Développement d'un procédé d'oxydation basse énergie pour la désinfection des eaux récréatives

Abstract

L'eau à usage récréatif a besoin d'être filtrée et désinfectée pour éviter la dégradation de sa qualité ainsi que la prolifération de bactéries et d'algues. La dégradation de sa qualité peut amener différents problèmes de santé aux utilisateurs. Il existe plusieurs systèmes de désinfection comme au chlore, au brome ou biologique. Dans ce cadre, la société Aquatic Science développe des systèmes de filtrations biologiques couplés à un système de désinfection et d'oxydation avancée.Ce système utilise une lampe vapeur de mercure pour produire le rayonnement UV-C pour la désinfection ainsi que la production d'ozone pour l'oxydation avancée. L'ensemble du système de désinfection est volumineux et énergivore. Il existe d'autres possibilités pour atteindre une désinfection comme un système photocatalytique couplé à un rayonnement UV-A issus de LED.

L'objectif de ce travail est de développer un procédé d'oxydation basse énergie pour désinfecter les eaux récréatives. Dans un premier temps, différentes voies de synthèses de nanoparticule d'oxyde de zinc sont élaborés au laboratoire. Ces nanoparticules d'oxyde de zinc sont déposées via une méthode de spray coating sur un substrat inox 316L. Différents tests sont effectués pour comparer l'efficacité de dégradation de polluant type en fonction des voies de synthèses. Dans un second temps, pour valider les résultats obtenus en laboratoire, un prototype a été conçu et testé sur un bassin de 400L. La conception du prototype a nécessité une modélisation 3D ainsi qu'une simulation par la méthode des éléments finis de l'écoulement de l'eau au sein du prototype. La source lumineuse de ce prototype est sur un circuit imprimé construit en collaboration avec un partenaire d'Aquatic Science. Le prototype a montré son efficacité comparé aux dispositifs commerciaux malgré la dégradation de celui-ci pendant les tests.

Recreational water needs to be filtered and disinfected to avoid degradation of its quality and the growth of bacteria and algae. Degradation of water quality can lead to various health problems for users. There are several disinfection systems such as chlorine, bromine, or biological. In this context, Aquatic Science develops biological filtration systems coupled with a disinfection and advanced oxidation system. This system uses a mercury vapour lamp to produce UV-C radiation for disinfection and ozone production for advanced oxidation. The whole disinfection system is voluminous and energy consuming. There are other possibilities to achieve disinfection, such as a photocatalytic system coupled with UV-A radiation from LEDs.

The aim of this work is to develop a low-energy oxidation process for disinfecting recreational waters. In a first step, different ways of synthesizing zinc oxide nanoparticles are elaborated in the laboratory. These zinc oxide nanoparticles are deposited via a spray coating method on a 316L stainless steel substrate. Various tests were carried out to compare the degradation efficiency of the typical pollutant according to the synthesis methods. Secondly, to validate the results obtained in the laboratory, a prototype was designed and tested on a 400L tank. The design of the prototype required 3D modelling and finite element simulation of the water flow inside the prototype. The light source of this prototype is on a printed circuit board built in collaboration with a partner from Aquatic Science. The prototype has shown its effectiveness compared to commercial devices despite the degradation of the prototype during testing.