MUIA Éléonore DUMARGNE Émilien
À Yutz, le 28 septembre 2010
Compte Rendu Travaux Pratiques
Qualité des eaux usées
Pour Monsieur Laval-Gilly
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MUIA Éléonore DUMARGNE Émilien
Sommaire I ) Introduction :....................................................................................................................................2 II ) Résultats :.......................................................................................................................................2 1 ) Analyse des M.E.S. d'une Eau usée...........................................................................................2 2 ) Détermination de la D.B.O.6.....................................................................................................4 3 ) Mesure de la D.C.O...................................................................................................................4 4 ) Les Matières Azotées.................................................................................................................6 III ) Conclusion : .................................................................................................................................7
I ) Introduction : L'assainissement de l'eau est aujourd'hui plus que jamais utilisé dans les pays ayant les moyens de pouvoir s'offrir un réseau fonctionnel d'épuration de leurs eaux usées. Les eaux usées sont (à hauteur d'environ 80% en France) reliées au réseau formé par les stations d'épurations (STEP), les autres ont un assainissement privé ou n'en non pas. Cependant faire fonctionner une STEP n'est pas chose facile, différents paramètres doivent être conformes, que cela soit du point de vue des normes nationales et européennes que dans le soucis d'efficacité pour que la STEP assainisse convenablement l'eau qu'elle reçoit. Ces différents paramètres sont normés, il s'agit de la D.B.O., la D.C.O., les MES et les Matières Azotées. Ceux-ci dans leur cadre respectif de mesure de molécules spécifiques vont nous donner une indication sur la nature de l'eau d'entrée et la qualité de l'eau de sortie. Au final, on en déduit si la STEP a des problèmes, si on doit améliorer un traitement ou au contraire si la station est bien « réglée ».
II ) Résultats : 1 ) Analyse des M.E.S. d'une Eau usée Les expériences réalisées sur les boues permettent de déterminer trois paramètres : leur teneur en matières sèches, leur teneur en matières volatiles ainsi que leur décantabilité. • •
Détermination de M0 : On pèse à vide la coupelle en porcelaine après séchage à 100°C on obtient 19,8873 g. Détermination de M1 : On introduit 5ml de boue dans la coupelle et on la fait sécher à 100°C on obtient 19,9335 g de matières sèches. 2/7
MUIA Éléonore DUMARGNE Émilien On exprime la teneur par : MS = (M1 – M0)/ V avec V : le volume de l’échantillon prélevé qui est de 5 ml
MS = (19,9335 – 19,8873) / 5.10-3 = 9,23 g/L On remarque que la valeur obtenue est supérieure à celle habituellement mesurée sur une boue activée ( qui est de 3g/L ). La teneur est donc plus trop importante au niveau de ces boues et peut former un déséquilibre par rapport à l'élimination des MES dans le bassin d'épuration. •
Détermination de M2 : Après calcination à 550°C on obtient la masse de matière non minéralisée de 19,9048 g. On exprime la teneur en matière minérales par : MM = ( M2 – M0 ) / V MM = (19,9048 – 19,8873) / 5.10-3 = 3,5 g/L
La valeur habituellement mesurée de la teneur en matière minérale sur une boue activée est de 2/3 des matières sèches ce qui correspond à 2g/L, ici on est à 3,5 g/L ce qui explique que la boue arrivant en STEP est trop concentrée. On exprime la teneur en matière volatiles par : MV = MS-MM MV = 9,23 - 3,5 = 5,73 g/L Et on exprime la proportion en matière volatiles par : %MV = MV/MS %MV = ( 5,73 / 9,23 ) = 62% La détermination des matières volatiles permet d'obtenir une évaluation sur la teneur en matières organiques contenues dans les boues activées. La proportion des matières volatiles est généralement de 66% or on a 62% ce qui est correct. L'indice de Mohlmann caractérise la décantabilité des boues, donnée par l'expression : Im = V/MS avec V : le volume de boues décantées après 30 min avec Ms : la teneur en matières sèches de ces boues déterminée précédemment de 9,23 g/L
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MUIA Éléonore DUMARGNE Émilien Lors de l'expérience on a relevé un volume de boue après décantation de 247 ml pour 250ml soit pour un litre 988 ml. Im = ( 988 / 9,23 ) = 107,04 cm3/g de MS La décantabilité est bonne lorsque l'indice de Mohlmann est compris entre 50 et 100 cm 3/g, elle est mauvaise si elle est supérieure à 200 cm 3/g. Ici on a une valeur comprise entre 100 et 200 cm 3/g par conséquent on a une décantabilité moyenne.
2 ) Détermination de la D.B.O.6 C'est la demande biochimique en oxygène sur une durée de 6 jours. C'est-à-dire c'est la mesure de la quantité d’oxygène dissous qu'une biomasse épuratrice va consommer afin de décomposer les matières organiques contenues dans l'eau avec l'aide de microorganismes. Elle est donnée par l'expression : DBO6 = (T0 – T6)*(Vt/Ve) Avec : Vt le volume de l'erlenmeyer utilisé (en mL) Ve le volume de l'échantillon prélevé (en mL) T0 la teneur en oxygène lors de la préparation (en mg/L) T6 la teneur en oxygène après 6 jours (en mg/L)
Tableau de résultats pour les MES
Vt
Ve
T0
T6
DBO6 (en mg d'O /L)
Entrée 5 du 16/09
500
3
10,27
8,58
281,66
Sortie 5 du 16/09
500
100
12,3
9,36
14,7
2
Nous avons du faire une DBO6 car l'eau d'entrée et de sortie de la STEP que nous avons mesuré datait de 6 jours, donc nous ne pouvons pas appliquer la norme AFNOR T90-103 de la DBO5 à la DBO6. La DBO5 devrait être conforme car on ne dépasse pas même au bout de 6 jours la valeur de 25mg d'O2/L en sortie et on est entre 100 et 400 mg d'O2/L en entrée. Ce qui nous donne un rendement de 25,2 %.
3 ) Mesure de la D.C.O C'est la demande chimique en oxygène, d'après la norme AFNOR T90-101.Dans cette expérience on remplace l'oxygène par le dichromate de potassium car il est 1,5 fois plus oxydant que l'oxygène. On va le titrer par une solution de sel de Mohr. Ceci permet de savoir la concentration d'oxygène qu'il y a à l'entrée et la sortie de l'eau de la STEP.
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MUIA Éléonore DUMARGNE Émilien Avant de titrer l’excès de dichromate de potassium de chaque prise d'essai, on doit minéralisé les eaux venant de la STEP. La minéralisation permet de séparer les différentes molécules composant la matière organique, on obtient l'équation chimique suivante : Les deux couples mis en jeu lors de la réaction sont : Fe3+ / Fe 2+ Cr2O72-/Cr3+ Donc on a : Fe3+ + 1e- ==> Fe2+ (X 6) Cr207 + 14H+aq + 6e- ==> 2 Cr3+ + 7H2O _________________________________________ Cr2O7- + 14H+ aq + 6Fe2+ ==> 2Cr3+ + 7H20 + 6Fe3+ 2-
L'équation du titrage est : CR2O72- + 6Fe2+ =====> 2CR3+ + 6Fe3+ •
Calcul de la concentration exacte du sel de Mohr : n(CR2O7) = n(Fe2 +) / 6 C(CR2O7) x V (CR2O7) = C ( Fe2+) x V (Fe2+) / 6 C (Fe2 + ) = 6 x C(CR2O7) x V CR2O7 / V Fe2+ C(Fe2 +) = 6 x 0,08 x 2 / 8,1 = 0,118 Mol / L
Donc la concentration du sel de Mohr vaut 0,118 Mol/L. On calcule ensuite la DCO grâce à la formule suivante : DCO = 8000 x (Vo – V1) x T / V •
Pour l'entrée : DCO = 8000 x ( 7,35 – 2,35) x 10-3 x 0,118 / 10 x 10-3 = 472 mg d'O2/L
L'eau en entrée est bien une eau usée urbaine, puisque d'après la norme AFNOR T90-101 les eaux usées urbaines contient de 300 à 1000 mg de DCO / L •
Pour la sortie : DCO = 8000 x (7,35 – 6,5) x 10-3 x 0,118 / 10x10-3 = 80,24 mg d'O2/L 5/7
MUIA Éléonore DUMARGNE Émilien D’après la norme, l'eau en sortie n'est plus une eau usée car sa DCO est inférieur a 100 mg d'O2/L. Grâce à la détermination de la DBO 6 et de la DCO on peut savoir si la biodégradabilité des eaux avant la station est correct par le rapport suivant : Biodégradabilité = DCO / DBO6 = 472 / 281,66 = 1,67 Elle est donc inférieure à 2,5 , donc la biodégradabilité est considérée bonne. L'eau est donc bien de type urbaine.
4 ) Les Matières Azotées Pour caractériser un effluent il est nécessaire de connaître les différentes formes de l'azote. L'ensemble de l'azote sous toutes ses formes est appelé azote global (NGL) : NGL = (N-Norg + N-NH4) + N-NO2- + N-NO3Soit NGL = NTK + N-NO2- + N-NO3On veut ici doser l'azote dans sa globalité, or on ne sait pas doser les NO 2- et NO3- c'est pour cela que l'on doit réaliser une minéralisation pour faire passé l'azote sous la forme NH4+. Après minéralisation, on a que des formes libres d'azote, donc on peut utiliser la formule suivante pour calculer la concentration en azote Global et Kjeldhal : C = (V1-V2)/Vo x C x 14,01 x 1000 Avec : Vo le volume, en mL, de la prise d'essai V1 : le volume, en mL, de la solution titrée d'acide chlorydrique utilisé pour le titrage. V2 : Le volume, en mL, de la solution titrée d'acide chlorydrique utilisé pour le titrage à blanc. C : la concentration exacte, en mole par litre, de la solution titrée d'acide chlorydrique utlisée pour le titrage. 14,01 est la masse atomique relative de l'azote.
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Entrée de l'azote global : C =( 9,138 – 0,907) / 50 x 0,02 x 14,01 x 1000 = 46,12 mg/L
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Sortie de l'azote global : C = (4,338 – 0,907) / 50 x 0,02 x 14,01 x 1000 = 19,22 mg/L
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Entrée de l'azote Kjeldahl : C= ( 8,088 – 0,970 ) / 50 x 0,02 x 14,01 x 1000 = 39,88 mg/L
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Sortie de l'azote Kjeldahl : C = (1,185-0,970) / 50 x 0,02 x 14,01 x 1000 = 1,204 mg/L
On peut donc en conclure que l'eau d'entrée est une eaux usées urbaines car elle contient plus de 30 NTK / L. L'eau de sortie n'est plus considérée comme eau usée car elle à une valeur inférieur à 30 NTK/L. Calcul de la concentration en ions NO2- et NO3- d'après la formule : NGL-NTK = N-NO2- + N-NO3•
En entrée : N-NO2- + N-NO3- = 46,12 – 39,88 = 6,24 mg/L
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En sortie : N-NO2- + N-NO3- = 19,22 – 1,204 = 18,016 mg/L
On a dans l'ensemble de l'eau 18,016 mg/L d'ions NO2- et NO3-.
III ) Conclusion : A partir des différents paramètres que nous avons mesurés, tel que la DCO, DBO, MES, Matières azotées et les boues on se doit de définir si une eau est usée ou non pour savoir si la station d'épuration (STEP) fonctionne correctement. Mis à part le fait que la décantabilisation soit moyenne, toutes les normes relevant du traitement des eaux usées sur une STEP sont respectées. Il est nécessaire d'améliorer la décantabilisation car la STEP n'a peut être pas été prévue pour la concentration en matière carbonée qu'elle reçoit. Pour cela il suffit d'agir au niveau de l'infrastructure permettant l'élimination des matières en suspension, c'est à dire, le clarificateur. La DCO, DBO, MES et les Matières azotées mesurées reflètent une activité importante par les microorganismes. Ces microorganismes sont nombreux car l'inverse faible de la biodégradabilité est inférieur à 2,5, caractéristique d'une eau résiduelle urbaine. La STEP fonctionne correctement car nous avons constaté que l'eau de sortie de la STEP répondait aux normes définissant une eau pouvant être rejetée dans le milieu naturel, sans présenter de risques pour l'environnement. Cependant d'autres paramètres auraient très bien pu être mesurés aussi tel que le pH et les matières phosphorées pour pouvoir corroborer les résultats des autres tests.
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