*  Propriété de l’ozone

- Généralités
L'ozone est un composé odorant que l'homme peut détecter naturellement à des concentrations aussi faibles que 0,01 ppm.
Pratiquement incolore, il présente cependant sous une forte épaisseur, une légère couleur bleutée qu'il transfère aux eaux de bonne qualité. Son maximum d'absorption est à 254 nm, et cette propriété est mise à profit pour mesurer sa concentration dans le gaz vecteur contenant l'oxygène qui lui a donné naissance.
La valeur de son potentiel d'oxydo-réduction est de 2,07 volts, ce qui témoigne de son caractère d'oxydant puissant. Faiblement soluble, il suit la loi de Henry pour sa dissolution dans l'eau. Composé triatomique de l'oxygène, il est particulièrement instable, tant en phase gazeuse que sous forme dissoute dans l'eau : toute augmentation de température, de pH, de quantité de matières oxydables, favorise sa décomposition en oxygène et parfois en radicaux eux-mêmes oxydants. Ainsi, dissous dans l'eau, l'ozone peut persister de quelques secondes à un jour, ce qui démontre la relativité de sa rémanence.

- L'ozone et les germes microbiens
Deux caractères principaux sont reconnus à I'action de l'ozone sur la destruction des micro-organismes : non sélectivité et rapidité.

- non sélectivité :
Selon les conditions d'application de l'ozone, la plupart des germes pathogènes ou non pour l'homme, sont détruits; au sein d'une même espèce, l'ozone se montre efficace pour des doses souvent variables : ainsi, parmi les bactéries, Drapeau cite le cas de Streptococcus Faecalis qui est détruit à 100 % en 15 secondes et à 25°C par 0,01 mg O3/l, alors que 0,12 à 0,19 mg O3/l sont nécessaires pour Escherichia Coli.

De même, l'ozonation permet d'éliminer des germes appartenant à des espèces très variées, virus, champignons et levures, bactéries et protozoaires,...
Drapeau cite les travaux d'Evison sur le bactériophage de E. Coli : en 10 minutes, 99 % d'élimination sont obtenus avec 4mg O3/l permettant d'en détruire 99.9 % en 2,5 minutes.
Enfin, pour un même type de germes, l'ozone a une action destructive quel que soit leur état, y compris pour des formes résistantes : ainsi pour l'espèce Bacillus Cereus, la destruction totale est obtenue avec un résiduel d'ozone dissous, au minimum de 0,12 mg O3/l, tandis que 0,33 mg O3/l sont nécessaires pendant quatre minutes pour éliminer les spores de cette même espèce.

- rapidité :
Selon le résiduel d'ozone présent dans l'eau, le temps d'ozonation nécessaire à la destruction des micro-organismes varie de quelques secondes à quelques minutes.
Ainsi à 12°C, 48 secondes suffisent pour l'élimination de
99,99 % de bactéries E. Coli dans une eau tamponnée avec 12,5 mg O3/l. A titre de comparaison, des résiduels d'ozone de 0,05 à 0,45 mg/l détruisent des virus de la poliomyélite (souche Le et Mv) en deux minutes, au lieu de 1 h 30 à
3 heures pour des résiduels de chlore de 0,5 à 1 mg/l.
D'une manière générale, des temps relativement courts et des résiduels d'ozone faibles sont suffisants pour répondre aux meilleurs critères sanitaires.

- Quantification de l'activité
Avant toute tentative, il est indispensable de mieux comprendre le mode d'action de l'ozone sur les divers germes microbiens.
Du fait de son potentiel d'oxydo-réduction très élevé, l'ozone agit essentiellement comme un oxydant ; s'il paraît attaquer préférentiellement les liaisons insaturées lipoprotéiniques de la paroi cellulaire, dont il modifie la perméabilité, il n'en est pas moins vrai que l' oxydation des constituants internes de la cellule a été constatée : inhibition irréversible d'enzymes telles que les déshydrogénases, destruction des acides nucléiques. Le degré d'altération des cellules est fonction des conditions d'ozonation : dans le cas des bactéries, l'ozonation peut aboutir à la lyse des cellules, et dans le cas de virus, à leur désagrégation.
De nombreux auteurs ont essayé de quantifier l'action de l'ozone sur les germes. Par analogie avec les halogènes, ils ont fait intervenir deux notions : celle du temps de contact (TC) et celle du résiduel d'ozone dissous dans l'eau (RO3) :

(RO3)x x (TC)y = K

x et y étant les paramètres dépendant du type de germe et de la qualité physico-chimique du milieu, K étant une constante dépendant du degré de destruction des germes considérés.
Il peut arriver d'observer des abattements non négligeables de germes lors d'une ozonation alors que la quantité d’ozone dissous, n'est pas significative.

Plusieurs hypothèses peuvent être émises :

- la mesure de l'ozone dissous, qui donne une valeur moyenne, reflète plus un état physico-chimique de l'eau, comme peut le faire la mesure du potentiel d' oxydo-réduction. Elle ne tient pas compte des gradients de concentration générés par les systèmes classiques de diffusion.
- le dénombrement des germes ne tient pas compte de leur état d'agrégation.
Sous forme dispersée, les micro-organismes sont plus facilement détruits puisque plus aisément atteints par l'ozone, que lorsqu'ils sont accolés entre eux ou inclus dans des particules en suspension dans l'eau.
Néanmoins, le potentiel de destruction des germes fait appel à la fois aux notions de temps et de quantité d'ozone. C'est pourquoi nous préférons la formulation suivante :

   Ln ( N ) = a Ln ( TT ) + b (RO3) + c
(No)

No étant le nombre initial de germes,
N étant le nombre de germes après le temps de contact t,
a, b et c étant des constantes dépendant du milieu, du type de germes et de leur état général, ainsi que des conditions d'ozonation, TT étant la quantité d'ozone injectée dans l'eau, et RO3 le résiduel d'ozone dissous dans l'eau au temps t.

Cette formule n'est qu'approchée ; en fait toutes les cinétiques semblent se décomposer en deux parties : la première, rapide, permet de s'affranchir de la majorité des germes ; la seconde, de pente plus faible, entraîne la destruction de micro-organismes, dont ceux qui ne sont pas sous forme dispersée dans l'eau.

    * Mise en œuvre de l’ozonation

Avant de décrire les différentes conditions d'application de l'ozone, il importe d'effectuer un bref rappel sur la synthèse de l'ozone et sur sa mise en contact dans l'eau.

Technologie de l'ozone
Les générateurs d'ozone :
La fabrication de l'ozone a été largement décrite dans la littérature. Rappelons simplement que la dissociation des molécules d'oxygène contenues dans un gaz vecteur, et la recombinaison partielle des atomes ainsi libérés en un composé triatomique, l'ozone, s'effectue à l'intérieur d'une zone de décharge électrique ou effluves. La synthèse de l'ozone ne nécessite donc que de l'oxygène de l'air ou tout autre mélange contenant de l'oxygène, de l'eau pour évacuer la chaleur créée par les décharges, et de l'énergie fournie par un courant électrique à haute tension (plusieurs dizaines de kilovolts).
Un élément générateur d' ozone se compose de deux électrodes séparées par un diélectrique solide (généralement du verre borosilicaté) de faible épaisseur et par un mince intervalle gazeux où circule le gaz contenant l'oxygène et dans lequel ont lieu les décharges électriques.
Que cet élément de base soit de forme tubulaire ou plane, que l'une ou l'autre des électrodes soit refroidie (voire les deux), que l'alimentation électrique ait lieu à une fréquence normale, moyenne ou haute, dans tous les cas les générateurs industriels d'ozone se composent d'un assemblage d'une multitude de générateurs élémentaires. La capacité unitaire d'un ozonateur dépend de leur nombre qui peut avoisiner mille éléments.
Actuellement, les plus gros générateurs d'ozone peuvent fournir 23 kg O3/h à partir d'air et à la fréquence de 50 hz.
Alimentés en moyenne fréquence, leur capacité est portée à 5O kg O3/h. Si on remplace alors l’air, la production d’ozone par ozonateur atteint le record mondial de 130 kg O3/h.

Les systèmes de mise en contact
L'ozone est peu soluble dans l'eau, mais cependant bien plus que l'oxygène, tous les paramètres étant gardés constants. Son transfert dans l'eau à traiter s'effectue selon la loi de Henry.
Ainsi, moins l'eau contient d'éléments oxydables, plus il est nécessaire de se rapprocher des conditions optimales : importante hauteur d'eau (4 m et plus) de façon à augmenter le temps de séjour des bulles de gaz ozoné, diamètre des bulles compris entre 3 et 5 mm afin de renouveler rapidement l'interface gaz-liquide grâce à des mouvements réguliers de convexion interne, concentration élevée en ozone du gaz vecteur (15 à 20g O3/Nm3 air) de façon à augmenter son transfert.
Pour introduire l'ozone dans l'eau, plusieurs systèmes peuvent être utilisés. Leur choix dépend de la qualité de l'eau, du but de l'ozonation et des conditions particulières inhérentes à l'installation.
La diffusion par poreux en céramique. plans ou tubulaires est la plus courante ; l'air ozoné étant généralement délivré sous pression, ce moyen de transfert s'avère très économique, mais inadéquat lorsque l'eau contient des matières en suspension ou sédimentables. Il permet cependant d'étager les injections d'ozone, ce qui est nécessaire dans les cas de mise en conformité sanitaire. Dans les autres cas, ou lorsque l'on veut réutiliser l'ozone des gaz des évents, on peut utiliser les systèmes suivants : émulseurs. injecteurs (à débit partiel ou non) mélangeurs statiques, et turbines (auto-aspirante ou non).

- Conditions d'application de l'ozone
Exemple d'une station d'épuration de coquillages :
Située en pleine région d'élevage de coquillages en bordure d'un étang, la station reçoit à des fins d'épuration principalement des moules, des huîtres et des palourdes susceptibles d'être contaminées. L'eau de mer est prélevée dans l'étang à une cinquantaine de mètres du rivage; cette eau, pompée au débit maximum de 150 m3/h, subit une ozonation à des fins de désinfection. L'ozone est fourni par un ozoneur de 18 "tubes", pouvant produire 270 g O3/h à partir d' air. Quant à la mise en contact de l'eau de mer avec l'ozone, elle s’effectue par l'intermédiaire de diffuseurs poreux dans une chambre comportant deux compartiments; le temps de contact total varie de 6 à l0 mn, le taux de traitement de 1 à 1,5 ppm et la hauteur de l'eau est voisine de 3,5 m.
Après ozonation, l'eau de mer tombe dans un dernier compartiment d'une capacité maximale de 25 m3 qui sert de réservoir. Ce réservoir possède un détecteur de niveau minimum et maximum : ainsi selon la hauteur de l'eau dans le réservoir, le pompage et l'ozonation sont automatiquement mis en route ou arrêtés.
Ainsi traitée, l'eau de mer alimente les bassins d'épuration des coquillages; au nombre de 8, de 20 m3 chacun, ils sont divisés longitudinalement en deux compartiments. Leur longueur avoisine 10 m, leur hauteur moyenne est de 1 m et leur fond possède une pente de 2 %. Les paniers contenant les coquillages sont isolés du fond du bassin grâce à des butées placées sur les parois longitudinales. Des bouches de distribution permettent de répartir l'eau de mer ; situées dans la partie haute des bassins, elles sont régulièrement espacées sur l'une des parois longitudinales. L'évacuation de l'eau de mer s'effectue grâce à une bonde amovible située à l'extrémité la plus profonde du bassin. Une chicane judicieusement placée permet d'éliminer à la fois l'eau de surface et surtout l'eau située au fond des compartiments. Après utilisation, l'eau est rejetée dans l'étang.
Son débit de renouvellement dans les bassins varie de 2 à
5 m3/h lorsque le traitement s'effectue en continu. Mais dans tous les cas, les coquillages sont répartis uniformément sur une faible épaisseur dans des paniers à raison de 35 kg/m2.