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FR2966055B1 - PROCESS AND DEVICE FOR TREATING CHLORINATED POLLUTANTS BY PHOTOCATALYSIS - Google Patents

PROCESS AND DEVICE FOR TREATING CHLORINATED POLLUTANTS BY PHOTOCATALYSIS Download PDF

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FR2966055B1
FR2966055B1 FR1058390A FR1058390A FR2966055B1 FR 2966055 B1 FR2966055 B1 FR 2966055B1 FR 1058390 A FR1058390 A FR 1058390A FR 1058390 A FR1058390 A FR 1058390A FR 2966055 B1 FR2966055 B1 FR 2966055B1
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FR
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catalyst
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reactor
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Fabien Gerardin
Jean-Claude Andre
Anaelle Cloteaux
Marie Faure
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Institut National De Rech Et De Securite Pour La Prevention Des Accidents Du Travail Et Des Maladies
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National de Recherche et de Securite INRS
Original Assignee
Institut National De Rech Et De Securite Pour La Prevention Des Accidents Du Travail Et Des Maladies
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National de Recherche et de Securite INRS
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Abstract

Ce procédé de conversion de polluants chlorés, contenus dans un effluent à traiter, en composés chlorés oxydants, comprend : a) une étape de strippage des substances chlorées volatiles contenues dans l'effluent liquide, et b) une étape de photocatalyse desdits polluants chlorés. Ce procédé peut être utilisé en particulier pour décomposer le trichlorure d'azote et le chloroforme.This process for converting chlorinated pollutants, contained in an effluent to be treated, into oxidizing chlorine compounds comprises: a) a step of stripping the volatile chlorine substances contained in the liquid effluent, and b) a step of photocatalysis of said chlorinated pollutants. This process can be used in particular to decompose nitrogen trichloride and chloroform.

Description

Procédé et dispositif de traitement de polluants chlorés par photocatalyse

La présente invention concerne un procédé de conversion de polluants chlorés, contenus dans un effluent à traiter, en composés chlorés oxydants.

Elle se rapporte en particulier à la conversion de polluants chlorés, présents dans les établissements aquatiques et dans l’industrie agro-alimentaire.

La présente invention concerne également un dispositif mettant en œuvre un tel procédé de conversion.

Le chlore est largement utilisé en raison de son faible coût, de ses bonnes propriétés bactéricides et de sa simplicité de mise en œuvre. Il peut être employé sous diverses formes, par exemple gazeuse ou liquide (eau de Javel, ...) et est, à ce jour, l’agent désinfectant le plus communément employé dans les établissements aquatiques, tels que les piscines.

Le chlore est un produit particulièrement réactif, notamment au contact des substances azotées et/ou carbonées. Le chlore en solution, qui se trouve majoritairement sous forme d’ion hypochlorite ou d’acide hypochloreux, participe à des réactions chimiques avec des matières azotées générées par l’activité humaine telles que la sueur, la salive ou l’urine, ou avec des déchets végétaux ou animaux. Ces réactions conduisent, entre autres, à la formation de sous-produits, tels que les trihalométhanes (THM), les acides halogéno-acétiques, les halogéno-cétones et les chloramines dont la forme la plus halogénée, le trichlorure d’azote ou trichloramine, de formule NCI3, est très volatil et irritant pour les voies respiratoires et pour les yeux.

Le trichlorure d’azote génère de fortes nuisances oculaires et respiratoires, notamment auprès du personnel de surveillance posté à proximité des bassins d’établissements aquatiques. Le trichlorure d’azote a fait l’objet d’études toxicologiques et épidémiologiques. Ces travaux ont abouti à la proposition d’une valeur moyenne d’exposition égale à 0,5 mg.m-3 dans l’air, valeur en dessous de laquelle les personnes exposées ne ressentent pas une gêne contraignante.

De même, l’intoxication par ingestion ou par inhalation du trichlorométhane ou chloroforme, de formule CHCI3, peut provoquer des irritations de la peau, des yeux, voire, à forte dose, un coma. Le chloroforme a été classé en tant que cancérigène probable par le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC).

Par ailleurs, une valeur limite d’exposition professionnelle contraignante dans l’air des locaux de travail a été établie en France pour le chloroforme. Le Code du Travail, en vertu de l’article R. 4412-149, a déterminé cette valeur à 10 mg.m-3 pour une période de référence de huit heures.

Il existe donc un besoin de proposer des solutions de prévention destinées à réduire les expositions à ces composés. L’une des solutions technologiques permettant une atténuation des expositions au trichlorure d’azote repose sur le principe de l’extraction gaz/liquide, appelée communément strippage. Cette technique consiste à mettre en contact l’effluent liquide à traiter avec de l’air et conduit à une atténuation significative, industriellement validée de l’exposition au trichlorure d’azote. Elle permet également le strippage de copolluants volatils tels que le chloroforme.

Cependant, cette solution ne se révèle pas satisfaisante d’un point de vue environnemental puisque les polluants extraits sont rejetés dans l’environnement, sans avoir subi de traitement chimique ou physico-chimique préalable.

Il existe déjà, dans l’état de la technique des solutions permettant de traiter ce type de polluants.

On connaît ainsi du document EP 0 614 682 un procédé pour éliminer des polluants, notamment des composés organiques chlorés, mettant en œuvre du dioxyde de titane ou un mélange de dioxyde de titane et du charbon actif.

La demande de brevet FR 2 794 033 divulgue un procédé de purification d'effluents gazeux par réaction photocatalytique selon lequel, sous un rayonnement ultraviolet, on met en contact l'effluent gazeux selon un mouvement de léchage avec un ou plusieurs supports, puis on le fait traverser un second support, les supports étant revêtus d'au moins un agent photocatalyseur.

Par ailleurs, le brevet US 5 832 361 propose un dispositif permettant de décomposer le trichlorure d’azote gazeux par photolyse.

Les techniques connues ne permettent toutefois pas de réduire suffisamment la concentration des polluants dans l’effluent à traiter ou ne respectent pas l’environnement.

Le but de l’invention est donc de proposer un traitement d’effluents gazeux permettant de réduire davantage la concentration des polluants dans l’effluent liquide.

Elle a donc pour objet un procédé de conversion de polluants chlorés, contenus dans un effluent liquide à traiter, en composés chlorés oxydants, comprenant : a) une étape de strippage de substances chlorées volatiles contenues dans l’effluent liquide, et b) une étape de photocatalyse desdits polluants chlorés.

Cette association s’est avérée particulièrement appropriée pour la conversion de polluants chlorés en composés chlorés oxydants. Elle permet notamment la formation d’acide hypochloreux, dont les propriétés bactéricides sont reconnues, et autorisant un recyclage partiel du chlore.

Par « composés chlorés oxydants », on entend au sens de l’invention des composés contenant du chlore à un degré d’oxydation de 0 ou +1.

Un tel procédé permet d’une part, de décomposer le trichlorure d’azote et le chloroforme et d’autre part, de former des composés, non toxiques pour l’Homme et son environnement, et ayant même des propriétés bactéricides. Ces composés, aux propriétés bactéricides reconnues, peuvent alors être introduits, de manière bénéfique, dans le circuit de traitement de l’effluent, notamment les eaux des bassins.

De préférence, les polluants chlorés sont le trichlorure d’azote et/ou le chloroforme.

De manière avantageuse, le procédé selon l’invention comprend en outre une étape de photolyse avant l’étape de photocatalyse.

En effet, le processus photocatalytique permet d’accroître la décomposition du trichlorure d’azote par rapport à la photolyse seule.

De préférence, les composés chlorés oxydants sont choisis parmi le chlore gazeux (CI2), l’acide hypochloreux (HC10) et leurs mélanges.

Par ailleurs, la dégradation photocatalytique du chloroforme conduit majoritairement à la formation de chlorures, sans que la concentration de tétrachlorométhane (CCI4) ne dépasse 1 % de la valeur moyenne d'exposition.

Dans un mode de mise en oeuvre particulier, l’étape de photocatalyse selon l’invention emploie, en tant que catalyseur, du dioxyde de titane. De préférence, on utilise du dioxyde de titane sous sa forme cristalline anatase. L’étape de photocatalyse s’effectue par un rayonnement UV de longueur d’onde inférieure à 388 nm, notamment compris entre 200 et 388 nm, et de préférence compris entre 250 et 388 nm.

Le procédé de conversion peut encore comporter au moins une étape de lavage du catalyseur à l’eau ultra-pure pour laboratoire ou à l’eau faiblement minéralisée, postérieure à l’étape de photocatalyse. Elle permet la régénération du catalyseur. L’invention a également pour objet, selon un second aspect, un dispositif de traitement pour la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-dessus.

Cette installation comporte un réacteur destiné à être alimenté en effluent à traiter et des moyens de traitement de l’effluent par photocatalyse.

Selon une autre caractéristique de cette installation, le réacteur est, en outre, doté d’un catalyseur placé sur un support.

Il peut encore être doté de moyens de photolyse. L’installation peut, en outre, comporter des moyens de lavage du catalyseur. D'autres buts, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un dispositif de traitement de polluants chlorés selon l’invention, à l’échelle de laboratoire ; - la figure 2 est une vue schématique de face d’une première configuration d’un dispositif selon l’invention ; - la figure 3 est une vue de côté du dispositif de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue de côté du dispositif selon un autre exemple de réalisation ; et - la figure 5 illustre de manière schématique le traitement de l’effluent selon l’invention.

La figure 1 illustre un dispositif de traitement de polluants chlorés selon l’invention. Un tel dispositif peut être employé pour le traitement du trichlorure d’azote NCI3 et du chloroforme CHCI3 présents dans des bassins aquatiques et, plus particulièrement à convertir ces polluants en composés chlorés oxydants non toxiques, en l’espèce du chlore gazeux (CI2) et/ou de l’acide hypochloreux (HC10), qui peuvent être par la suite utilisés pour leurs propriétés bactéricides.

Plus particulièrement, un dispositif de ce type est destiné à être installé au niveau de bacs tampon d’une installation aquatique, pour traiter l’air sortant du bac tampon, chargé notamment en trichlorure d’azote et chloroforme.

Mais on notera que le dispositif représenté sur la figure 1 est destiné à être mis en œuvre à l’échelle d’un laboratoire et est donc ici adapté pour le traitement de quelques litres par minute d’effluent liquide. En situation réelle, le débit est alors de plusieurs centaines de m3/h. Toutefois, un dispositif industriel est fondé sur des principes structurels et fonctionnels identiques à ceux du dispositif de la figure 1.

Dans l’exemple de réalisation représenté, ce dispositif comporte essentiellement un réacteur 1, comprenant un cylindre 2 en matériau transparent aux radiations lumineuses, par exemple en pyrex®, et un ensemble de sources lumineuses de type tubes fluorescents 3, ici au nombre de six, régulièrement disposés autour du réacteur. Ils sont par exemple placés sur un support 4 coaxial au réacteur.

Il comporte en outre un catalyseur 5 placé sur un support 6.

On peut utiliser, en tant que catalyseur 5, du dioxyde de titane, de préférence sous sa forme cristalline anatase, qui est illuminé par une ou plusieurs sources lumineuses 3 dont tout ou partie délivre un rayonnement inférieur à une longueur d’onde de 388 nm.

On pourra utiliser le dioxyde de titane pur ou associé à une substance minérale permettant une absorption plus conséquente dans le domaine UV/visible. De tels composés sont bien connus en eux-mêmes.

Ce réacteur 1, lorsqu’il est alimenté en effluent à traiter, met en œuvre d’une part, une photocatalyse par action du catalyseur 5 et sous l’action des tubes 3, et d’autre part, une photolyse sous l’action des tubes 3.

Bien entendu, lorsqu’un réacteur de ce type est installé au sein d’une installation aquatique, il est alors doté de tous les moyens de raccordement (non représentés) permettant son installation au sein du bassin et le traitement en continu de l’air à traiter en entretenant un flux continu d’air à traiter au sein du réacteur.

Dans l’application visée par le mode de réalisation de la figure 1, la photocatalyse du trichlorure d’azote et du chloroforme est réalisée dans le réacteur 1, selon les conditions opératoires suivantes :

Le débit entrant de l’effluent à traiter est ici égal à 1,35.10 4 m^s’1.

En ce qui concerne la concentration des polluants chlorés en entrée du réacteur 1, pour le traitement du NCI3, cette concentration est de 10’4 à 5.10’3 mol.m’3, de préférence de l’ordre de 2.10’4 mol.m’3' Pour CHCI3, la concentration est de 10’4 à 5.10’3 mol.m’3, de préférence de l’ordre de 10’3 mol.m’3. Le temps de séjour moyen est égal à 34 s.

La température dans le réacteur est de 1 à 100° C, de préférence égale à 50° C.

Enfin, l’humidité relative est de 10 à 90 %, de préférence égale à 70 %.

Afin de contrôler l’efficacité de conversion, la paroi du réacteur 1 de type piston est munie de quatre piquages 7, par exemple séparés de 0,15 m les uns des autres, et qui sont destinés au suivi de l’évolution longitudinale des concentrations des différentes espèces. L’effluent à traiter est prélevé en entrée et en sortie du réacteur 1, ainsi qu’au niveau de chaque piquage situé le long du réacteur.

Les tubes fluorescents 3 émettent principalement dans le domaine des UV-A, avec un flux photonique de 1,1.10-5 mol de photons.s-1.

Toute autre source lumineuse peut être employée pour délivrer un rayonnement dont tout ou partie est inférieure à une longueur d’onde de 388 nm.

Bien entendu, les propriétés optiques (réflexion et transmission) de l’ensemble des éléments constitutifs du réacteur 1, en particulier le corps en inox du réacteur, le cylindre en pyrex 2, les supports 6 sont adaptées au spectre d’émission des lampes 3.

La dégradation photocatalytique du trichlorure d’azote et du chloroforme peut être mise en œuvre selon deux configurations différentes : en flux traversant et en flux léchant.

La figure 2 illustre la configuration en flux traversant du réacteur 1. Cette configuration correspond à la mise en place de trois disques de catalyseur 5, de 0,08 m de diamètre. Ces supports 6 sont placés perpendiculairement à l’écoulement et espacés de 0,15 m les uns des autres. La surface et la masse totale de catalyseur 5 sont respectivement 0,15 m2 et 0,27g.

La figure 3 illustre une autre vue de la configuration en flux traversant du réacteur 1 dans laquelle se produit l’étape de photocatalyse.

La figure 4 illustre la configuration en flux léchant du réacteur 1. Cette configuration correspond à la mise en place du support 6 selon deux plans axiaux du réacteur 1 et placés perpendiculairement l’un par rapport à l’autre. La surface et la masse totale de catalyseur 5 est de 0,22 m2 et la masse totale de catalyseur 5 est de 4 g.

Mais on notera que le principe du flux traversant ou léchant est applicable également aux réacteurs de taille industrielle adaptée au traitement d’un flux issu d’un bac tampon d’une piscine.

La figure 5 illustre le traitement de l’effluent selon l’invention. Dans l’exemple de réalisation représenté, le bassin aquatique 8 comprend des polluants chlorés tels que, par exemple, le trichlorure d’azote et le chloroforme. Cet effluent à traiter circule ensuite par le premier conduit 9 pour être acheminé jusqu’au bac tampon 10, où s’effectue l’étape de strippage des substances chlorées volatiles contenues dans cet effluent liquide. Le deuxième conduit 11 permet alors le passage, du bac tampon 10 au dispositif de traitement 12, de ces composés volatils, et notamment du trichlorure d’azote et du chloroforme gazeux. Le dispositif de traitement 12 permet le traitement desdits composés volatils en composés chlorés oxydants, par les étapes de photolyse et/ou photocatalyse. Lesdits composés chlorés oxydants sont ensuite réintroduits dans le bac tampon 10, par le troisième conduit 13. Le bac tampon 10 permet alors l’absorption desdits composés chlorés oxydants. Cette eau enrichie en composés chlorés oxydants, et notamment en acide hypochloreux dont les propriétés bactéricides sont reconnues, est ensuite réintroduite dans le bassin aquatique 8, par le quatrième conduit 14.

Bien entendu, le réacteur 1 peut être, en outre, équipé de nombreux organes supplémentaires qui n’ont pas été représentés sur la figure pour des raisons de simplification.

Le flux de trichlorure d’azote échantillonné est collecté sur un support composé successivement : - d’un tube de gel de silice imprégné d’acide sulfamique, capable de retenir les composés chlorés tels que l’acide hypochloreux, les mono- et dichloramines, et - d’une cassette contenant deux filtres en fibres de quartz imprégnés d’une solution de trioxyde de diarsenic et de carbonate de sodium sur lesquels le trichlorure d’azote est collecté. L’analyse des tubes s’effectue par potentiométrie et celle des filtres imprégnés soit par chromatographie ionique avec ou sans colonne de suppression, soit par électrophorèse capillaire. L’analyse de la concentration du chloroforme est, quant à elle, effectuée de manière séquencée par chromatographie en phase gazeuse et par spectrométrie de masse.

Ces processus, photolytique et photocatalytique, permettent d’accéder aux rendements quantiques globaux, qui sont définis comme le rapport de la vitesse de dégradation globale d’un composé sur l’intensité lumineuse absorbée par le polluant dans le cas de la photolyse et par le catalyseur 5 dans le cas de la photocatalyse.

Ces rendements quantiques globaux sont ainsi déterminés pour la photolyse et pour la photocatalyse, respectivement, de la manière suivante :

(A) dans laquelle φι correspond au rendement quantique global de photolyse, r correspond à la vitesse de dégradation globale du composé (mol.m^.s1), V correspond au volume du réacteur (m3) et Ia correspond à l’intensité lumineuse absorbée par le polluant (mol de photons.s’1),

(B) dans laquelle <p2 correspond au rendement quantique global de photocatalyse, r correspond à la vitesse de dégradation globale du composé (mol.g’1 .s’1), m correspond à la masse de catalyseur (g) et Ia

correspond à l’intensité lumineuse absorbée par le catalyseur 5 (mol de photons.s’1).

On notera que pour NCI3 et pour CHCI3, les valeurs de rendement <pi et φ2 sont de l’ordre de : <Pi est d’environ 10, en ce qui concerne NCI3 ; φ2 est d’environ 0,1-0,2, en ce qui concerne NCI3 et φ2 est d’environ 0,02-0,05, en ce qui concerne CHCI3.

Le calcul des rendements quantiques globaux se détermine, notamment, par la mesure de l’intensité lumineuse absorbée. Cette estimation, en chaque point de l’espace du réacteur 1, a été réalisée par simulation selon la méthode de Monte-Carlo.

La simulation par la méthode de Monte-Carlo est une technique probabiliste qui consiste à calculer une valeur numérique en utilisant des procédés aléatoires.

Cette simulation consiste à réaliser un grand nombre de tirs de photons depuis les sources lumineuses 3 et à suivre leur trajectoire dans l’espace du réacteur 1. L’algorithme de la simulation a été conçu en tenant compte de la géométrie et des propriétés optiques des différents éléments du réacteur 1, ainsi que de la loi et du spectre d’émission des six sources lumineuses 3 émettant un rayonnement UV.

La programmation de l’algorithme a été réalisée avec le logiciel Matlab®, commercialisé par la société Mathworks Inc.

Selon un mode réalisation, lors de la décomposition du trichlorure d’azote, une étape de photolyse est couplée à l’étape de photocatalyse du trichlorure d’azote. L’action combinée de ces deux étapes permet de convertir plus efficacement le trichlorure d’azote.

Selon ce mode réalisation, il s’agit de convertir le trichlorure d’azote, contenu dans un effluent à traiter, en composés chlorés oxydants, selon les étapes successives suivantes : - une étape de strippage dudit effluent contenant le trichlorure d’azote, - une étape de photolyse du trichlorure d’azote, puis - une étape de photocatalyse du trichlorure d’azote.

Ces étapes, ni leur succession dans le temps, n’étant pas limitatives de l’invention, d’autres étapes peuvent être mises en œuvre avant, pendant et après ces étapes.

Selon un autre mode de réalisation préféré, l’étape de photocatalyse est suivie d’une étape de lavage du catalyseur 5 à l’eau ultra-pure pour laboratoire ou à l’eau faiblement minéralisée, destinée à éliminer les ions minéraux chlorures déposés à la surface du photocatalyseur. Cette étape de lavage est de préférence mise en œuvre pour la conversion photocatalytique du chloroforme.

Par « eau ultra-pure », on entend une eau se caractérisant par une conductivité d’environ 0,054 mS.cm1 à 25 °C.

Ce lavage à l’eau ultra-pure permet de régénérer les propriétés photo-oxydantes du catalyseur 5, le dioxyde de titane, de préférence sous sa forme cristalline anatase, par dilution des composés minéraux susceptibles d’être issus du contact entre le polluant traité et le catalyseur, empêchant la dégradation photocatalytique.

Ce catalyseur peut alors être réutilisé dans une nouvelle étape de photocatalyse.

Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé selon l’invention comprend une ou plusieurs étapes de régénération du catalyseur 5.

Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé selon l’invention comprend une étape consistant à réintroduire les composés chlorés oxydants, résultant du traitement des polluants chlorés, en particulier le trichlorure d’azote et le chloroforme, par les étapes de photolyse et/ou photocatalyse, dans l’effluent à traiter, et plus particulièrement dans un bac tampon relié à un bassin aquatique.

Dans l’exemple de réalisation qui vient d’être décrit, l’invention concerne la conversion du trichlorure d’azote et du chloroforme, présents dans les établissements aquatiques, tels que les piscines. Mais l’invention s’applique également à la conversion du trichlorure d’azote et du chloroforme, présents dans les établissements de conditionnement de l’industrie agro-alimentaire, tels que les établissements de conditionnement de fruits frais et légumes frais.

Les exemples qui suivent sont destinés à illustrer l’invention sans pour autant en limiter la portée. EXEMPLES :

Exemple 1 : L’évolution de la concentration en trichlorure d’azote le long du réacteur, lors des étapes de photolyse et de photolyse couplée à de la photocatalyse en configuration flux traversant, est déterminée dans le tableau 1 ci-dessous :

Tableau 1

Les concentrations correspondant aux distances 0 m et 0,5 8 m sont les concentrations en entrée et sortie de réacteur.

Celles correspondant aux distances 0,065 m, 0,215 m, 0,365 m et 0,515 m sont les concentrations à chaque piquage.

Quant à celles correspondant aux distances 0,14 m, 0,29 m et 0,44 m, ce sont les concentrations en amont et en aval des trois disques de catalyseur. L’étape de photocatalyse ne se produisant qu’au niveau du catalyseur, le processus est considéré comme étant uniquement photolytique entre chaque disque de catalyseur.

Il apparaît des différences de concentrations entre l’amont et l’aval des disques de catalyseur, ce qui correspond au processus photocatalytique seul.

Les rendements de dégradation pour le premier et le deuxième disque de catalyseur sont, respectivement, de 65 % et 74 %.

Enfin, en sortie de réacteur les rendements sont respectivement de 99 % pour l’étape de photolyse couplée à l’étape de photocatalyse et de 76 % pour la photocatalyse seule.

Exemple 2 : L’évolution de la concentration en trichlorure d’azote le long du réacteur, lors des étapes de photolyse et de photolyse couplée à l’étape de photocatalyse en configuration flux léchant, est déterminée dans le tableau 2 ci-dessous :

Tableau 2

Les concentrations correspondant aux distances 0 m et 0,565 m sont les concentrations en entrée et sortie de réacteur.

Celles correspondant aux distances 0,065 m, 0,215 m, 0,365 m et 0,515 m sont les concentrations à chaque piquage.

Dans cette configuration en flux léchant, l’étape de photolyse couplée à l’étape de photocatalyse permet d’atteindre un rendement de dégradation poche de 95 %, contre 75 % dans le cas de la photolyse seule.

Method and device for treating chlorinated pollutants by photocatalysis

The present invention relates to a process for converting chlorinated pollutants, contained in an effluent to be treated, into oxidizing chlorine compounds.

In particular, it relates to the conversion of chlorinated pollutants present in aquatic establishments and in the agro-food industry.

The present invention also relates to a device implementing such a conversion method.

Chlorine is widely used because of its low cost, its good bactericidal properties and its simplicity of implementation. It can be used in various forms, for example gaseous or liquid (bleach, ...) and is, to date, the disinfectant most commonly used in aquatic facilities, such as swimming pools.

Chlorine is a particularly reactive product, especially in contact with nitrogenous and / or carbonaceous substances. Chlorine solution, which is predominantly in the form of hypochlorite ion or hypochlorous acid, participates in chemical reactions with nitrogenous materials generated by human activity such as sweat, saliva or urine, or with vegetable or animal waste. These reactions lead, inter alia, to the formation of by-products, such as trihalomethanes (THMs), haloacetic acids, halo-ketones and chloramines whose most halogenated form, trichloride of nitrogen or trichloramine , of formula NCI3, is very volatile and irritating to the respiratory tract and to the eyes.

Nitrogen trichloride generates severe eye and respiratory pollution, particularly with monitoring personnel stationed near aquatic facility basins. Nitrogen trichloride has been the subject of toxicological and epidemiological studies. This work led to the proposal of an average exposure value of 0.5 mg.m-3 in the air, a value below which the exposed persons do not feel a constraining discomfort.

Similarly, intoxication by ingestion or inhalation of trichloromethane or chloroform, CHCI3 formula, can cause irritation of the skin, eyes or, in large doses, a coma. Chloroform has been classified as a probable carcinogen by the International Agency for Research on Cancer (IARC).

In addition, a limit value of occupational exposure in the air of workplaces has been established in France for chloroform. The Labor Code, in accordance with Article R. 4412-149, determined this value at 10 mg.m-3 for an eight-hour reference period.

There is therefore a need to provide prevention solutions for reducing exposures to these compounds. One of the technological solutions for mitigating nitrogen trichloride exposures is based on the principle of gas / liquid extraction, commonly known as stripping. This technique involves contacting the liquid effluent to be treated with air and leads to a significant, industrially validated attenuation of the nitrogen trichloride exposure. It also allows the stripping of volatile copollutants such as chloroform.

However, this solution is not satisfactory from an environmental point of view since the extracted pollutants are released into the environment without having undergone previous chemical or physicochemical treatment.

There already exist, in the state of the art, solutions for treating this type of pollutants.

EP 0 614 682 discloses a process for eliminating pollutants, especially chlorinated organic compounds, using titanium dioxide or a mixture of titanium dioxide and activated carbon.

Patent Application FR 2 794 033 discloses a process for purifying gaseous effluents by photocatalytic reaction according to which, under ultraviolet radiation, the gaseous effluent is brought into contact with a licking movement with one or more supports, then it is crosses a second support, the supports being coated with at least one photocatalyst agent.

Furthermore, US Pat. No. 5,832,361 proposes a device for decomposing nitrogen trichloride gas by photolysis.

However, the known techniques do not make it possible to reduce the concentration of pollutants in the effluent to be treated sufficiently or do not respect the environment.

The object of the invention is therefore to propose a treatment of gaseous effluents making it possible to further reduce the concentration of pollutants in the liquid effluent.

It therefore relates to a process for converting chlorinated pollutants, contained in a liquid effluent to be treated, into oxidizing chlorine compounds, comprising: a) a stripping step of volatile chlorinated substances contained in the liquid effluent, and b) a step photocatalysis of said chlorinated pollutants.

This combination has proved particularly suitable for the conversion of chlorinated pollutants into chlorinated oxidizing compounds. It allows in particular the formation of hypochlorous acid, whose bactericidal properties are recognized, and allowing a partial recycling of chlorine.

For the purposes of the invention, the term "oxidizing chlorine compounds" means compounds containing chlorine at an oxidation degree of 0 or +1.

Such a method makes it possible, on the one hand, to decompose nitrogen trichloride and chloroform and, on the other hand, to form compounds that are non-toxic to humans and their environment, and that even have bactericidal properties. These compounds, with recognized bactericidal properties, can then be introduced, in a beneficial manner, into the effluent treatment circuit, in particular the waters of the basins.

Preferably, the chlorinated pollutants are nitrogen trichloride and / or chloroform.

Advantageously, the method according to the invention further comprises a photolysis step before the photocatalysis step.

Indeed, the photocatalytic process makes it possible to increase the decomposition of nitrogen trichloride relative to photolysis alone.

Preferably, the chlorine oxidizing compounds are chosen from chlorine gas (Cl 2), hypochlorous acid (Cl 2) and mixtures thereof.

Moreover, the photocatalytic degradation of chloroform leads mainly to the formation of chlorides, without the concentration of tetrachloromethane (CCI4) exceeding 1% of the average value of exposure.

In a particular embodiment, the photocatalyst step according to the invention employs, as a catalyst, titanium dioxide. Preferably, titanium dioxide is used in its anatase crystalline form. The photocatalysis step is carried out by UV radiation of wavelength less than 388 nm, in particular between 200 and 388 nm, and preferably between 250 and 388 nm.

The conversion process may also comprise at least one step of washing the catalyst with ultrapure water for laboratory or weakly mineralized water, subsequent to the photocatalysis step. It allows the regeneration of the catalyst. The subject of the invention is also, according to a second aspect, a processing device for implementing the method as defined above.

This installation comprises a reactor intended to be supplied with effluent to be treated and means for treating the effluent by photocatalysis.

According to another characteristic of this installation, the reactor is furthermore provided with a catalyst placed on a support.

It can still be equipped with photolysis means. The installation may further comprise means for washing the catalyst. Other aims, features, and advantages of the invention will become apparent on reading the following description, made with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 schematically illustrates a device for treating chlorinated pollutants according to FIG. invention, laboratory scale; FIG. 2 is a diagrammatic front view of a first configuration of a device according to the invention; FIG. 3 is a side view of the device of FIG. 2; - Figure 4 is a side view of the device according to another embodiment; and FIG. 5 schematically illustrates the treatment of the effluent according to the invention.

FIG. 1 illustrates a device for treating chlorinated pollutants according to the invention. Such a device can be used for the treatment of NCI3 nitrogen trichloride and chloroform CHCl3 present in aquatic basins and, more particularly to convert these pollutants into non-toxic chlorine oxidizing compounds, in this case chlorine gas (CI2) and or hypochlorous acid (HC10), which can be subsequently used for their bactericidal properties.

More particularly, a device of this type is intended to be installed at buffer tanks of an aquatic installation, to treat the air leaving the buffer tank, loaded in particular with nitrogen trichloride and chloroform.

But it will be noted that the device shown in FIG. 1 is intended to be implemented on a laboratory scale and is therefore suitable for the treatment of a few liters per minute of liquid effluent. In actual situation, the flow is then several hundred m3 / h. However, an industrial device is based on structural and functional principles identical to those of the device of FIG.

In the embodiment shown, this device essentially comprises a reactor 1, comprising a cylinder 2 made of a material transparent to light radiation, for example pyrex®, and a set of fluorescent tube-type light sources 3, here six in number. , regularly arranged around the reactor. They are for example placed on a support 4 coaxial with the reactor.

It further comprises a catalyst 5 placed on a support 6.

Titanium dioxide, preferably in its crystalline anatase form, which is illuminated by one or more light sources 3, all or part of which emits radiation below a wavelength of 388 nm, can be used as catalyst 5. .

It is possible to use titanium dioxide, pure or associated with a mineral substance, allowing a greater absorption in the UV / visible range. Such compounds are well known in themselves.

This reactor 1, when it is supplied with effluent to be treated, implements, on the one hand, a photocatalysis by the action of the catalyst 5 and under the action of the tubes 3, and on the other hand, a photolysis under the action tubes 3.

Of course, when a reactor of this type is installed in an aquatic installation, it is then provided with all the connection means (not shown) allowing its installation within the basin and the continuous treatment of the air to be treated by maintaining a continuous flow of air to be treated in the reactor.

In the application targeted by the embodiment of FIG. 1, the photocatalysis of nitrogen trichloride and of chloroform is carried out in reactor 1, according to the following operating conditions:

The flow rate of the effluent to be treated is here equal to 1.35 × 10 4 m -1.

With regard to the concentration of the chlorinated pollutants at the inlet of the reactor 1, for the treatment of NCI3, this concentration is from 10 -4 to 5 × 10 -3 mol.m-3, preferably of the order of 2.10 -4 mol. For CHCl 3, the concentration is 10 -4 to 5.10 -3 mol-3, preferably of the order of 10 -3 mol-3. The average residence time is 34 s.

The temperature in the reactor is from 1 to 100 ° C., preferably equal to 50 ° C.

Finally, the relative humidity is 10 to 90%, preferably 70%.

In order to control the conversion efficiency, the wall of the piston-type reactor 1 is provided with four taps 7, for example separated by 0.15 m from each other, and which are intended for monitoring the longitudinal evolution of the concentrations. different species. The effluent to be treated is taken at the inlet and outlet of the reactor 1, as well as at each nozzle located along the reactor.

Fluorescent tubes 3 emit mainly in the UV-A range, with a photon flux of 1.1 × 10 -5 mol of photons.s-1.

Any other light source may be used to deliver radiation all or part of which is less than a wavelength of 388 nm.

Of course, the optical properties (reflection and transmission) of all the constituent elements of the reactor 1, in particular the stainless steel body of the reactor, the Pyrex cylinder 2, the supports 6 are adapted to the emission spectrum of the lamps 3 .

The photocatalytic degradation of nitrogen trichloride and chloroform can be implemented according to two different configurations: through flow and leaching flow.

FIG. 2 illustrates the flow through configuration of reactor 1. This configuration corresponds to the introduction of three catalyst disks 5, 0.08 m in diameter. These supports 6 are placed perpendicular to the flow and spaced 0.15 m apart. The surface area and the total catalyst mass are 0.15 m 2 and 0.27 g, respectively.

FIG. 3 illustrates another view of the flow-through configuration of reactor 1 in which the photocatalysis step occurs.

FIG. 4 illustrates the liquefying flow configuration of the reactor 1. This configuration corresponds to the placement of the support 6 along two axial planes of the reactor 1 and placed perpendicularly with respect to each other. The area and total catalyst mass is 0.22 m 2 and the total catalyst mass is 4 g.

But it should be noted that the principle of flow through or licking is also applicable to industrial size reactors adapted to the treatment of a stream from a buffer tank of a pool.

FIG. 5 illustrates the treatment of the effluent according to the invention. In the exemplary embodiment shown, the water basin 8 comprises chlorinated pollutants such as, for example, nitrogen trichloride and chloroform. This effluent to be treated then flows through the first conduit 9 to be conveyed to the buffer tank 10, where the stripping step of the volatile chlorinated substances contained in this liquid effluent is carried out. The second conduit 11 then allows the passage of the buffer tank 10 to the treatment device 12, these volatile compounds, including nitrogen trichloride and chloroform gas. The treatment device 12 allows the treatment of said volatile compounds in oxidizing chlorine compounds, by the photolysis and / or photocatalysis steps. Said oxidizing chlorine compounds are then reintroduced into the buffer tank 10, through the third conduit 13. The buffer tank 10 then allows the absorption of said oxidizing chlorine compounds. This water enriched in oxidizing chlorine compounds, and especially in hypochlorous acid whose bactericidal properties are recognized, is then reintroduced into the aquatic basin 8, through the fourth conduit 14.

Of course, the reactor 1 may be further equipped with many additional members that have not been shown in the figure for reasons of simplification.

The stream of nitrogen trichloride sampled is collected on a support successively composed of: a tube of silica gel impregnated with sulfamic acid, capable of retaining chlorinated compounds such as hypochlorous acid, mono- and dichloramines, and a cassette containing two quartz fiber filters impregnated with a solution of arsenic trioxide and sodium carbonate on which the nitrogen trichloride is collected. The tubes are analyzed by potentiometry and that of the impregnated filters either by ion chromatography with or without a suppressor column, or by capillary electrophoresis. The analysis of the concentration of chloroform is, for its part, carried out sequentially by gas chromatography and by mass spectrometry.

These processes, photolytic and photocatalytic, provide access to global quantum efficiencies, which are defined as the ratio of the overall degradation rate of a compound to the light intensity absorbed by the pollutant in the case of photolysis and by the catalyst 5 in the case of photocatalysis.

These global quantum efficiencies are thus determined for photolysis and for photocatalysis, respectively, as follows:

(A) in which φι corresponds to the overall photolysis quantum yield, r corresponds to the overall degradation rate of the compound (mol.m ^ .s1), V corresponds to the reactor volume (m3) and Ia corresponds to the luminous intensity absorbed by the pollutant (mol of photons.s'1),

(B) in which <p2 corresponds to the global quantum yield of photocatalysis, r corresponds to the overall degradation rate of the compound (mol.g'1 .s'1), m corresponds to the catalyst mass (g) and Ia

corresponds to the light intensity absorbed by the catalyst 5 (mol of photons.s'1).

It will be noted that for NCI3 and for CHCI3, the yield values φ1 and φ2 are of the order of: Pi Pi is about 10, as regards NCI3; φ2 is about 0.1-0.2, with respect to NCI3 and φ2 is about 0.02-0.05, with respect to CHCl3.

The calculation of the global quantum efficiencies is determined, in particular, by the measurement of the absorbed luminous intensity. This estimate, at each point of the reactor space 1, was carried out by simulation according to the Monte-Carlo method.

Monte Carlo simulation is a probabilistic technique that consists of calculating a numerical value using random methods.

This simulation consists in producing a large number of photon shots from the light sources 3 and following their trajectory in the space of the reactor 1. The simulation algorithm has been designed taking into account the geometry and the optical properties of the light sources. different elements of the reactor 1, as well as the law and the emission spectrum of the six light sources 3 emitting UV radiation.

The programming of the algorithm was carried out with Matlab® software, marketed by Mathworks Inc.

According to one embodiment, during the decomposition of nitrogen trichloride, a photolysis step is coupled to the step of photocatalysis of nitrogen trichloride. The combined action of these two steps makes it possible to convert nitrogen trichloride more efficiently.

According to this embodiment, it is a question of converting the nitrogen trichloride, contained in an effluent to be treated, into oxidizing chlorine compounds, according to the following successive stages: a step of stripping said effluent containing nitrogen trichloride; a step of photolysis of nitrogen trichloride, then - a step of photocatalysis of nitrogen trichloride.

These steps, nor their succession in time, not being limiting of the invention, other steps can be implemented before, during and after these steps.

According to another preferred embodiment, the photocatalytic step is followed by a step of washing the catalyst with ultrapure water for laboratory or with weakly mineralized water, intended to eliminate the inorganic chloride ions deposited at the surface of the photocatalyst. This washing step is preferably carried out for the photocatalytic conversion of chloroform.

By "ultra-pure water" is meant a water characterized by a conductivity of about 0.054 mS.cm1 at 25 ° C.

This washing with ultra-pure water makes it possible to regenerate the photooxidative properties of the catalyst 5, titanium dioxide, preferably in its crystalline anatase form, by dilution of the mineral compounds likely to be derived from the contact between the treated pollutant and the catalyst, preventing photocatalytic degradation.

This catalyst can then be reused in a new photocatalysis step.

According to one embodiment, the process according to the invention comprises one or more catalyst regeneration steps 5.

According to another embodiment, the process according to the invention comprises a step of reintroducing the oxidizing chlorine compounds, resulting from the treatment of chlorinated pollutants, in particular nitrogen trichloride and chloroform, by the photolysis steps and or photocatalysis, in the effluent to be treated, and more particularly in a buffer tank connected to an aquatic basin.

In the embodiment which has just been described, the invention relates to the conversion of nitrogen trichloride and chloroform present in aquatic establishments, such as swimming pools. But the invention also applies to the conversion of nitrogen trichloride and chloroform, present in packaging establishments of the food industry, such as fresh fruit and vegetable packing plants.

The following examples are intended to illustrate the invention without limiting its scope. EXAMPLES

EXAMPLE 1 The evolution of the nitrogen trichloride concentration along the reactor, during the photolysis and photolysis steps coupled with photocatalysis in a through-flow configuration, is determined in Table 1 below:

Table 1

The concentrations corresponding to the distances 0 m and 0.5 8 m are the concentrations at the inlet and outlet of the reactor.

Those corresponding to the distances 0.065 m, 0.215 m, 0.365 m and 0.515 m are the concentrations at each stitching.

As for those corresponding to the distances 0.14 m, 0.29 m and 0.44 m, these are the concentrations upstream and downstream of the three catalyst disks. Since the photocatalysis step occurs only at the catalyst level, the process is considered to be solely photolytic between each catalyst disk.

Concentration differences appear between the upstream and downstream of the catalyst disks, which corresponds to the photocatalytic process alone.

The degradation yields for the first and second catalyst disc are 65% and 74%, respectively.

Finally, at the outlet of the reactor the yields are respectively 99% for the photolysis step coupled with the photocatalysis step and 76% for the photocatalysis alone.

EXAMPLE 2 The evolution of the nitrogen trichloride concentration along the reactor, during the photolysis and photolysis steps coupled with the photocatalysis stage in liquefying flow configuration, is determined in Table 2 below:

Table 2

The concentrations corresponding to the distances 0 m and 0.565 m are the concentrations at the inlet and outlet of the reactor.

Those corresponding to the distances 0.065 m, 0.215 m, 0.365 m and 0.515 m are the concentrations at each stitching.

In this liquefied flow configuration, the photolysis step coupled to the photocatalysis step makes it possible to achieve a pocket degradation yield of 95%, compared to 75% in the case of photolysis alone.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion du trichlorure d’azote et/ou du chloroforme, contenus dans un effluent liquide à traiter, en composés chlorés oxydants, caractérisé en ce qu’il comprend : a) une étape de strippage du trichlorure d’azote et/ou du chloroforme volatiles, contenues dans l’effluent liquide, et b) une étape de photocatalyse du trichlorure d’azote et/ou du chloroforme.1. Process for converting nitrogen trichloride and / or chloroform, contained in a liquid effluent to be treated, into oxidizing chlorine compounds, characterized in that it comprises: a) a step of stripping nitrogen trichloride and / or volatile chloroform, contained in the liquid effluent, and b) a step of photocatalysis of nitrogen trichloride and / or chloroform. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composés chlorés oxydants sont choisis parmi le chlore gazeux, l’acide hypochloreux, et leurs mélanges. 3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de photolyse avant l’étape de photocatalyse. 4. Procédé selon l’une quelconque d'es revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de photocatalyse emploie, en tant que catalyseur (5), du dioxyde de titane, de préférence sous sa forme cristalline anatase. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de photocatalyse s’effectue par un rayonnement UV de longueur d’onde inférieure à 388 nm, notamment compris entre 200 et 388 nm, et de préférence compris entre 250 et 388 nm, 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de lavage du catalyseur à l’eau ultra-pure ou à l’eau faiblement minéralisée, postérieure à l’étape de photocatalyse. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’étape de lavage du catalyseur à l’eau ultra-pure ou à l’eau faiblement minéralisée est mise en œuvre pour la conversion photocatalytique du chloroforme. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le catalyseur est réutilisé dans une nouvelle étape de photocatalyse. ST Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une ou plusieurs étapes de régénération du catalyseur (5).2. Method according to claim 1, characterized in that the oxidizing chlorine compounds are selected from gaseous chlorine, hypochlorous acid, and mixtures thereof. 3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a photolysis step before the photocatalysis step. 4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the photocatalysis step employs, as catalyst (5), titanium dioxide, preferably in its crystalline form anatase. 5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the photocatalysis step is carried out by UV radiation of wavelength less than 388 nm, in particular between 200 and 388 nm, and preferably between between 250 and 388 nm, 6. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one step of washing the catalyst with ultrapure water or weakly mineralized water, subsequent to the photocatalysis step. 7. Method according to claim 6, characterized in that the step of washing the catalyst with ultrapure water or weakly mineralized water is implemented for the photocatalytic conversion of chloroform. 8. Process according to claim 7, characterized in that the catalyst is reused in a new photocatalysis step. ST Process according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises one or more regeneration steps of the catalyst (5). 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape consistant à réintroduire les composés chlorés oxydants, résultant du traitement des polluants chlorés par les étapes de photolyse et/ou de photocatalyse, dans l’effluent à traiter. 11. Application du procédé selon l’une des revendications 1 à 10 pour la conversion du trichlorure d’azote et du chloroforme, présents dans les établissements aquatiques, tels que les piscines. 12. Application du procédé selon l’une des revendications 1 à 10 pour la conversion du trichlorure d’azote et du chloroforme, présents dans les établissements de conditionnement de l’industrie agro-alimentaire, tels que les établissements de conditionnement de fruits frais et légumes frais. 13. Dispositif de traitement pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’il comporte un réacteur (1) destiné à être alimenté en effluent à traiter et des moyens de traitement de l’effluent par photocatalyse, ledit réacteur (1) est en outre doté d’un catalyseur (5) placé sur un support (6), et en ce qu’il comporte des moyens de lavage du catalyseur (5). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le réacteur (1) est doté de moyens de photolyse.10. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a step of reintroducing the oxidizing chlorine compounds, resulting from the treatment of chlorinated pollutants by the photolysis and / or photocatalysis steps, in the effluent. treat. 11. Application of the process according to one of claims 1 to 10 for the conversion of nitrogen trichloride and chloroform, present in aquatic establishments, such as swimming pools. 12. Application of the process according to one of claims 1 to 10 for the conversion of nitrogen trichloride and chloroform, present in packaging establishments of the food industry, such as fresh fruit packaging plants and fresh vegetables. 13. Processing device for implementing the method according to one of claims 1 to 12, characterized in that it comprises a reactor (1) to be supplied with effluent to be treated and means for treating the effluent by photocatalysis, said reactor (1) is further provided with a catalyst (5) placed on a support (6), and in that it comprises means for washing the catalyst (5). 14. Device according to claim 13, characterized in that the reactor (1) is provided with photolysis means.
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