Comprendre l'ozone et son rôle dans la gestion de l'eau des tours de refroidissement

Ces systèmes rejettent la chaleur résiduelle dans l'atmosphère par le refroidissement par évaporation, mais ils créent aussi des conditions de chimie de l'eau difficiles. Sans traitement approprié, l'eau de la tour de refroidissement peut devenir un terrain de reproduction pour les bactéries, les algues et les minéraux formant des échelles qui compromettent la performance et la longévité du système.

Cependant, le traitement de l'ozone est devenu une solution de rechange puissante qui offre des résultats comparables ou supérieurs tout en réduisant la dépendance chimique. L'ozone (O[3) est une molécule naturelle composée de trois atomes d'oxygène. Dans la stratosphère, il protège la vie contre les rayons ultraviolets. Au niveau du sol, il est l'un des désinfectants les plus puissants disponibles pour le traitement de l'eau.

L'ozone est produit sur place à l'aide de systèmes de rejet de corona ou d'ultraviolets. Lorsqu'il est injecté dans l'eau de la tour de refroidissement, il oxyde rapidement les contaminants organiques et inorganiques, puis se décompose en oxygène ordinaire en quelques minutes.

La science derrière le traitement de l'ozone

L'ozone agit par oxydation directe et par réactions radicales indirectes. Lorsque l'ozone se dissout dans l'eau, il réagit directement avec les contaminants ou se décompose pour former des radicaux hydroxyles, qui sont encore plus réactifs. Ces radicaux attaquent un large éventail de polluants, y compris les bactéries, les virus, les champignons, les composés organiques et les métaux réduits tels que le fer et le manganèse.

Le potentiel d'oxydation de l'ozone est de 2,07 volts, significativement supérieur à celui du chlore (1,36 volts) ou du peroxyde d'hydrogène (1,78 volts).Cette puissance oxydante plus élevée signifie que l'ozone peut détruire les microorganismes et décomposer les contaminants organiques plus rapidement et complètement que les traitements conventionnels.

L'ozone oxyde également le carbone organique dissous, réduisant la source alimentaire des microorganismes.Ce mécanisme empêche la formation de biofilms sur les surfaces des échangeurs de chaleur et les milieux de remplissage des tours de refroidissement.Le biofilm agit comme une couche isolante qui réduit l'efficacité du transfert de chaleur et fournit un environnement protégé pour la croissance des pathogènes, y compris Legionella pneumophila, la bactérie responsable des Legionnaires et des maladies.

Principaux avantages de l'ozone dans les systèmes de tours de refroidissement

Contrôle microbien supérieur

Les bactéries, les algues et les champignons prospèrent dans l'environnement chaud et riche en nutriments d'un bassin de la tour de refroidissement et d'un système de distribution. L'ozone fournit une activité antimicrobienne à large spectre qui s'adresse à toutes les grandes classes de microorganismes de la tour de refroidissement.

L'ozone est particulièrement efficace contre Legionella, qui présente de graves risques pour la santé lorsque l'aérosol est mis en place dans la dérive des tours de refroidissement. En maintenant de faibles taux de bactéries dans l'ensemble du système, l'ozone réduit le risque de transmission de maladies et aide les établissements à se conformer aux règlements sanitaires tels que la norme ASHRAE 188.

Contrairement aux biocides qui ciblent des organismes spécifiques, l'oxydation non spécifique de l'ozone empêche le développement de souches résistantes. Cette fiabilité est essentielle dans les milieux industriels où les temps d'arrêt pour le nettoyage du système sont coûteux et perturbateurs.

Réduction significative de l'utilisation de produits chimiques

Un système d'ozone bien conçu peut réduire ou éliminer le besoin de biocides traditionnels, ce qui présente de multiples avantages : des coûts d'approvisionnement en produits chimiques moins élevés, des exigences de stockage et de manutention moins élevées et des risques d'exposition réduits pour le personnel des usines.

L'ozone ne remplace pas entièrement tous les traitements chimiques. Les inhibiteurs de l'échelle et les inhibiteurs de corrosion peuvent encore être nécessaires selon la chimie de l'eau et la métallurgie. Cependant, l'ozone permet à ces produits chimiques de travailler plus efficacement parce qu'il élimine les agents organiques qui consomment des inhibiteurs et interfèrent avec leur rendement.

Les programmes de traitement à base de chlore produisent des sous-produits de désinfection tels que les trihalométhanes et les acides haloacétiques, qui font l'objet d'un examen réglementaire de plus en plus attentif. L'ozone ne produit pas ces sous-produits chlorés.

Amélioration du calibrage et du contrôle de la corrosion

L'ozone contribue indirectement à contrôler l'échelle en oxydant les composés organiques qui se lient aux particules minérales et favorisent le dépôt d'échelle. L'eau plus propre signifie que l'échelle se forme plus lentement et est plus facile à éliminer pendant l'entretien courant.

L'ozone réduit la corrosion biologique en éliminant les microorganismes qui créent des sites de corrosion localisés. Il oxyde également les sulfures et d'autres espèces corrosives, ce qui diminue leur concentration dans l'eau de recyclage.

L'ozone ne provoque pas directement d'inhibition de la corrosion. Les installations doivent encore surveiller le pH, l'alcalinité et la dureté du calcium, et peuvent avoir besoin d'ajouter un inhibiteur de la corrosion comme l'orthophosphate ou le zinc.

Durabilité environnementale

L'ozone se décompose en oxygène, ne laissant aucun résidu chimique persistant dans l'eau ou l'air. Cela contraste avec le chlore, le brome et d'autres biocides halogénés qui restent dans l'eau de soufflage et nécessitent un traitement avant le rejet.

L'ozone améliore la qualité de l'eau de façon à ce que de nombreuses installations puissent fonctionner à des cycles de concentration plus élevés. L'utilisation de cycles plus élevés signifie que l'on a besoin de moins de souffle, ce qui réduit l'apport d'eau douce et le rejet des eaux usées.

La production d'ozone nécessite de l'électricité, généralement 10 kWh et plus;20 kWh par livre d'ozone produit.Par rapport à l'énergie intégrée dans la fabrication, le transport et le stockage de produits chimiques, l'ozone a souvent une empreinte carbone globale plus faible.

Efficacité et fiabilité accrues du système

Les surfaces propres de transfert de chaleur sont essentielles pour un fonctionnement efficace de la tour de refroidissement. Le biofilm, l'échelle et l'accumulation de sédiments agissent comme isolants, forçant le système à travailler plus dur pour obtenir le même effet de refroidissement.

Plusieurs études de cas ont permis de documenter des économies d'énergie de 5–15 % après le passage au traitement de l'ozone, qui résultent de températures d'approche réduites et d'un moins grand nombre d'événements de dégradation pendant la demande de refroidissement maximale.

Les composants mécaniques d'une tour de refroidissement et d'un mdash; pompes, valves, buses de pulvérisation et médias de remplissage et d'un mdash;dernière plus longtemps lorsque la croissance biologique et l'échelle sont réduites. L'ozone réduit le branchement dans les buses de pulvérisation et maintient le milieu de remplissage exempt de tapis d'algues qui limitent le débit d'air.

Considérations relatives à la mise en œuvre des systèmes de l'ozone

Conception et calibrage du système

Un système efficace de traitement de l'ozone commence par un calibrage précis basé sur les caractéristiques des tours de refroidissement. La dose d'ozone requise dépend de plusieurs facteurs : taux de recirculation, volume du bassin, qualité de l'eau, température du système, et la charge organique et biologique.

Le générateur d'ozone doit être adapté à la demande maximale attendue, avec une certaine marge de manœuvre pour les conditions de surtension. L'insuffisant conduit à un traitement inadéquat, tout en surdimensionnant l'énergie des déchets et en augmentant le coût en capital.

L'injection latérale par l'intermédiaire d'injecteurs de venturi ou de diffuseurs de bulles fines assure un transfert de masse efficace de l'ozone dans l'eau. Le mélange approprié dans le bassin de la tour de refroidissement empêche le dégagement d'ozone et assure une distribution uniforme. Le temps de contact entre l'ozone et l'eau doit être suffisant pour que les réactions d'oxydation se produisent avant que l'eau ne pénètre dans le système de distribution.

Protocoles et matériel de sécurité

L'ozone est un puissant oxydant qui peut irriter les voies respiratoires si elle est inhalée en fortes concentrations. L'Administration de la sécurité et de la santé au travail (OSHA) a fixé une limite d'exposition admissible de 0,1 partie par million (ppm) comme moyenne pondérée sur huit heures.

Les générateurs d'ozone devraient être installés dans des zones bien ventilées ou équipés d'unités de déstructuration de l'ozone qui convertissent l'excès d'ozone en oxygène avant d'évacuer. Les moniteurs d'ozone ambiants dans la salle du matériel permettent d'alerter rapidement les fuites.

L'ozone est produit et utilisé sur place, éliminant les risques associés au transport et au stockage des bouteilles de chlore ou des fûts de biocides liquides, ce qui réduit les risques de déversements chimiques et la nécessité de structures de confinement secondaires.

Surveillance et contrôle

La concentration d'ozone dissous est le principal paramètre de contrôle, habituellement maintenu à 0,1 à 0,4 mg/L dans le bassin de la tour de refroidissement. Les capteurs en ligne fournissent une rétroaction continue au contrôleur du générateur d'ozone, permettant au système d'ajuster la production au fur et à mesure que les conditions changent.

D'autres paramètres de qualité de l'eau qui nécessitent une surveillance sont le pH, la conductivité, la température, la turbidité et le potentiel de réduction de l'oxydation (ORP). Le ORP est un indicateur utile du potentiel de désinfection et est bien corrélé avec l'efficacité du contrôle microbien.

L'analyse en laboratoire régulière de l'eau de la tour de refroidissement devrait se poursuivre après l'installation du système d'ozone. L'analyse du nombre de bactéries, Legionella[, les minéraux formant des échelles et les taux de corrosion valident le rendement du système et guide les ajustements au programme de traitement.

Compatibilité avec les systèmes existants

L'ozone est compatible avec la plupart des métaux, y compris le cuivre, le laiton, l'acier inoxydable et le titane. Cependant, certains élastomères et plastiques se dégradent en présence d'ozone. Viton, Teflon et certains caoutchoucs résistent à l'ozone, tandis que le caoutchouc naturel et le néoprène se détériorent rapidement.

Les joints, joints, joints d'étanchéité et tuyaux flexibles en contact avec l'eau traitée à l'ozone peuvent nécessiter le remplacement par des matériaux compatibles avec l'ozone. Les matériaux de remplissage des tours de refroidissement en chlorure de polyvinyle (PVC) ou en polypropylène sont généralement compatibles.

Les tuyaux en acier galvanisé peuvent se corroder plus rapidement sous traitement à l'ozone, de sorte que les inspections de routine devraient inclure la vérification de la corrosion dans ces sections. Une évaluation préalable à l'installation de l'ensemble du circuit d'eau identifie les composants qui doivent être améliorés et assure une transition réussie vers le traitement à l'ozone.

Analyse des coûts et rendement des investissements

L'investissement initial pour un système d'ozone comprend le générateur, le matériel d'injection, les capteurs, les commandes et le travail d'installation. Pour une tour de refroidissement de taille moyenne typique (500 à 1 000 tonnes), les coûts totaux installés vont de 20 000 $ à 50 000 $.

Les coûts d'exploitation sont principalement liés à l'électricité pour la production d'ozone et à l'entretien mineur du générateur et des capteurs.Les dépenses annuelles sont nettement inférieures au coût des biocides chimiques, des inhibiteurs d'échelle et des inhibiteurs de corrosion pour les systèmes traités chimiquement.

Une analyse coûts-avantages approfondie devrait tenir compte de tous ces facteurs et tenir compte des taux locaux d'eau et d'électricité, des coûts chimiques et des coûts de main-d'oeuvre.

Applications dans les industries

Les installations de production d'électricité utilisent l'ozone pour maintenir la propreté du condenseur et réduire la contre-pression sur les turbines à vapeur. Les usines chimiques profitent de la réduction de la charge chimique dans leurs eaux usées et du contrôle amélioré de la croissance biologique dans l'eau chaude de procédé.

Les bâtiments commerciaux, y compris les hôpitaux, les universités et les centres de données, utilisent l'ozone dans leurs tours de refroidissement du CVC pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire au minimum l'utilisation de l'eau.

Les installations alimentaires et de boissons préfèrent souvent l'ozone parce qu'il ne donne pas de goût ou d'odeur aux produits transformés en aval. La Food and Drug Administration des États-Unis a approuvé l'ozone comme un désinfectant de surface pour contact avec les aliments, ce qui en fait un ajustement naturel pour les tours de refroidissement qui servent des systèmes de réfrigération dans les usines de transformation des aliments.

Ressources externes pour plus d'information

Les responsables des installations et les professionnels du traitement de l'eau qui cherchent à obtenir des conseils plus détaillés sur la conception et l'exploitation des systèmes d'ozone peuvent consulter les ressources des organisations industrielles et des instituts de recherche. L'Association des technologies de l'eau fournit des documents techniques et une formation sur les méthodes de traitement de l'eau de pointe. Centers for Disease Control and Prevention publie des lignes directrices pour Legionella[ le contrôle des systèmes d'eau de construction.

Des publications industrielles telles que Place de refroidissement[ et l'Institut de technologie de refroidissement[ tiennent à jour des bases de données d'études de cas et de données sur les performances des tours de refroidissement traitées à l'ozone.

Conclusion

L'ozone s'est révélé être une solution efficace et pratique pour la gestion de l'eau des tours de refroidissement dans un large éventail d'applications industrielles et commerciales. Ses puissantes propriétés oxydantes offrent un contrôle microbien supérieur, réduisent la dépendance à l'égard des additifs chimiques et aident à maintenir des surfaces de transfert de chaleur plus propres.

Les installations devraient travailler avec des professionnels expérimentés du traitement de l'eau pour effectuer une évaluation approfondie de leur système de tours de refroidissement et élaborer un programme de traitement adapté à leurs besoins particuliers en matière de chimie de l'eau et de fonctionnement.

Avec le resserrement des réglementations environnementales et la pénurie d'eau, les avantages de la technologie de l'ozone ne feront que devenir plus convaincants. Le passage à des pratiques industrielles durables fait de l'ozone une option de plus en plus attrayante pour les gestionnaires d'installations qui veulent réduire leur empreinte environnementale sans compromettre les performances opérationnelles.