Pulvérisation électro-hydrodynamique de liquide stabilisée par décharges électriques pour le traitement d'effluents particulaires

Electro-hydrodynamic pulverisation of liquid stabilised by electric discharges for the treatment of effluent particles

• Auteur / Autrice : Pascale Ehouarn
• Direction : Jean-Pascal Borra
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Milieu diphasique

Aérosol

Coagulation

Dépollution

Résumé

L'objectif est de développer un système de filtration d'effluents particulaires sub-microniques. Le principe repose sur la coagulation de particules polluantes sub-microniques chargées négativement ou neutres et de gouttes d'eau collectrices microniques chargées positivement. Pour produire des gouttes collectrices avec des niveaux de charge proches de la charge maximale théorique, et ainsi augmenter l'efficacité de coagulation électrique, nous avons développé un procédé de production de gouttes par Pulvérisation Electro-HydroDynamique. Ce procédé présente l'avantage de produire des gouttes aux propriétés (concentration, diamètre et charge électrique) remarquablement bien contrôlées par le biais de paramètres expérimentaux. Cette étude a permis d'étendre la gamme de solvants susceptibles d'être pulvérisés, tel que l'eau, dans un nouveau mode de pulvérisation Electro-HydroDynamique assistée par décharge électrique continue, que nous avons appelé " cône-jet-glow". Pour la première fois, des lois empiriques ont donc pu être établies afin de définir les propriétés des gouttes d'eau selon le débit de liquide, la conductivité, la tension et le diamètre de la buse. Les potentialités du lavage électrique ont été mises en évidence par l'étude de la coagulation entre les gouttes collectrices positives et des polluants sub-microniques de concentration, de diamètre et de charge contrôlés. Les efficacités de coagulation unipolaire (polluants neutres et collecteurs positifs) et de coagulation bipolaire (polluants négatifs et collecteurs positifs) ont été mesurées selon le diamètre, la charge électrique des particules, le temps de transit et la concentration des collecteurs. Nous obtenons des efficacités numériques qui atteignent 95 % pour la coagulation unipolaire et 97 % pour la coagulation bipolaire pour des débits de gaz compris entre 5 et 20 l/min: Cette étude a donc permis de montrer la faisabilité du lavage électrique des effluents particulaires sub-microniques pour des concentrations CP(polluant)<= 100 mg/m^3, des volumes d'eaux usées par m^3 de gaz traité inférieurs à ceux produits par les laveurs actuels et avec une efficacité significativement meilleure pour l'aérosol fin (d_p < 1 [mu]m). Il convient donc de souligner que ce laveur permettrait de réduire la concentration massique de 99 %, c'est-à-dire de passer de 150 mg/m^3 à 1,5 mg/m^3, et donc de remplir les contraintes normatives en discussion pour 2005.

The purpose was to develop a submicronic particles filtration process. The principle is based on coagulation between negatively charged or neutral submicronic pollutant particles and positively charged micronic collecting water droplets. These droplets are produced by Electro-HydroDynamic Pulverisation of liquid leading to a charge level close to the theoretical maximum level so as to increase the electric coagulation efficiency. Moreover, this process has the advantage of producing droplets with quite well controlled properties (diameter, electric charge, concentration), thanks to experimental parameters. The range of solvents able to be sprayed like water has been extended using a new Electro-HydroDynamic Pulverisation mode. This mode called "cone-jet-glow" is assisted by a continuous electric discharge, which stabilises the process. For the first time, empirical laws have been found, which allow to define water droplets properties as function of regulation parameters (liquid flow rate, voltage, conductivity, nozzle diameter). The potential of the electric cleaning has been proved by coagulation between positively charged micronic collecting droplets and submicronic pollutants of controlled properties. Efficiency has been measured according to the diameter, electric charge of droplets and pollutants, transit time and concentration of droplets. We obtained numerical efficiency, up to 95 % for the unipolar coagulation and to 97 % for the bipolar coagulation for gas flow rate between 5 and 20 l/min. This study showed the feasibility of electric cleaning of submicronic particle effluents for concentrations CP(pollutant)<= 100 mg/m^3, water used volumes per m^3 of treated gas inferior to those produced by the classical wetscrubbers and with better efficiencies for fine aerosol (d_p <1 [mu]m).