principes de dimensionnement

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Un réacteur UV est caractérisé par ses pertes de charge et la dose qu’il est susceptible de délivrer pour un débit donné.

Les pertes de charges suivantes sont à prendre en compte :

  • pertes de charge à travers l’ensemble des modules ou réacteurs obtenues à partir d’essais ;
  • pertes de charge liées au système de contrôle de niveau pour les systèmes ouverts (déversoir fixe ou mobile) ;
  • éventuellement, pertes de charge liées au système de tranquillisation en amont des modules ou réac­teurs.

La dose UV délivrée par le réacteur peut être obtenue par 3 approches : par calcul moyen, par calcul discret et par Bioessai.

calcul moyen de la dose UV

La dose UV est exprimée comme le produit d’une intensité UV par un temps de séjour. Si cette approche est simple lorsque la source UV est unique et le micro-organisme est immobile, elle devient beaucoup plus compliquée pour des réacteurs comprenant plusieurs sources UV et ayant un comportement dynamique. Les paramètres physiques de vieillissement des lampes (durée de fonctionnement, nombre de cycles mar­che/arrêt) doivent également être pris en compte.

La dose moyenne délivrée par le système de désinfection est exprimée par la relation suivante :

Formule : principes de dimensionnement - calcul moyen de la dose UV

facteur de fin de vie de lampes Fp

La puissance délivrée par une lampe diminue en fonction de son nombre d’heures de fonctionnement. Ce phénomène est principalement dû à l’oxydation des impuretés contenues dans l’enveloppe des lampes et à l’appauvrissement des électrodes. Le facteur de vieillissement des lampes est égal au rapport de la puis­sance UV fournie après N heures de fonctionnement à la puissance mesurée après 100 heures de fonction­nement. La valeur du coefficient Fp de fin de vie est la valeur de Fp pour laquelle on décide de remplacer les lampes, ce coefficient varie entre 0,65 et 1.

intensité moyenne d’un réacteur, calcul de I moy

L’intensité moyenne délivrée par un réacteur est obtenue à partir d’un calcul prenant en compte les élé­ments suivants : les dimensions du réacteur, la puissance et le nombre de lampes, l’espacement entre les lampes, le diamètre et la nature des gaines de quartz et enfin la transmittance de l’eau. Cette intensité moyenne peut être calculée pour différentes longueurs d’onde de manière à intégrer précisément les carac­téristiques des lampes et de l’eau (cas des lampes moyenne pression).

temps de séjour hydraulique t

Il s’agit du temps de séjour théorique pendant lequel un micro-organisme sera exposé au rayonnement ultraviolet. Il est égal au volume du ou des réacteurs divisé par le débit hydraulique.

facteurs hydrauliques u/t et Fh

Le facteur q/t est le rapport du temps de séjour moyen mesuré par traçage au temps de séjour théorique. Il caractérise le comportement piston du ou des réacteurs. Sa valeur varie entre 0,85 et 1.

Le facteur Fh prend en compte le mélange radial à l’intérieur du réacteur. Un mélange radial important permettra aux micro-organismes de changer de « niveaux d’irradiance » et donc augmentera l’efficacité du réacteur. Sa valeur varie entre 0,5 et 1.

facteur d’encrassement Ft

Le facteur d’encrassement prend en compte l’effet des éléments se déposant à la surface des gaines de quartz protégeant les lampes. Les principaux composés rencontrés sont des graisses, des composés à base de calcium ou de sels métalliques. L’encrassement est plus marqué lorsque la température de fonctionne­ment des lampes augmente. Il peut être minimisé grâce à l’utilisation d’un système de nettoyage dont la fré­quence d’utilisation reste spécifique à l’application. La valeur du facteur d’encrassement varie entre 0,5 et 0,9.

calcul discret de la dose UV

La dose délivrée par un réacteur peut également être calculée à partir d’un couplage entre le champ UV (distribution des flux UV à l’intérieur du réacteur) et les trajectoires des micro-organismes traversant le réac­teur. Le calcul du champ UV prend en compte la puissance de la lampe, son spectre, les absorbances des gaines de quartz et de l’eau (figure 36). Les trajectoires des micro-organismes sont déterminées à l’aide d’une modélisation hydraulique renseignant également le champ de vitesses (figure 37). La dose reçue par un micro-organisme est obtenue en sommant les doses infinitésimales reçues le long de sa trajectoire. En considérant plusieurs micro-organismes, on obtient une distribution de doses permettant, à partir des cour­bes d’inactivation (figure 33), de déterminer les performances d’un réacteur.

exemple distribution flux UVC réacteur UV six lampesImage sécurisée
Figure 36. Exemple de distribution du flux UVC dans un réacteur UV à six lampes
modélisation hydrodynamique réacteur UV – trajectoire micro-organismesImage sécurisée
Figure 37. Modélisation hydrodynamique d’un réacteur UV – trajectoire des micro-organismes

à partir du bioessai

La courbe de Bioessai permet également le dimensionnement d’un système de désinfection UV. Pour ceci, elle doit être exprimée sous la forme :

Formule : principes de dimensionnement - à partir du Biossay

et ceci pour un ou plusieurs micro-organismes tests.