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Traitements des eaux usées industrielles

Plasma

Decrey Loïc EPFL, 2008

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Contexte Méthode AOP (advanced oxidation processes)» Production de radicaux, UV, ozone.

Procédés relativement récent.

N'est pas utilisé tel quel mais différents phénomènes dus à sa production permettent des réactions qui amène à un traitement.

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Définition

Plasma (définition générale) :

Il s'agit d'une masse de gaz de très forte densité, dont la température atteint des millions de degrés, et totalement ionisée, c'est-à-dire composée exclusivement d'ions et d'électrons qui intéragissent constamment entre eux sans jamais pouvoir former un atome ou une molécule stable.

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Types de plasma

1. Plasma chaud: [Etoiles, plasma de fusion,...]T ions et électrons > 107 K

→ milieu complètement ionisé (équilibre thermodynamique).

2. Plasma thermique: [Arcs électriques, torches ind.,...]T ions, électrons et particules neutres ~ 104 K → milieu ionisé localement (équilibre thermique).

3. Plasma froid (non-thermal plasma): [Décharges électriques]T électrons ~ 104 K T particules neutres et ions ~ 300 – 103 K

→ milieu faiblement ionisé (taux ionisation ~ 10-6 – 10-2 par espèce neutre) .

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Production (plasma froid)

Application d'un champ électrique haut voltage (dizaine de kV)

Configuration des électrodes:

Décharge Corona

Décharge avec barrière diélectrique(DBD)

Décharge micro-onde, décharge de Glow.

Empêcher la formation d'arc électrique!!!

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Production (plasma froid)

Décharge Corona:

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Production (plasma froid)

Décharge Corona:

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Production (plasma froid)

Décharge Corona:

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Réactions induites Electrons à hautes énergies:

Dans un gaz (air, oxygène) → Formation de O3

Dans l'eau → Formation de radicaux OH•, H• et molécules H2O

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Rayonnement UV:

Photolyse directe.

Photocatalyse (avec TiO2 par exemple)

Effet combiné avec l'ozone ou le péroxyde d'hydrogène (H2O

2)

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Essais laboratoire (1)

Types de décharge: corona

Milieu: eau

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Essais laboratoire (1)

Milieu: eau

→ Réactions chimiques induites:

Réactions avec la solution

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Essais laboratoire (2)

Types de décharge: DBD

Milieu: gaz

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Essais laboratoire (2)

→ Réactions induites:

1) Production d'ozone:*

*

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Essais laboratoire (2)

→ Réactions induites:

2) Photocatalyse avec TiO2 et possibilité d'ajouter H

2O

2:

Photocatalyse

Photolyse Ajout de H2O

2

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Essais laboratoire (3)

Types de décharge: DBD

Milieu: gaz - eau

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Domaines d'utilisation Epurations des gaz

Traitement des surfaces (industries métallifères)

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Introduction Fonctionnement Applications Conclusion

Avantages/limites

Production d'espèces réactives in-situ. Combinaison de plusieurs effets oxydatifs (UV, radicaux, ozone).

Stade expérimental. Haut-voltage (forte demande en énergie).

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RéférencesLukes P., WATER TREATMENT BY PULSED STREAMER CORONA DISCHARGE, 2001, Prague.MOK Y.S.,Dielectric Barrier Discharge Plasma-Induced Photocatalysis and Ozonation for the Treatment of Wastewater, 2008, South Korea.M. M. Kuraica, APPLICATION OF COAXIAL DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE FOR POTABLE AND WASTE WATER TREATMENT , 2004, Serbia and Montenegro.Sun Y., Application of Low Pressure Plasma Technology in the Field of Environmental Protection, 2000, China.