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UL-FSP 3 – L2 Santé & Environnement CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT Chapitre 2-C La P

UL-FSP 3 – L2 Santé & Environnement CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT Chapitre 2-C La Pollution des Eaux Pr Jalal HALWANI Définition de la pollution des Eaux Le terme de pollution désigne l’ensemble de composés toxiques libérés par l’homme dans l’écosystème. Dans le milieu aquatique : la pollution résulte de l’introduction dans un milieu de substances conduisant à son altération. Les milieux aquatiques: nappes souterraines, cours d’eaux, lacs, rivières, mers,…. Caulerpa taxifolia: une espèce allochtone en Méditerranée Algue marine qui se caractérise par une forte aptitude à la colonisation du substrat aux dépens des espèces indigènes. POLLUTION AGRICOLE POLLUTION DOMESTIQUE POLLUTION ACCIDENTELLE POLLUTION INDUSTRIELLE Origine de la pollution La pollution peut être classée suivant l’origine ou les conséquences 1) La pollution domestique provenant des habitations, elle se caractérise par: des germes fécaux de fortes teneurs en matières organiques de sels minéraux (N, P) des détergents Cette pollution est généralement véhiculée par le réseau d’assainissement jusqu’à la station d’épuration 2) La pollution industrielle Provenant des usines, elle est caractérisée par une grande diversité suivant l’utilisation de l’eau: Matières organiques et graisses (agro-alimentaire,...) Hydrocarbures (raffineries) Métaux (traitement de surface, métallurgie) Acides, bases et produits chimiques divers (industries chimiques, tanneries,…) Eau chaude (circuit de refroidissement des centrales thermiques) Matières radioactives (centrales nucléaires, traitement des déchets radioactifs, hôpitaux, ...) 3) La pollution agricole Provenant des fermes ou des cultures et caractérisée par: • de fortes teneurs en sels minéraux N, P, K provenant: des engrais, des purins et lisiers (élevage intensif) • la présence de produits chimiques de traitement ( pesticides, herbicides, …) 4) Phénomènes naturels Irruption volcanique, épanchement sous-marin d’hydrocarbures, contact avec les filons géologiques (métaux)….. Conséquences de la pollution Les conséquences d’une pollution peuvent être classées par catégories 1)- Conséquences sanitaires 2)- Conséquences écologiques 3)- Conséquences esthétiques 4) Conséquences industrielles 5) Conséquences agricoles Caractéristiques et paramètres des eaux résiduaires Les eaux résiduaires sont des mélanges complexes Ils contiennent: - des matières en suspension plus au moins décantables; - des matières colloïdales • émulsionnés (graisses et huiles solubles) • associées sous forme de films (hydrocarbures) • mousses (tensioactifs) - des matières solubles (en solution) organiques et minérales. Certaines de ces matières peuvent être biodégradables et d’autres toxiques pour le milieu récepteur. PARAMETRES ECHELLE DE VARIATION FRACTION DECANTABLE pH 5,5 à 8,5 MES (mg/l) 100 à 400 50 à 60 % DBO5 (mg/l) 150 à 500 25 à 30 % DCO (mg/l) 300 à 1000 30 % NTK (mg/l) 30 à 100 < 10 % N-NH4 + (mg/l) 20 à 80 0 % N-NO3 - (mg/l) < 1 0 % N-NO2 - (mg/l) < 1 0 % P total (mg/l) 10 à 25 10 % Détergents (mg/l) 6 à 13 CONCENTRATIONS MOYENNES DES EAUX USEES DOMESTIQUES Vu la complexité de la pollution des eaux résiduaires il faut adapter un système analytique simple pour traduire le niveau de la contamination. Il peut comprendre trois groupes de déterminations: des paramètres globaux de pollution analyse spécifiques de certains polluants analyse microbiologiques ou les tests de toxicité permettant de préciser les risques de rejet Les paramètres globaux de pollution Objectif = chiffrer la composition des eaux usées 1- les matières en suspension (MES) 2- les composés oxydables (DCO) 3- les composés biodégradables (DBO) Les analyses spécifiques Elles sont réservées à certains effluents industriels en raisons de leurs caractéristiques propres. Il s’agira de l’analyse d’un ou de plusieurs polluants nécessitant une étape particulière de traitement d’épuration ex. Hydrocarbures, métaux lourds, toxiques spécifiques (CN-), micropolluants organiques (HPA, AOX, VOX,….) Les tests de toxicité Objectif = Chiffrer la toxicité d’un effluent et déterminer les risques pour l’environnement Toxicité selon le test Daphnies: l’équitox exprime la CI 50 (immobilisation par intoxication chimique en 24h) Le nombre d’équitox/m3 est le taux de dilution nécessaire pour obtenir une concentration de 1 équitox/m3. Toxicité selon le test microtox: la toxicité est exprimée par la concentration de l’échantillon qui diminue de 50% la luminescence des bactéries après 5, 15, et 30 mn d ’exposition à 15°C. Elevage à 20 °C 5 daph./éch. Test Daphnies Après 24h incubation Expression des résultats Equitox/m3 Remarques: Les bonnes conditions de: - Prélèvement, - Transport - Conservation des échantillons, ( Analyse dans les meilleurs délais ) constituent les bases essentielles d’une analyse correcte. Paramètres analytiques des eaux résiduaires 1) Les matières en suspension (MES et MVS) Les matières en suspension dans les eaux résiduaires sont constituées de: matières minérales matières organiques ou matières volatiles en suspension (MVS). Les particules minérales sont généralement inertes du point de vue chimique et biochimique. La détermination des MES se fait par gravimétrie, après séparation par filtration ou centrifugation: - la filtration est effectuée sur disque filtrant en fibres de verre ou sur couche d’amiante (Creuset de Gooch) - la centrifugation se fait à 3000 g pendant 20 minutes. Le filtre, le creuset ou le culot de centrifugation sont portés à 105 °C jusqu’à masse constante et pesés après refroidissement dans un dessiccateur. Les matières minérales sont déterminées par pesée après calcination à 525 °C et les matières organiques (MVS) sont obtenues par différence. 2) Demande chimique en oxygène (DCO) L’oxygène est un des facteurs écologiques parmi les plus importants des systèmes aquatiques. D’abord parce qu’il est essentiel pour la respiration des organismes, ensuite parce qu’il y est rare et que son renouvellement n’y est pas aisé. La DCO correspond à la quantité d’oxygène que peut consommer un effluent au cours d’une réaction d’oxydation par K2Cr2O7 à chaud (140 - 150 °C) en milieu acide (H2SO4) en présence d’un catalyseur (Ag2SO4) et d’un complexant des ions chlorures par HgSO4. La DCO Représente la majeure partie des matières organiques et certains sels minéraux oxydables (sulfures, sulfites,…) La quantification de la DCO se fait par dosage de l’excès de bichromate de potassium par une solution titrée de sel de Mohr [FeSO4,(NH4)2SO4,7H2O]. Cette méthode est normalisée par l’AFNOR (NF T 90 101). L’analyse est perturbée par la présence d’halogénures (Cl- > 3 g/l). Le schéma réactionnel est le suivant: -Oxydation des matières organiques: MO + Cr2O7 2- 2Cr3+ + xCO2 + yH2O + ... - Dosage du bichromate en excès par le fer ferreux (sel de Mohr): Cr2O7 2- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O Fe2+ Fe3+ + 1e- ______________________________________________ Soit Cr2O7 2- + 14H+ + 6Fe2+2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+ La fin du dosage est détectée par un indicateur la férroïne (o-phénanthroline ferreuse), changement de coloration bleu-vert rouge-brun. La DCO est exprimée en mg d’oxygène par litre d’eau (la consommation de bichromate de potassium est convertie en mg d’oxygène: 1 méq correspond à 8 mg O2). Remarque: l’oxydation de la MO par K2Cr2O7 n’est pas toujours complète. L’échantillon et les solutions sont véhiculés par des pompes volumétriques et la réaction se fait dans un réacteur adapté. La mesure spectrophotométrique du Cr3+ formé dont la concentration est proportionnelle à la concentration en matières oxydées. Mesure automatique de la DCO La DCO est une méthode très utilisée en épuration, dans les effluents urbains, le rapport DCO/DBO5 est d’environ 2. L’analyse de la DCO conduit à des résidus chimiques toxiques Les limites de rejet en DCO En rejets urbains Directive européenne du 21 mai 1991-: 125 mg/l en moyenne de 24 heures ou 75 % de réduction En rejets industriels: 125 mg/l ou 300 mg/l en dessous d’un seuil de flux journalier - arrête du 1er mars 1993. 3) Demande totale en oxygène (D.T.O.) On oxyde les matières organiques dans un four à 800° C en présence d’oxygène. L’oxydation est plus complète que la DCO. Possibilité de corrélation DCO et DTO pour les effluents industriels. 4) Évaluation de la MO par perte au feu On peut évaluer les matières organiques particulaires par la différence de poids entre les résidus secs à 105 °C et calcinés à 525 °C. Cas des matières volatiles en suspensions MVS 5) La demande biochimique en oxygène DBO Elle évalue la quantité de matières biodégradables en mesurant l’oxygène consommé par les bactéries. La dégradation du substrat peut être schématisée globalement: MO + Micro-organismes + O2 + El. de croissance CO2 + H2O+ ...+ Energie + Biomasse + NH4 + puis NO2 - puis NO3 - Ce paramètre constitue un bon indicateur de la teneur en matières organiques biodégradables d’une eau (toute matière organique biodégradable polluante entraîne une consommation de l'oxygène) au cours des procédés d’autoépuration Les transformations biochimiques s’effectuent en deux stades: le premier se rapportant aux composés carbonés; le deuxième, relatif aux composés azotés et plus particulièrement à la nitrification de l’azote ammoniacal NH4 + NO2 - NO3 - Evolution de la DBO en fonction du temps 5 10 15 20 30 35 40 25 45 Jours DBO (mg/l O2) Eau traitée Eau brute 50 200 600 400 NH4 + NO2 -  NO3 - 10 20 30 40 Jours DBO (mg/l O2) 50 200 600 400 30° C 10° C 20° C La détermination consiste à mesurer la quantité d’oxygène consommée en 5 jours, à 20°C et à l’obscurité. La DBO est mesurée au bout de 5 jours (=DBO5), à 20 °C (température favorable à l’activité uploads/Geographie/ cours-chimie-environnement-chap-2c.pdf