Analyseur d’Ozone en ligne pour l’Eau – OzoSense

L’ozone dissous est un oxydant puissant et peut donc être utilisé pour désinfecter l’eau. Concrètement, il peut:

• Réagir avec et éliminer le manganèse
• Détruire certains agents pathogènes résistants au chlore tels que Giardia et Cryptosporidia

Il n’y a pas de différence entre un moniteur d’ozone et un analyseur d’ozone. Ce ne sont que deux expressions utilisées de manière interchangeable par des personnes différentes. Un contrôleur d’ozone est un moniteur ou un analyseur d’ozone doté d’une fonctionnalité de contrôle embarquée. Le Pi OzoSense a une telle fonctionnalité embarquée, donc pour un Pi OzoSense il n’y a effectivement aucune différence entre un contrôleur d’ozone, un analyseur et un moniteur.

Si vous avez d’autres questions concernant la mesure et le contrôle en ligne de l’ozone dissous, n’hésitez pas à nous contacter.

L’ozone est utilisé comme désinfectant depuis des décennies et sa popularité augmente et diminue avec l’évolution des technologies, des coûts et des exigences. Autrefois présenté comme le nouveau super désinfectant destiné à rivaliser avec le chlore, l’ozone dans l’eau en tant que désinfectant ne représente qu’une petite partie du marché et est généralement limité à des applications spécialisées.

Qu’y a-t-il de si génial dans l’ozone en tant que désinfectant?

• Il est très efficace – l’ozone est environ 20 fois plus efficace que le chlore¹.
• Il peut s’attaquer aux agents pathogènes résistants au chlore tels que Cryptosporidia Parvum et Giardia Lambia – Crypto et Giardia se propagent généralement sous forme d’oocystes résistants à la désinfection au chlore².
• Il est bien meilleur pour oxyder les matières organiques que le chlore – les sous-produits de désinfection tels que les trihalométhanes (THM) formés par la réaction du chlore avec les matières organiques sont considérés comme cancérigènes. L’ozone peut décomposer les matières organiques de telle sorte qu’elles ne peuvent pas former de sous-produits de désinfection (SPD) lorsque du chlore est ajouté plus tard dans le processus³.
• Avec la désinfection à l’ozone, il n’y a pas de sous-produits de désinfection – l’oxydation à l’ozone n’entraîne aucun SPD⁴.

Quels sont les problèmes associés à l’ozone en tant que désinfectant?

• Très agressif sur les matériaux – l’ozone n’est pas chimiquement compatible avec de nombreux matériaux de construction courants et il faut faire attention aux matériaux de construction⁵.
• Difficile à mettre en solution – en particulier à des températures plus élevées – l’ozone est notoirement difficile à mettre en solution et des régimes et des systèmes de mélange sophistiqués sont nécessaires pour assurer la stabilité⁶.
• Un irritant extrême et possiblement toxique – l’ozone peut être identifié par son odeur distinctive et l’exposition à l’ozone est réglementée dans la plupart des juridictions^7,8.
• Maintenance du matériel et consommation d’énergie – l’ozone est généré au point d’utilisation, généralement par décharge électrique dans l’air ou l’oxygène. Le coût de tels générateurs dépasse de loin les coûts d’un réservoir et d’une pompe (chlore).
• Difficile de mesurer et contrôler le résiduel – voir ci-dessous.

Applications

Comme mentionné ci-dessus, l’ozone a tendance à ne pas être le premier choix comme désinfectant en raison de son coût et de sa complexité. Il existe cependant des applications spécifiques lorsque l’ozone est globalement le plus efficace pour les résultats souhaités.

Les applications spécifiques les plus courantes sont décrites ci-dessous:

• Traitement de l’eau potable – prétraitement (matières organiques) – l’ozone dissous est utilisé pour détruire les matières organiques d’une source d’eau brute afin de réduire le risque de formation de sous-produits de désinfection lorsque du chlore est ajouté plus tard dans le processus.
• Traitement de l’eau – prétraitement (élimination de Fe et Mn) – l’ozone peut être extrêmement efficace pour oxyder le fer et le manganèse en des formes insolubles, ce qui permet leur élimination de l’eau potable avant un traitement supplémentaire⁹.
• Eau potable en bouteille – l’eau potable en bouteille est souvent désinfectée à l’ozone car elle est extrêmement efficace et ne laisse aucun résidu. À son tour, cela signifie qu’il n’y a pas de goût résiduel. Une fois traitées à l’ozone, les bouteilles sont scellées et l’eau ne nécessite aucun désinfectant résiduel.
• Aquaculture/Aquarium – l’ozone est utilisé dans les aquariums et l’aquaculture pour désinfecter l’eau et réduire les résidus requis¹⁰ (veuillez lire la suite pour des commentaires sur l’ozonation de l’eau de mer).
• Lavage (prévention de la pourriture) – de faibles niveaux d’ozone peuvent réduire les bactéries à la surface des aliments (en particulier les fruits), ce qui peut considérablement prolonger l’apparition de la pourriture, prolongeant sa durée de conservation et augmentant ainsi sa valeur.
• Certaines eaux usées industrielles – certaines eaux usées industrielles nécessitent un oxydant extrêmement puissant pour rendre les effluents sans danger pour l’environnement.
• Piscines et spas – dans les années 80 et 90, il y a eu une campagne pour réduire le chlore dans les piscines et les spas et l’ozone a été introduit. Au fil du temps, le coût d’achat et de surveillance des équipements de dosage d’ozone dans les piscines a eu tendance à réorienter cet accent vers une meilleure surveillance et un meilleur contrôle du dosage du chlore.

Mesurer et contrôler la désinfection à l’ozone

Faire en sorte que l’ozone reste en solution assez longtemps pour obtenir un résiduel qui peut être mesuré de manière cohérente, et donc contrôler le processus, est un défi. Très souvent, la quantité d’ozone dissous (DO₃) dans une solution a moins à voir avec la demande en ozone ou la quantité dosée qu’avec les conditions ambiantes qui peuvent extraire l’ozone de la solution. Cela, et le résiduel relativement faible requis, constituent un défi pour la surveillance et le contrôle de la DO₃.

La surveillance de petits résiduels nécessite un capteur d’ozone extrêmement sensible et stable.

Au fil des ans, il y a eu de nombreuses variétés de capteurs allant des analyseurs colorimétriques (ajout d’un réactif pour que l’échantillon d’eau change de couleur en fonction de la quantité de DO₃ présente, puis mesure du changement de couleur) aux capteurs électrochimiques ouverts. L’industrie a largement opté pour l’utilisation de capteurs ampérométriques à membrane car ils offrent le meilleur équilibre entre la vitesse de réponse, la longévité, les coûts d’investissement et de maintenance, la stabilité et la sensibilité.

Ces capteurs sont extrêmement sensibles (0,001 ppm) mais peuvent subir des fluctuations de pression dans l’échantillon et des bulles de DO₃ sortant de la solution. De plus, ils doivent utiliser des matériaux de construction résistants à l’ozone car l’ozone est particulièrement corrosif.

Une fois qu’un système a été mis en place de telle sorte que:

• il y a une bonne désinfection de l’O₃ dosé
• la position de surveillance est réglée suffisamment en aval du point de dosage pour assurer un régime permanent mais pas trop loin en aval pour que le DO₃ ait pu sortir de la solution

alors le contrôle PID peut être utilisé pour contrôler le dosage à un point de consigne résiduel.

L’ozonation de l’eau de mer

L’ajout d’ozone à l’eau de mer apporte un niveau supplémentaire de complexité dans la mesure où l’ozone oxyde les ions bromure dans l’eau de mer en HOBr. Cette réaction d’oxydation réduit les radicaux DO₃ en OH qui à leur tour agissent également comme un désinfectant oxydant. En effet, l’ajout d’O₃ à l’eau de mer peut signifier que la désinfection est réalisée à la fois par DO₃ et HOBr. Il peut également y avoir un brome libre résiduel.

Cet ensemble de réactions rend extrêmement difficile le contrôle du dosage à l’aide d’un capteur DO₃, et de nombreux opérateurs utilisent simplement un capteur de brome libre (ou de brome total) pour contrôler leurs taux d’ajout.

Références

1. World Health Organisation. Water Treatment and Pathogen Control: Process Efficiency n Achieving Safe Drinking Water (2004)
2. Korich, D. et al, Effects of Ozone, Chlorine Dioxide, Chlorine, and Monochloramine on Cryptosporidium parvum Oocyst Viability. Applied and Environmental Microbiology 56, 1423-1428 (1990)
3. Montecalvo, J., Williams, D., Application of Ozonation in Sanitising Vegetable Process Washwaters. California Polytechnic State University, San Luis Obispo (2006)
4. United States Environmental Protection Agency. Wastewater Technology Fact Sheet: Ozone Disinfection (1999)
5. United States Nuclear Regulatory Commission. Material compatibility with Ozone. (2018)
6. United States Department of Environmental Protection, Department of Water Supply and Wastewater Management. Drinking Water Operator Certification Training, Chapter 27: Ozone
7. Jule, Y., Michaudel, C., Fauconnier, L., Togbe, D. & Riffel, B. Ozone-induced acute and chronic alterations in the lung in mice: a combined digital imaging and functional analysis. European Respiratory Journal. 52 4313 (2018)
8. Health and Safety Executive. Ozone: Health Hazards and Control Measures. (2014)
9. H. Paillard, B. Legube, M.M. Bourbigot & E. Lefebvre. Iron and Manganese Removal with ozonation in the Presence of Humic Substances. Ozone: Science & Engineering 11 93-113 (1989)
10. Centre for Environment, Fisheries and Aquaculture. Ozone – potential application in depuration systems in the UK (2010)

Les capteurs membranaires présentent de nombreux avantages par rapport aux capteurs non membranaires, tels que des résolutions plus élevées, moins d’interférences et un effet considérablement réduit des changements de débit. Ces avantages peuvent faire une énorme différence dans les résultats, en particulier si le coût du produit chimique dosé est assez élevé. Pour les capteurs de chlore libre, l’utilisation d’une membrane peut rendre votre mesure beaucoup moins dépendante du pH (si vous utilisez des capteurs de Pi), ce qui signifie que votre mesure reflète plus précisément le chlore résiduel.

En tant que tels, les capteurs à membrane sont désormais largement la norme dans la mesure du chlore résiduel et sont également répandus pour les moniteurs de dioxyde de chlore et d’ozone, mais saviez-vous que…
…les capteurs à membrane sont sensibles aux changements de pression?
…les sorties de la cellule à circulation peuvent avoir des cavitations même lorsque l’eau les traverse?
…les capteurs à membrane peuvent toujours être utilisés lorsque la sortie ne va pas à l’évacuation?
…Pi a conçu et conçu des solutions à tous ces problèmes potentiels?

Sensibilité à la pression

Les capteurs membranaires ont une propriété qui doit être soigneusement gérée; ils sont sensibles à la pression. Pi a été l’un des premiers à adopter la technologie des membranes, nous savons donc que l’installation de ces capteurs est tout aussi importante que le capteur lui-même. En fait, les mêmes capteurs dans différentes cellules à circulation peuvent donner des résultats très différents.

Afin d’éviter les variations de pression affectant la sonde, Pi utilise généralement des cellules à circulation ouvertes qui éliminent la variabilité de la pression avant qu’elle n’atteigne la sonde.

Débit

Que l’échantillon vers la cellule soit pompé, alimenté par gravité ou provienne d’une ligne sous pression, il est important que le débit soit contrôlé dans une plage de 350 à 1000 ml par minute, pour s’assurer qu’un débit suffisant atteint le capteur et pour empêcher que la cellule à circulation déborde.

Si le débit vers la cellule est variable, Pi peut fournir une vanne de régulation qui contrôle le débit à environ 500 ml par minute, ce qui empêche la cellule de déborder lorsque les variations de pression entrainent plus de débit que la cellule ne peut gérer, tout en assurant un débit adéquat lorsque le débit/la pression de la ligne d’échantillonnage diminue.

Cavitations

La sortie de la cellule à écoulement doit être ouverte à l’atmosphère et totalement dégagée. Tout système avec une longue conduite de sortie (en particulier un tuyau flexible) est sujet à des cavitations, ce qui provoquera un débordement de la cellule. Les sorties visuellement claires et même traversées par de l’eau peuvent être partiellement bloquées par de l’air, ce qui provoque le débordement de la contre-pression dans la cellule. Ceci est très facile à diagnostiquer car si vous voyez la cellule déborder et que vous retirez le tuyau de sortie, vous verrez la cellule revenir à un fonctionnement normal dans les 10 secondes environ. S’il s’agit d’un problème persistant, envisagez d’installer un dégazage à l’aide d’un entonnoir disponible dans le commerce.

Sorties qui ne vont pas à l’évacuation

L’eau d’un capteur à membrane n’a pas besoin d’être éliminée. Pour les procédés où l’économie d’eau est une priorité élevée, un simple système de réservoir et de pompe qui refoulera l’échantillon d’eau dans votre ligne de procédé principale permettra de réduire les pertes d’eau à presque zéro. Le contrôleur CRIUS^®4.0 de Pi peut être utilisé pour contrôler ce processus de retour et garantir que ce réservoir ne déborde jamais et peut se vidanger automatiquement périodiquement pour éviter l’accumulation de sédiments.

Et si les choses tournent mal?

Comme n’importe quel ingénieur en eau peut vous le dire, quelle que soit la qualité de la conception du système, les conduites se bouchent, les pompes se cassent et quelqu’un sur le site manipule les réglages. Pi reconnaît ces défis et a conçu des solutions dans nos systèmes. Tous les systèmes de capteurs à membrane Pi ont la possibilité de:

• Disposer d’un détecteur de débit pour vérifier la perte de débit d’échantillon
• Utiliser une protection contre la suralimentation du dosage pour vous protéger contre les conduites de dosage obstruées ou la défaillance de la pompe
• Avoir un accès à distance pour les alarmes SMS ou e-mail
• Utiliser des relais pour déclencher des gyrophares ou des sirènes pour les alarmes ou contrôler des vannes et des pompes
• Personnaliser les niveaux de sécurité des utilisateurs pour contrôler qui peut modifier quels paramètres
• Utiliser des journaux d’état qui montrent ce qui est arrivé au système et quand.

Les Cellules à Circulation Fermées

Pour les capteurs à membrane, la meilleure façon technique de loger un capteur à membrane est avec une cellule à circulation ouverte. Il y a des occasions où cette solution n’est tout simplement pas réalisable et dans ces cas, les cellules à circulation fermées de Pi, qui peuvent supporter une surpression allant jusqu’à 3 bars, sont la meilleure solution.

De nombreux sites différents, répartis dans l’ensemble de l’industrie de l’eau, luttent quotidiennement pour que l’instrumentation fonctionne correctement en raison de l’encrassement. Cependant, saviez-vous que…
…des systèmes d’autonettoyage et d’auto-rinçage sont désormais disponibles auprès de Process Instruments pour la plupart des types de capteurs?
…ces systèmes d’élimination de l’encrassement peuvent prolonger la durée de vie des capteurs et réduire considérablement les fréquences de maintenance?
…les systèmes d’autonettoyage/rinçage de Pi sont abordables, simples et sans problème de par leur conception?

Encrassement du Capteur

Quel que soit le processus surveillé, il y a souvent quelque chose dans l’échantillon d’eau capable d’encrasser un capteur, et donc de provoquer des résultats erronés. La solution évidente à ce problème est de nettoyer le capteur, mais quelle doit être la régularité des programmes d’inspection et de nettoyage pour chaque pièce d’instrumentation? Trop régulier et le régime d’inspection et de nettoyage prend du temps et est inutilement coûteux. Pas assez souvent et l’instrumentation donnera de faux résultats et échouera probablement prématurément.

Quelle est la solution?

Systèmes AutoClean et AutoFlush de Process Instruments

Simples, fiables et faciles à entretenir, les systèmes AutoClean/AutoFlush de Process Instruments sont une alternative aux mécanismes de nettoyage mécaniques qui peuvent se boucher et se casser. En pulvérisant régulièrement le capteur/sonde avec de l’eau ou de l’air propre, le capteur reste propre et exempt d’encrassement pendant de longues périodes. Le cycle de nettoyage du capteur est activé par le contrôleur de Pi pour une durée et une fréquence sélectionnables par l’utilisateur afin que, quelle que soit la saleté de l’application, la sonde reste propre. En l’absence de pièces mobiles dans le corps du capteur ou dans l’accessoire de nettoyage, il n’y a rien à remplacer ou à vérifier, à part une simple vanne positionnée dans un endroit facile d’accès.

Les systèmes AutoClean et AutoFlush de Pi peuvent assurer un fonctionnement sans problème et sans encrassement des capteurs pendant des semaines, voire des mois.

Une solution pour chaque application

Nettoyage Automatique

Cette option peut être ajoutée à nos capteurs de pH, redox, turbidité, matières en suspension et oxygène dissous (OD). Composé d’un embout de nettoyage pour diriger le flux d’eau propre (ou d’air pour un capteur d’oxygène dissous) sur la face du capteur pour éliminer tout encrassement. Le nettoyage est contrôlé par une vanne unique positionnée dans un endroit facilement accessible.

Vérification Automatique

Si vous utilisez de l’air pour nettoyer un capteur d’oxygène dissous, le système peut également vérifier automatiquement que le capteur répond toujours correctement, éliminant ainsi le besoin de retirer le capteur de l’échantillon pendant des mois.

Rinçage Automatique

Pour les capteurs qui nécessitent le montage d’une cellule à circulation comme le chlore, l’ozone et le dioxyde de chlore, un système AutoFlush a des vannes intégrées qui démarrent/arrêtent automatiquement le débit d’échantillon et contrôlent le débit d’eau propre sur la sonde. L’utilisateur peut définir l’intervalle et la durée de rinçage pour éviter que la cellule à circulation et le capteur ne s’encrassent. Pour les contaminants particulièrement sales ou tenaces, de l’eau chaude peut être utilisée comme eau de rinçage pour faciliter le nettoyage.

Avec les options ci-dessus, quelle que soit l’application ou le paramètre mesuré, Process Instruments sera en mesure de fournir un système de surveillance qui sera non seulement précis, répétable et durable, mais qui restera également exempt d’encrassement et permettra à l’opérateur d’économiser du temps et de l’argent.

Vous savez probablement que la plupart des analyseurs de chlore, d’ozone et de dioxyde de chlore sont étalonnés à l’aide de kits DPD portables, mais saviez-vous que…
…DPD ne peut pas vous dire quand vous n’avez pas de résidu?
…les erreurs sur les performances du DPD peuvent aller jusqu’à ± 100 %?
…un nombre important d’appels de service reçus par Pi sont liés à un mauvais étalonnage?

Qu’est-ce que le DPD?

Le DPD (N.N-diéthyl-p-phénylènediamine) est un produit chimique qui, lorsqu’il est mélangé à de l’eau contenant un oxydant, change de couleur en fonction de la concentration de l’oxydant présent. Un colorimètre portable mesure la lumière traversant la solution colorée. L’absorption de cette lumière par le liquide donne une valeur de concentration. Il est généralement utilisé pour vérifier la concentration, par exemple, de chlore libre, de chlore total, d’ozone et de dioxyde de chlore, etc. dans l’eau.

Lorsque le kit DPD donne une valeur, il est souvent utilisé pour étalonner des instruments en ligne… et c’est là qu’intervient Pi!

En tant que fabricant d’instruments en ligne, nous devons comprendre la technique DPD afin d’aider nos clients lorsqu’ils ont des problèmes pour étalonner leurs moniteurs en ligne.

Ce Focus Sur examinera:

• Les limites du DPD (turbidité, zéro oxydant, blanchiment, pH et interférents).
• Minimisation des erreurs de mesure DPD (échantillonnage, alignement et nettoyage).
• Points à surveiller (faibles concentrations, couleur rose, vitrail).
• Chimie peu connue (mesure du brome, du chlorite versus le dioxyde de chlore).
• Rincer et répéter: est-ce que ça vaut vraiment la peine de répéter ma mesure?

Quelles sont les limites du DPD?

Le DPD ne peut pas mesurer en dessous d’environ 0,05 ppm.

Si vous pensez qu’il n’y a aucun oxydant dans votre échantillon, maintenez le flacon jusqu’à une surface blanche. Si vous ne voyez aucune trace de couleur rose, il est probable que la lecture que vous obtenez provient de la tablette DPD qui n’a pas réagi.

DPD ne peut pas mesurer le
chlore libre au-dessus de 6 ppm

(et ne donnera pas toujours une erreur de lecture ‘haute concentration’).

Beaucoup de gens ne savent pas qu’au-delà d’un certain niveau d’oxydant, le DPD ne formera pas sa couleur rose caractéristique et qu’il ‘blanchira’ à la place pour former une solution claire. Cela peut amener les gens à penser qu’il y a peu ou pas d’oxydant dans leur eau, alors qu’en fait il y en a tellement qu’il blanchit leur DPD. Soyez à l’affût d’un éclair de rose lorsque le comprimé ou la poudre est ajouté si vous pensez que votre échantillon est en train de blanchir. NB. des kits et réactifs spéciaux sont disponibles pour mesurer l’oxydant au-dessus de 6 ppm.

DPD ne peut pas faire la distinction entre les oxydants tels que:

chlore, dioxyde de chlore, chlorite, ozone, organochlorures, brome et plus, ce qui signifie que les interférents sont un gros problème.

Le DPD est un produit chimique fantastique, car il est très polyvalent en tant qu’agent colorant, c’est ainsi qu’il donne à l’oxydant la couleur que nous mesurons. Cette polyvalence a un prix, le DPD n’est pas très spécifique en tant qu’outil d’analyse, et donc si d’autres produits chimiques sont présents dans l’échantillon, ils peuvent interférer avec la lecture, donnant un résultat inexact. Les interférents courants incluent le dioxyde de chlore (pour la mesure du chlore et vice versa), le chlorite de sodium, l’ozone, les organochloramines, les peroxydes et bien d’autres.

Minimiser l’erreur de mesure DPD

Voici une checklist imprimable et facile à lire pour garantir des lectures DPD précises à chaque fois.

À quoi faire attention lors de l’utilisation de DPD

Vitrail

La solution rose formée après les tests DPD peut laisser un résidu sur le verre, ce qui affectera la lecture DPD. Ce résidu peut être facilement nettoyé à l’aide de ce qui se trouve dans votre kit DPD.

L’eau du robinet

Si vous utilisez de l’eau du robinet normale pour laver les flacons, les gouttelettes laissées peuvent affecter votre lecture en raison du chlore résiduel dans l’eau potable. Il est préférable (mais pas toujours pratique) d’utiliser de l’eau déminéralisée pour laver vos flacons, mais si ce n’est pas disponible (de l’eau déminéralisée peut être achetée comme eau de recharge de batterie de voiture auprès de n’importe quel fournisseur de pièces automobiles), vous pouvez utiliser de l’eau du robinet bouillie puis refroidie, car l’ébullition élimine tout chlore. Sinon, assurez-vous simplement que les flacons sont parfaitement secs avant utilisation.

Chimie peu connue

DPD a une large gamme d’interférents. Cela signifie que des problèmes récurrents peuvent parfois être causés par la composition chimique de l’échantillon. Par exemple, le chlorite (ClO₂^–) et le dioxyde de chlore affectent tous deux le DPD, mais seul le dioxyde de chlore est mesuré par la plupart des capteurs ampérométriques de dioxyde de chlore.

Le DPD peut être utilisé pour suivre le brome, mais les comprimés DPD No.1 mesurent le chlore LIBRE ou le brome TOTAL. Comme le brome combiné est un désinfectant tout aussi efficace que le brome libre, cela ne pose généralement pas trop de problème, cependant certains capteurs ampérométriques mesurent le brome libre et ne peuvent pas être calibrés à l’aide de comprimés DPD No.1. Pour plus d’informations sur la mesure du brome ou du chlore dans l’eau de mer, veuillez consulter la note technique de Pi sur la chloration de l’eau de mer.