Pour désinfecter l'eau (usée) avec l'ozone, l'ozone doit être dissoute dans l'eau. Le gaz d'ozone est produit sur place par un générateur d'ozone. Il peut être dissous dans l'eau de différentes manières.
Pour effectuer une bonne désinfection et oxydation, la concentration d'ozone doit être aussi élevée que possible. La prévision de la solubilité de l'ozone est plus compliquée que pour les autres gaz, parce que la solubilité de l'ozone est influencée par plusieurs facteurs, tels que la température, le pH et la matière dissoute. C'est une conséquence de l'instabilité de l'ozone dans l'eau. La solubilité d'un gaz dans l'eau est généralement définie par la loi de Henry. Pour la solubilité de l'ozone, le Bunsen (β) et particulièrement le facteur d'indice de solubilité (S) sont utilisés.
Coefficient de Henry
La loi de Henry établit que la solubilité d'un gaz dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz sur le liquide. Principalement, la loi de Henry peut seulement être appliquée sur les gaz qui ne changent pas chimiquement dans l'eau, lors du transfert.
Y = H.X Y = pression de la substance sur le fluide [atm]
X = fraction molaire d'ozone (gazeuse) [-]
H = Henry [atm/l/mol]
Le générateur d'ozone produit l'ozone sous forme mélangée, ainsi le terme pression partielle est employé. La pression partielle d'un gaz dans un mélange (ici: ozone) est sa contribution à la pression totale sur le mélange. La figure 1 décrit la solubilité de l'ozone à différentes pressions. En pratique, elle sera inférieure jusqu'à une certaine concentration de gaz d'alimentation une stabilisation aura lieu [10]. De nos jours, des concentrations plus élevées d'ozone sont utilisées pour dissoudre l'ozone dans l'eau. Lenntech livre des générateurs qui produisent des concentrations d'ozone de 240 g/Nm3. 
Figure 1: effet de la pression et de la concentration en gaz d'alimentation sur la solubilité Coefficient de Henry (Hc)
Y = Concentration en gaz au-dessus du liquide en équilibre avec le gaz dissous dans le liquide, mg/l
X = Concentration en gaz dans le liquide en équilibre avec la gaz au-dessus du liquide, mg/l
Hc = (mg gaz/litre de gaz)/ (mg gaz/litre de liquide)
Cette forme de la loi de henry est plus pratique parce que les termes sont exprimés en mg/l.
Coefficient Bunsen (β)
La solubilité de l'ozone peut également être calculée avec le coefficient d'adsorption de Bunsen [5]. La formule qui peut être utilisée pour calculer la solubilité est:
Cs = β * M * P
Cs = Concentration en gaz dissout (kg/m3)
Β = Coefficient d'adsorption de Bunsen (-)
M = Densité du gaz (kg/m3)
P = Pression partielle (Pa)
Le coefficient d'adsorption Bunsen est exprimé en volume de gaz à NTP (pression et température normale), qui est dissous à l'équilibre, par unité de volume de liquide à température donnée, quand la pression partielle de gaz est en unité atmosphère. Le coefficient Bunsen n'a pas de dimension.
β = V(gaz) / V (liquide)
Coefficient d'indice de solubilité
En général, les formules mentionnées ne sont pas très pratique, bien qu'elles soient utilisées alternativement (avec l'exception du coefficient dérivé Hc). Une autre méthode plus pratique pour calculer la solubilité est en utilisant le coefficient d'indice de solubilité. Ce rapport de solubilité est donné comme mg/l par litre dans l'eau à mg/l en gaz. Ce facteur est sans dimensions et relatif au coefficient de Henry [6]. La relation entre ces constantes est définie comme suit:
 H = Henry (atm/l/mol)
pO3 = pression partielle en ozone (Pa)
Cg = concentration en gaz d'ozone (kg/m3)
S = facteur de solubilité (-)
Hc = Constante de Henry (-) La figure 2 illustre l'indice de solubilité (S) en fonction de la température, menée par différentes recherches. La solubilité est étudiée à différentes concentrations en ions (μ). Cette figure illustre que la solubilité de l'ozone est influencée par plusieurs facteurs dans l'eau. 
Figure 2: solubilité de l'ozone (S) en fonction de la température (T = 5-35 ˚C) Les formules suivantes peuvent être utilisées pour calculer l'indice de solubilité (S) à différentes températures:
log10s = -0,25 –0,013T [˚C]
Cette formule est plus un model théorique puisque la concentration réelle en ozone est influencée par divers facteurs dans l'eau. La température est, tout de même, un des facteurs les plus importants influençant la solubilité.
Un calcul de ce coefficient à 20 ˚C:
log10s = -0,25 –0,013T
log10s = -0,25 –0,013 * 20
log10s = -0,51
s = 10-0,51
s = 0,31
A 20 ˚C, l'indice de solubilité s = 0,31 mg/l d'eau par mg/l de gaz apporté (voir aussi figure 2). Par exemple à 20 mg/l d'ozone dans l'air, 20 * 0,31 = 6,2 mg/l se dissoudra dans l'eau à 20˚C.
Influence de la solubilité
Le degré de solubilité du gaz ozone dépend de la concentration en gaz et donc dépend de la pression partielle. Un autre facteur important influençant la solubilité est la température. En outre, la température, le pH et la concentration en ions dans la solution sont les principaux facteurs influençant la solubilité. En résumé, la solubilité peut être augmentée par:
- l'augmentation de la concentration en ozone dans l'air (oxygène);
- l'augmentation de pression de l'air (oxygène);
- la diminution de la température de l'eau;
- la diminution de la quantité de solutés;
- la diminution du pH;
- l'excès de lumière UV.
Transfert de masse
Lorsque la matière est transférée d'une phase à une autre à l'interface gaz-liquide, un gradient de concentration se produira sur chaque phase à cause d'une résistance. Ce transfert dans une autre phase est appelé transfert de masse et est représenté sur la figure 3 (model à double-couche). Lors du transfert de l'ozone d'un gaz à un liquide, les étapes suivantes sont produites: diffusion de l'ozone à travers la phase gaz/liquide, dissolution dans le liquide, diffusion dans un liquide. 
Figure 3: model de transfert de l'ozone Le taux de transfert est dépendant de [10]:
- les propriétés physiques du gaz et du liquide
- la différence de concentration à la surface
- la turbulence
Techniques d'injection de l'ozone
L'ozone peut être injecté dans l'eau de plusieurs façons. Les techniques les plus couramment utilisées sont les diffuseurs et les venturis [33,52]. Un diffuseur travaille sous pression et crée une colonne à bulles. Les avantages d'un système de diffusion sont un rendement élevé, une construction simple et est avantageuse pour des volumes d'eau élevés (par ex: systèmes d'eau potable) Les inconvénients sont que le système n'est pas très compact et que l'efficacité dépend de la taille de la colonne de contact et de la taille des bulles. De plus, un diffuseur peut être bouché, entraînant une diminution de l'efficacité. Ici, vous pouvez voir une application d'un système de diffusion (colonne de contact à contre- et co-courant): 
Figure 4: colonne de contact à contre- et co-courant Dans le cas d'un système venturi, le gaz ozone est dissous dans l'eau par pression. La pression crée une constriction dans le débit du fluide, entraînant le pompage de l'ozone (figure 5). Un système à venturi a diverses avantages, à savoir: une installation compacte, pas d'éléments en mouvement, un rendement élevé. 
Figure 5: système venturi |
Eau de process
Emergency water treatment
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