I. Paramètres des eaux usées :
A.
Caractéristiques des EU :
Physique :
•
•
•
•
Couleur : Les eaux usées fraîches sont normalement brunes et jaunâtres, mais avec le
temps, elles deviennent noires.
Matières en suspension : ce sont des matières solides insolubles en suspension dans un
liquide et visibles à l’œil nu
Température : Pour les eaux résiduaires, elle est corrélée à la température extérieure tout
en étant plus chaude car presque personne ne prend de douche froide
Turbidité : En raison des matières en suspension, les eaux usées auront une turbidité
plus élevée.
Chimique :
Les eaux usées contiennent différents produits chimiques sous diverses formes, comme indiqué
ci-dessous.
• Demande chimique en oxygène (DCO) : (C’est une mesure de la quantité de matières
organiques dans les eaux usées en fonction de l’oxygène nécessaire pour les oxyder)
• Azote : Il est mesuré sous ses différentes formes : nitrite, nitrate, ammoniac, et azote
organique (qui est la quantité d’azote présente dans les composés organiques)
• Phosphore : On le mesure généralement sous sa forme minérale et organique, le
phosphore total
• Chlorures (Cl-)
• Sulfates (SO4-2)
• Métaux lourds.
Biologique :
•
•
•
Demande biochimique en oxygène (DBO) (La DBO est la quantité d’oxygène
nécessaire pour stabiliser la matière organique au moyen de micro-organismes.)
Huile et graisse – L’huile et la graisse proviennent de déchets alimentaires et de produits
pétroliers.
Vie microbienne dans les eaux usées : Les eaux usées contiennent les microbes suivants
:
o Bactéries
o Protozoaires
o Champignons
o Virus
o Algues
o Rotifères
o Nématodes
B.
Rôle des analyses des eaux :
L’analyse des paramètres des eaux usées permet de vérifier que les objectifs recherchés par le
traitement de l’eau sont atteints :
•
Recycler et récupérer les éléments valorisables des eaux usées
•
Protéger la santé écologique du milieu récepteur
•
Protéger la santé publique des populations qui entrent en contact avec les effluents
L’analyse des eaux usées permet, entre autres :
•
De concevoir et dimensionner des stations d’épurations des eaux usées (STEP)
appropriées pour respecter les normes de rejet
•
De surveiller et d’évaluer l’efficacité des procédés de traitement dans les STEP
•
D’étudier et de concevoir des installations pour la réutilisation des eaux usées traitées.
•
D’évaluer l’impact environnemental
II. Compositions des eaux résiduaires :
Pour les eaux résiduaires urbaines, il est admis que le flux de pollution rejeté par habitant
et par jour (appelé équivalent habitant) correspond en Europe de l’Ouest aux chiffres donnés
dans le tableau ci-dessous. On considère en effet que les caractéristiques des eaux brutes varient
suivant les habitudes alimentaires, le niveau de vie, le mode d’habitat (urbain ou rural) et la
densité de population et le climat.
III. Paramètres pour les stations
d’épuration :
•
Volume produit par équivalent-habitant (eqh) : environ 150 L/jour en France.
•
Charge organique par eqh : environ 45 à 60 g de DBO5/j en France.
•
DCO (Demande Chimique en Oxygène) par eqh : 120 g[DCO]/j en France
•
Azote produit par eqh : 15 g[N]/j en France
•
Matières en suspension par eqh : 90 g[MES]/j en France
•
Phosphore par eqh : environ 1,5 g[P]/j en France en 2008
•
Le nombre d'habitants de la zone
•
Le débit journalier en m 3/h.
•
Le débit de pointe en m 3/h.
A.
L’oxygène dissous : L’analyse des
eaux Book page 113.
https://www.1h2o3.com/apprendre/parametres-des-eaux-usees/quels-sont-les-parametres-lesplus-utilises-en-station-d-epuration/
Pour maintenir la vie dans un milieu aquatique, il est primordial de conserver un niveau
suffisant d’oxygène. En effet, ce dernier fait partie de l’un des paramètres nécessaires à la
continuité de la vie et de son évolution. Il est indispensable à la photosynthèse et à l’altération
des composés organiques.
Plus on expose l’eau à l’air libre, plus elle est brassée, et plus elle est sursaturée en oxygène.
Par contre, en présence d’un excès de matières organiques solubles, elle est considérée comme
sous-saturée. En effet, ces matières organiques servent de nourriture à de nombreux microorganismes. Ces micro-organismes consomment beaucoup d’oxygène pour se développer et
dégrader cette pollution. C’est notamment ce qui explique le manque d’oxygène dans les eaux
usées. La température influe aussi sur ce paramètre. Plus il fait fro id et plus l’oxygène est
soluble dans l’eau.
En pratique, il s’agit de l’analyse la concentration en oxygène dissous. Sa mesure se fait à l’aide
d’un oxymètre.
Solubilité des gaz dans l’eau :
L’eau contient toujours des gaz dissous dont les concentrations dépendent notamment
de la température ainsi que de la composition et de la pression de l’atmosphère gazeux avec
laquelle elle est en contact. La loi de HENRY, appliquée à la solubilité des gaz dans l’eau pure,
prévoit que la concentration dissoute d’un composé gazeux dans l’eau est directement
proportionnelle à la pression partielle de ce composé dans la phase gazeuse au contact de l’eau.
Méthodes de mesures : Page 115.
La méthode originale de Winkler est sensible à un certain nombre d’interférences.
Elle n’est applicable que si l’eau ne contient pas de substances réductrices ou oxydantes telles
que des quantités importantes de fer ferreux ou ferrique, de sulfures, de sulfites, de nitrites ou
de chlore libre. La modification d’Alsterberg (à l’azoture) est particulièrement indiquée pour
les eaux qui contiennent plus de 0,1 mg / L d’azote sous forme de nitrites, comme c’est souvent
le cas pour les eaux résiduaires. Les nitrites sont détruits en milieu acide en libérant de l’azote
et du protoxyde d’azote. La méthode volumétrique décrite ci-après correspond à ce principe.
La méthode potentiométrique permet des mesures rapides. Elle est à la fois utilisable
sur le terrain et au laboratoire. Pour certains types d’effluents industriels, comme ceux des
papeteries, et en présence de composés soufrés, chlorés, de matières organiques, elle donnera
les résultats les plus satisfaisants.
Dosage de l’oxygène dissous par la méthode de
Winkler : Analyse des eaux Cours M. Frouji page
75.
La méthode de Winkler est un dosage en retour (indirect) de l’O2 dissous. Il s’agit d’une
méthode dite iodométrique qui se déroule comme suit ;
1. On introduit en milieu basique 2 ml de KI et 2 ml du chlorure de manganèse (MnCl2) ou
sulfate de manganèse (MnSO4) dans l’eau à doser. Il se forme un précipité d’hydroxyde de
manganèse (Mn(OH)2) : Mn++ qui après son oxydation par O2 devient Mn3+ ou Mn4+ de
couleur brune :
Mn++ + 2OH- → Mn(OH)2
4Mn(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Mn(OH)3 (Mn3+)
2Mn(OH)2+ O2 → MnO(OH)2 (Mn4+)
2. Lorsque la réaction est terminée, on acidifie avec 2 ml H2SO4 concentré. L’iodure de
potassium en excès introduit au départ dont Iva être oxydé par Mn3+ / Mn4+ va libérer I2 :
2Mn(OH)3 + 2I- + 6H+ → 2Mn++ + 6H2O + I2
MnO(OH)2+ 2I- + 4H+ → Mn++ + 3H2O + I2
3. Il ne reste plus qu’à titrer I2 avec du thiosulfate de sodium en présence d’empois d’amidon
comme indicateur coloré (bleu→incolore) :
2S2O32- + I2 → S4O62- + 2I
La quantité d’iode I0 libéré est stoechiométriquement reliée à la quantité d’oxygène dissous
initiale. Il faut 4 moles de thiosulfate pour doser 2 moles d’iode elles même libérées par 1
mole d’O2 et 1 ml Na2S2O3 (0,025N) correspond à 0,2 mg O2.
B.
La DCO :
La demande chimique en oxygène (DCO) est la quantité d’oxygène consommée par les
matières existant dans l’eau et oxydables dans des conditions opératoires définies. En fait, la
mesure correspond à une estimation des matières oxydables présentes dans l’eau, quelle que
soit leur origine organique ou minérale (fer ferreux, nitrites, ammonium, sulfures et chlorures).
Détermination de la DCO (méthode à reflux en système ouvert) :
Principe : Dans des conditions définies, certaines matières contenues dans l’eau sont oxydées à
l’ébullition (150 °C) par un excès de dichromate de potassium, en milieu acide et en présence
de sulfate d’argent jouant le rôle de catalyseur d’oxydation et de sulfate de mercure (II)
permettant de complexer les ions chlorure. L’excès de dichromate de potassium est dosé par le
sulfate de fer et d’ammonium. Les matières oxydables (et en particulier les matières organiques)
de l’échantillon sont oxydées par le dichromate de potassium dans les conditions précitées.
Le dichromate de potassium est réduit :
Le dichromate de potassium résiduel est dosé par une solution de sulfate de fer (II) et
d’ammonium (donc de Fe 2 + ), en présence de ferroïne (indicateur d’oxydo-réduction) :
La réaction globale du dosage est la suivante :
Il est alors possible de déterminer la quantité de dichromate de potassium consommé lors de
l’essai et d’en déduire la quantité d’oxygène équivalente.
On pourra déterminer :
•
La DCO totale (matières dissoutes et en suspension) de l’échantillon (DCO totale ),
•
La DCO dissoute, après décantation de l’échantillon pendant 2 heures (DCOad2).
Pour limiter l’interférence des chlorures, on ajoute du sulfate de mercure, qui conduit à la
formation de chloromercurate (II), soluble et peu oxydable :
C.
La DBO5 : RODIER pg 1034.
Le test de la demande biochimique en oxygène constitue un moyen valable de l’étude
des phénomènes naturels de destruction des matières organiques. Les difficultés d’application,
d’interprétation des résultats, de reproductibilité, sont liées au caractère biologique de la
méthode. La courbe de consommation d’oxygène est d’abord faible puis s’élève rapidement
jusqu’à un plateau, sous l’action de la phase logarithmique de croissance.
La figure ci-dessous montre une courbe typique de DBO obtenue sur un effluent urbain.
Exemple de courbe de DBO pour un effluent urbain
L’oxydation carbonée peut s’écrire schématiquement à l’aide de l’équation suivante :
Matière organique + oxygène + microorganismes + éléments nutritifs
→
Sous-produits de biodégradation (CO 2, H2O, NH 3…) + biomasse bactérienne
Pour sa détermination, on dispose :
•
D’une méthode par dilution :
La demande biochimique en oxygène (DBO5) est définie comme la quantité d’oxygène
consommée dans les conditions de l’essai, c’est-à-dire après incubation durant 5 jours, à 20 °C
et dans l’obscurité, par certaines matières présentes dans l’eau, principalement pour assurer leur
dégradation par voie biologique. La mesure de la quantité d’oxygène consommée est suivie
dans une solution ensemencée ou non.
Principe : Mesure de l’oxygène consommé en cinq jours par un échantillon dilué avec une eau
saturée en oxygène, ensemencée avec des germes, puis placé dans une enceinte thermostatée à
20 °C.
•
Méthode pour les échantillons non dilués :
La détermination de la DBO sans dilution préalable est peu adaptée pour les eaux usées,
elle a été développée pour les eaux naturelles. Cette méthode est applicable pour les échantillons
dont la demande biochimique en oxygène est inférieure à 6 mg/L.
•
Méthodes respirométriques (dites manométriques) :
Principe : La diminution de l’oxygène consommé lors de la biodégradation d’un échantillon
provoque une diminution de pression mesurée à l’aide d’un manomètre. Plusieurs types
d’appareillages sont commercialisés pour la mesure de la DBO. Certains permettent
d’enregistrer une dépression, c’est le système de Warburg ; d’autres enregistrent la quantité
d’oxygène fournie pour rétablir au fur et à mesure des besoins la pression initiale d’oxygène :
c’est le système respirométrique de Sierp. L’échantillon d’eau introduit dans une enceinte
thermostatée est mis à incuber en présence d’air. Les micro-organismes présents consomment
l’oxygène dissous qui est remplacé en permanence par de l’oxygène en provenance du volume
d’air situé au-dessus de l’échantillon. L’anhydride carbonique formé est piégé par de
l’hydroxyde de potassium.
D.
Les MES :
Préparation de l’échantillon :
Débarrasser l’échantillon des éléments grossiers au moyen d’un tamis à mailles carrées
de 5 mm de côté (module AFNOR n° 38). En présence de graisses et d’huiles, homogénéiser
l’eau brute tamisée.
Mode opératoire :
La détermination des matières en suspension (MES) dans les eaux usées se fait soit par
filtration sur membrane, soit par centrifugation.
•
Méthode par filtration sur membrane : se reporter à la détermination des matières
en suspension dans les eaux naturelles.
•
Méthode par centrifugation : se reporter à la détermination des matières en
suspension dans les eaux naturelles.
Conserver les eaux issues des opérations de filtration ou de centrifugation pour la détermination
des matières en solution.
Un traitement à 525 25 °C permet d’obtenir par différence la ten eur en matières
organiques en suspension, appelées encore matières volatiles en suspension (MVS). Il peut y
avoir des erreurs par défaut (matières organiques volatiles à moins de 100 °C) et par excès (sels
minéraux dissociés ou volatils entre 100 et 500 °C).