arsenic (As3+) peuvent être oxydés en As5+, qui est plus efficacement éliminé par coagulation et filtration. L'oxydation de ces espèces réduit leur toxicité mais modifie également la chimie de l'eau en augmentant la concentration de sulfate et en formant potentiellement des particules de soufre colloïdal.

Éléments traces et métaux lourds

L'ozone peut mobiliser ou immobiliser les métaux traces selon l'élément spécifique et la chimie de l'eau. Par exemple, la solubilité du plomb et du cuivre est fortement dépendante du pH; l'ozone a tendance à augmenter la POR peut déplacer la spéciation de ces métaux vers des formes moins solubles oxydées, ce qui pourrait réduire leur concentration dans l'eau en vrac.

Impact sur le potentiel de corrosion

La corrosion dans les systèmes d'eau est un processus électrochimique influencé par le pH, l'oxygène dissous, la température, la vitesse du débit et le potentiel de réduction de l'oxydation (ORP). Le traitement par l'ozone élève de façon spectaculaire le ORP, qui dépasse souvent 600–800 mV, créant un environnement fortement oxydant.

Mécanismes de corrosion induite par l ' ozone

En présence d'ozone, la réaction cathodique passe de la réduction de l'oxygène à la réduction de l'ozone, qui a un potentiel électrochimique beaucoup plus élevé, ce qui accélère la dissolution anodique de métaux comme le fer, le cuivre et le plomb. Par exemple, dans les tuyaux en fer, l'augmentation de l'ORP peut décomposer la couche passivante naturelle d'oxydes de fer (par exemple, magnétite ou hématite) à moins que la chimie de l'eau ne soit ajustée pour maintenir un film de passivation stable.

Considérations relatives au pH et à l'alcalinité

Dans les eaux à faible alcalinité (moins de 50 mg/L sous la forme de CaCO]3, l'oxydation des composés traces peut conduire à une chute du pH, à une augmentation de la corrosivité. Inversement, les eaux à haute alcalinité tamponnent les changements de pH, mais peuvent aussi favoriser l'échelle du carbonate de calcium, qui peut protéger les surfaces métalliques. La plage de pH optimale pour minimiser la corrosion et l'échelle après l'ozonation est généralement de 7,0 à 8,5, bien que les exigences spécifiques en matière de matériaux varient. Par exemple, la corrosion du plomb et du cuivre est réduite à un pH supérieur à 8,0, tandis que les tuyaux en fer peuvent bénéficier d'un pH légèrement plus élevé pour améliorer la passivation.

Effets spécifiques aux matériaux

En acier galvanisé:[ Le revêtement en zinc sur l'acier galvanisé peut être rapidement consommé par l'ozone, en particulier en présence de chlorures.

En acier inoxydable:[ Les grades 304 et 316 montrent généralement une bonne résistance à l'attaque de l'ozone, mais la corrosion des crevasses et la corrosion du stress peuvent se produire en présence de chlorures et de températures élevées.

Copper: Les canalisations de cuivre sont sensibles à la corrosion et au piquage uniformes dans des conditions ozonées. La formation de couches protectrices d'oxyde de cuivre (Cu2O et CuO) est perturbée à des valeurs très élevées de POR, ce qui entraîne une élévation des niveaux de cuivre dans l'eau.

Les matériaux tels que le PVC, le CPVC et le polyéthylène sont généralement résistants à l'ozone, bien que les joints en caoutchouc et les élastomères puissent se dégrader. Les tuyaux en polymères ne se corrodent pas au sens électrochimique, mais ils peuvent subir une dégradation oxydative au fil du temps, surtout sous des résidus d'ozone élevés et une exposition aux UV.

Formation d'oxydes de protection contre la corrosion agressive

Dans certains cas, l'ozone peut favoriser la formation de couches d'oxyde plus stables et moins solubles sur les surfaces métalliques.Par exemple, sur le fer, l'ozone peut accélérer la conversion de la lépidocrocite (γ-FéohoH) en goéthite (α-FéohoH), ce qui est plus protecteur. Cependant, cet équilibre est délicat. La transition de la protection au comportement corrosif dépend de paramètres de qualité de l'eau tels que le pH, l'alcalinité, la concentration de chlorure et le régime de débit.

Gestion des effets du traitement de l'ozone

Une gestion efficace de l'ozone L'impact sur la teneur en minéraux et le potentiel de corrosion nécessite une approche proactive et multiforme englobant la conception du système, la surveillance opérationnelle et l'ajustement chimique.

Surveillance globale de la qualité de l'eau

Les opérateurs doivent au minimum surveiller le pH, l'orpilosité, l'alcalinité, la dureté, le fer, le manganèse et le métal primaire préoccupant (par exemple, cuivre, plomb, fer) avant et après l'ozonation. Les indices de corrosion tels que l'indice de saturation de Langelier (LSI) et l'indice de stabilité de Ryznar (RSI) sont des outils précieux.

pH et ajustement de l'alcalinité

Si l'eau brute est acide ou faiblement alcaline, l'addition de soude caustique (NaOH), de cendres de soude (Na2CO3, ou de contacteurs calcaires peut tamponner le pH. Une alcalinité élevée contribue également à prévenir les chutes de pH des réactions d'oxydation. Une alcalinité cible supérieure à 80 mg/L comme CaCO3] est souvent recommandée pour le contrôle de la corrosion.

Inhibiteurs de corrosion

Les inhibiteurs chimiques peuvent être efficaces pour protéger les surfaces métalliques. Les inhibiteurs à base d'orthophosphate sont couramment utilisés pour former un film protecteur sur les surfaces de plomb et de cuivre. Les orthopolyphosphates mélangés peuvent être plus efficaces dans l'eau ozonisée parce que la fraction polyphosphate peut séquestrer le fer et le manganèse, empêchant le dépôt.

Sélection du matériel et conception du système

Pour les systèmes de distribution, le fer doublé ductile ou l'acier doublé de ciment offrent une bonne protection. Les joints en caoutchouc devraient être EPDM ou Viton, et non pas le caoutchouc naturel ou le Buna-N. De plus, la conception devrait comprendre une étape de dégazéification ou un réservoir de contact pour permettre la décomposition de l'ozone résiduel avant que l'eau ne pénètre dans la plomberie en aval sensible. Une concentration résiduelle d'ozone de 0,2 à 0,4 mg/L au point d'entrée est typique pour la désinfection; les résidus plus élevés augmentent le risque de corrosion.

Filtration pour minéraux précipités

Comme le traitement à l'ozone précipite le fer, le manganèse et parfois le calcium, il est essentiel de passer à une étape de filtration postozone. Les filtres à cartouche, les filtres multimédias ou les systèmes à membrane (par exemple la microfiltration) captent les particules. Sans filtration, les solides précipités peuvent s'accumuler dans les tuyaux, causer la croissance du biofilm et créer des cellules de corrosion localisées.

Contrôle de la posologie de l'ozone

Pour les applications typiques de l'eau potable, la dose d'ozone dépasse rarement de 2 à 4 mg/L, mais les eaux souterraines à forte demande (fer, manganèse, sulfures) peuvent nécessiter des doses plus élevées. La surdosage non seulement exacerbe la corrosion mais augmente également la formation de bromate (un sous-produit de désinfection) dans les eaux contenant du bromure.

Mélange et post-traitement

Si l'eau ozonisée est mélangée avec de l'eau de source non ozonisée, le POR global peut être modéré. Le mélange dilue également la concentration de minéraux précipités et d'inhibiteurs, de sorte que les calculs doivent tenir compte de la chimie de l'eau mélangée.Certaines installations utilisent l'aération post ozonation pour enlever l'excès d'ozone et augmenter le pH en éliminant le dioxyde de carbone.

Inspections régulières du système

Pour les grands systèmes, l'installation de patins d'essai de corrosion avec un débit et une température réglables permet une évaluation continue. Tout changement soudain de la coloration de l'eau, des métaux élevés ou des chutes de pression devrait déclencher une enquête immédiate.

Conclusion

Toutefois, son pouvoir oxydant puissant modifie fondamentalement l'équilibre minéral et le potentiel de corrosion de l'eau. Les minéraux comme le fer et le manganèse sont effectivement éliminés par précipitation, mais la dureté peut rester inchangée ou changer de tendance à l'échelle. L'ORP élevé accélère la corrosion de nombreux métaux, en particulier l'acier galvanisé et le cuivre, à moins que le système ne soit soigneusement conçu et exploité avec un contrôle approprié du pH, des inhibiteurs de corrosion et le choix des matériaux. En appliquant une surveillance exhaustive, un ajustement chimique et des pratiques exemplaires opérationnelles, les professionnels de l'eau peuvent exploiter les avantages de l'ozone tout en protégeant les infrastructures et en assurant la sécurité et la qualité de l'eau.