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Dr. Gilles OLIVE Chimie Industrielle Tome 2 - L'eau - ! Caractéristiques des ea

Dr. Gilles OLIVE Chimie Industrielle Tome 2 - L'eau - ! Caractéristiques des eaux ! Mesures physico-chimiques in situ et prélèvements d'échantillons ! Traitements des eaux ! L'eau lourde, l'eau tritiée et les eaux enrichies. Leurs applications ! Propriétés de l'eau 3ème Edition - Maître. - Houm houm. - Si je peux me permettre. De quelle charge. De quelle charge cher payé, Messire l'Abbé parlait-il ? ... N'avez vous pas toujours été moine ? - Même les moines ont un passé, Alzo. (Umberto Eco, Le nom de la rose) Ce qui ne nous tue pas nous rend plus fort. (Friedrich Nietzsche) Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 1 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 3ème Edition SOMMAIRE CHAPITRE 1: CARACTÉRISTIQUES DES EAUX _______________________ 7 1.1. Caractéristiques importantes d'une eau ________________________________________________7 1.1.1. Le résidu fixe _________________________________________________________________________ 7 1.1.2. Les matières dissoutes __________________________________________________________________ 7 1.1.3. La dureté_____________________________________________________________________________ 7 Notions générales sur la dureté de l'eau ______________________________________________ 8 Dureté temporaire _________________________________________________________________ 8 Dureté permanente ________________________________________________________________ 8 Dureté totale _____________________________________________________________________ 8 Expression de la dureté _____________________________________________________________ 9 Interprétation des résultats _______________________________________________________ 10 1.1.4. L'alcalinité___________________________________________________________________________ 11 1.1.5. L'acidité_____________________________________________________________________________ 12 1.1.6. pH _________________________________________________________________________________ 12 1.1.7. La salinité ___________________________________________________________________________ 12 1.1.8. La résistivité électrique_________________________________________________________________ 13 POURQUOI LES INDUSTRIES MESURENT-ELLES LA CONDUCTIVITÉ DES EAUX REJETÉES EN AVAL ?3 _______________________________________________________ 13 1.1.9. La turbidité2 _________________________________________________________________________ 14 1.1.10. Taux de gaz dissous ___________________________________________________________________ 14 Oxygène2 ______________________________________________________________________ 14 Anhydride carbonique2____________________________________________________________ 14 1.1.11. Caractéristiques organoleptiques _________________________________________________________ 15 1.1.12. Coloration7 __________________________________________________________________________ 15 1.1.13. Pouvoir colmatant_____________________________________________________________________ 16 1.1.14. Teneur en silice2______________________________________________________________________ 16 1.1.15. Les matières sédimentables7_____________________________________________________________ 16 1.1.16. Matières en suspension _________________________________________________________________ 16 1.1.17. Demande biologique en oxygène (DBO) ___________________________________________________ 17 1.1.18. Demande chimique en oxygène (DCO) ____________________________________________________ 17 vue générale __________________________________________________________________ 17 Si l'eau est peu polluée ____________________________________________________________ 18 Si l'eau est très polluée ____________________________________________________________ 18 Normes régionales _____________________________________________________________ 18 1.1.19. Carbone organique total (COT) __________________________________________________________ 18 1.1.20. Carbone total (CT) ____________________________________________________________________ 18 1.1.21. Exemple: caractéristique de l'eau de mer ___________________________________________________ 18 1.1.22. Qu'appelle-t-on une eau potable ? (en France) _______________________________________________ 18 Contrôle de l'eau potable ________________________________________________________ 19 Notes sur le poisson éléphant (de http://aquafish.free.fr/ et http://www.upmf-grenoble.fr/labicog/) _ 20 1.1.23. Norme de la Région Bruxelles-Capitale ____________________________________________________ 23 1.1.23.1.PARTIE A - Paramètres microbiologiques _______________________________________________ 23 1.1.23.2.PARTIE B - Paramètres chimiques _____________________________________________________ 24 Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 2 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 3ème Edition 1.1.23.3.PARTIE C ________________________________________________________________________ 25 1.1.23.3.1. Paramètres indicateurs __________________________________________________________ 25 1.1.23.3.2. Radioactivité__________________________________________________________________ 26 1.1.23.3.3. Paramètres complémentaires _____________________________________________________ 26 1.1.24. Comparaison de quelques eaux___________________________________________________________ 28 1.2. Caractéristiques secondaires d'une eau et effets biologiques ______________________________28 1.2.1. Sulfate8_____________________________________________________________________________ 28 1.2.2. Calcium8____________________________________________________________________________ 28 1.2.3. Magnésium8 _________________________________________________________________________ 29 1.2.4. Fluor8 ______________________________________________________________________________ 29 1.2.5. Sodium8 ____________________________________________________________________________ 29 1.2.6. Potassium8 __________________________________________________________________________ 29 1.3. Effet des principaux facteurs toxiques de l'eau9 ________________________________________29 1.4. Les paramètres de nature moins toxique: les paramètres physico-chimiques9________________31 1.5. Les critères de qualité pour l'eau brute destinée à la boisson9 _____________________________34 1.6. La qualité de l'eau dans l'environnement9 _____________________________________________36 1.7. L'épuration des eaux usées9 _________________________________________________________37 1.8. Aspects quantitatifs du traitement de l'eau9____________________________________________39 1.9. Les eaux minérales8 _______________________________________________________________39 1.10. Les eaux de piscines privées _________________________________________________________42 CHAPITRE 2: MESURES PHYSICO-CHIMIQUES IN SITU ET PRÉLÈVEMENTS D'ÉCHANTILLONS__________________________________ 43 2.1. Généralités sur les prélèvements d'échantillons _________________________________________43 2.1.1. Le flaconnage ________________________________________________________________________ 43 2.1.2. Mode de prélèvement et fréquence de prélèvement ___________________________________________ 44 2.1.2.1. Le prélèvement instantané ____________________________________________________________ 44 2.1.2.2. Le prélèvement composite ____________________________________________________________ 44 2.1.2.3. Le prélèvement avec concentration _____________________________________________________ 45 2.1.3. La conservation de l'échantillon __________________________________________________________ 45 2.2. Analyses sur site___________________________________________________________________46 2.2.1. Méthodes potentiométriques_____________________________________________________________ 46 2.2.1.1. Le pH ____________________________________________________________________________ 47 2.2.1.1.1. Le principe ___________________________________________________________________ 47 2.2.1.1.2. Les électrodes_________________________________________________________________ 47 2.2.1.1.3. Remarques.___________________________________________________________________ 48 2.2.1.2. La température _____________________________________________________________________ 48 2.2.1.3. L'oxygène dissous par la méthode électrochimique. ________________________________________ 49 2.2.1.3.1. Principe______________________________________________________________________ 49 2.2.1.3.2. Remarques ___________________________________________________________________ 49 2.2.1.4. La conductivité_____________________________________________________________________ 50 2.2.1.5. La Néphélométrie: Mesure de la turbidité ________________________________________________ 51 2.2.2. Méthodes visuelles: Mesure de la transparence ______________________________________________ 51 2.3. Les analyses de laboratoires, après prélèvement ________________________________________52 2.3.1. La demande biologique en oxygène (DBO) _________________________________________________ 52 Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 3 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 3ème Edition 2.3.2. Les matières en suspension (MES)________________________________________________________ 52 2.3.2.1. Prétraitement du disque filtrant ________________________________________________________ 53 2.3.2.2. Filtration de l'échantillon _____________________________________________________________ 53 2.4. Interprétation des paramètres _______________________________________________________53 CHAPITRE 3: TRAITEMENTS DES EAUX ____________________________ 56 3.1. Technique d'épuration _____________________________________________________________56 3.1.1. Techniques générales __________________________________________________________________ 56 3.1.1.1. Dégrillage_________________________________________________________________________ 56 3.1.1.2. Dessablage ________________________________________________________________________ 56 3.1.1.3. Déshuilage ________________________________________________________________________ 56 3.1.1.4. Disparition des matières en suspensions et matières colloïdales _______________________________ 56 ExempleS d'agents coagulants ____________________________________________________ 58 Coagulants minéraux______________________________________________________________ 58 Coagulants organiques ____________________________________________________________ 59 Exemples d'agents floculants _____________________________________________________ 59 Appareillage __________________________________________________________________ 60 3.1.1.5. Décantation14 _____________________________________________________________________ 60 3.1.1.6. Filtration et absorption_______________________________________________________________ 61 3.1.1.7. Diminution de la dureté ______________________________________________________________ 61 3.1.1.7.1. Première méthode: Décarbonatation à la chaux _______________________________________ 61 3.1.1.7.2. Deuxième méthode: Carbonate de Sodium __________________________________________ 62 3.1.1.7.3. Troisième méthode: Précipitation à la soude _________________________________________ 62 3.1.1.7.4. Quatrième méthode: Résines échangeuses d'ions______________________________________ 62 3.1.1.8. Déminéralisation totale ______________________________________________________________ 62 3.1.1.9. Évaporateur _______________________________________________________________________ 62 3.1.2. Etape pour obtenir de l'eau potable________________________________________________________ 62 3.1.2.1. Chloration: Cl2 (gazeux) _____________________________________________________________ 62 3.1.2.2. Utilisation de peroxyde de chlore: ClO2__________________________________________________ 63 De façon plus detaillée8 _________________________________________________________ 64 DESINFECTION DE L'EAU PAR LE DIOXYDE DE CHLORE ________________________ 65 Mode d'action ___________________________________________________________________ 65 3.1.2.3. Ozonation (O3) _____________________________________________________________________ 65 3.1.2.4. L'eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène (H2O2) __________________________________________ 66 3.1.2.5. Désinfection de l'eau par ultraviolets9 ___________________________________________________ 66 3.1.2.5.1. Conditions élémentaires de l'action ________________________________________________ 66 3.1.2.5.1.1.Principes fondamentaux _______________________________________________________ 66 3.1.2.5.1.2.Effets généraux ______________________________________________________________ 67 3.1.2.5.1.3.Théorie actuelle de l'action germicide ____________________________________________ 68 3.1.2.5.1.4.Equipement à envisager _______________________________________________________ 68 3.1.2.5.2. Caractéristiques des sources disponibles d'UV________________________________________ 68 3.1.2.5.2.1.Intensité des UV _____________________________________________________________ 68 3.1.2.5.2.2.Rendement d'émission des lampes _______________________________________________ 69 3.1.3. Traitement biologique__________________________________________________________________ 70 3.1.3.1. Différentes phases de croissance _______________________________________________________ 70 3.1.3.2. Techniques de comptages des bactéries: _________________________________________________ 70 3.2. Stations d'épuration _______________________________________________________________71 Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 4 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 3ème Edition 3.2.1. Historique14 _________________________________________________________________________ 71 3.2.2. Les procédés d'épuration biologique14_____________________________________________________ 71 Pretraitements_________________________________________________________________ 72 La decantation primaire _________________________________________________________ 72 Le traitement aerobie ___________________________________________________________ 72 3.2.3. Station d'épuration de Malmedy15 ________________________________________________________ 73 Procédé de traitement _____________________________________________________________ 75 Caractéristiques des ouvrages _______________________________________________________ 75 Ligne de traitement des eaux:_____________________________________________________ 75 Un traitement biologique:________________________________________________________ 76 Ligne de traitement des boues: ____________________________________________________ 76 3.2.4. Epuration autour de la maison1 __________________________________________________________ 77 3.2.4.1. L'épuration primaire_________________________________________________________________ 78 3.2.4.1.1. Fosse de décantation____________________________________________________________ 78 3.2.4.1.2. Dégraisseur___________________________________________________________________ 79 3.2.4.1.3. Fosse septique_________________________________________________________________ 79 3.2.4.2. L'épuration secondaire ou biologique ___________________________________________________ 79 3.2.4.3. L'épuration tertiaire _________________________________________________________________ 79 3.2.4.4. Epuration biologique dans les micro-stations _____________________________________________ 79 3.2.4.4.1. Biodisques ___________________________________________________________________ 80 3.2.4.4.2. Lit bactérien aérobie____________________________________________________________ 80 3.2.4.4.3. Boues activées ________________________________________________________________ 81 3.2.4.4.4. Biomasse fixée ou biomasse immergée aérobie _______________________________________ 81 3.2.4.5. Epuration biologique par lagunage _____________________________________________________ 81 3.2.4.5.1. Filtre planté de roseaux__________________________________________________________ 81 3.2.4.5.2. Roselière à écoulement horizontal _________________________________________________ 82 3.2.4.5.3. Lagune à macrophytes __________________________________________________________ 82 3.2.4.5.4. Marais (zone humide) reconstituées ________________________________________________ 82 3.3. Purification de l'eau au laboratoire13 _________________________________________________83 3.3.1. Les polluants de l'eau __________________________________________________________________ 83 3.3.1.1. Les particules ______________________________________________________________________ 83 3.3.1.2. Les impuretés inorganiques ___________________________________________________________ 83 3.3.1.3. Les impuretés organiques_____________________________________________________________ 83 3.3.1.4. Les contaminants biologiques _________________________________________________________ 83 3.3.2. Les techniques de purifications___________________________________________________________ 84 3.3.2.1. L'adoucisseur ______________________________________________________________________ 84 3.3.2.2. L'osmose inverse ___________________________________________________________________ 84 3.3.2.3. La déminéralisation _________________________________________________________________ 84 3.3.2.4. La distillation ______________________________________________________________________ 84 3.3.2.5. Le polissage _______________________________________________________________________ 85 CHAPITRE 4: L'EAU LOURDE, L'EAU TRITIÉE ET LES EAUX ENRICHIES. LEURS APPLICATIONS ______________________________________________ 86 4.1. Notion d'Isotopie __________________________________________________________________86 4.1.1. Le deutérium H 2 1 ____________________________________________________________________ 87 4.1.2. Le tritium H 3 1 _______________________________________________________________________ 88 4.2. Eau lourde et eau tritiée ____________________________________________________________88 Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 5 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 3ème Edition 4.2.1. Propriétés physiques ___________________________________________________________________ 88 4.2.2. Préparation __________________________________________________________________________ 90 4.2.2.1. Hydrogène lourd ou deutérium ________________________________________________________ 90 4.2.2.2. Tritium ___________________________________________________________________________ 90 4.2.3. Méthodes de dosage ___________________________________________________________________ 91 4.2.3.1. Hydrogène lourd ou deutérium ________________________________________________________ 91 4.2.3.2. Tritium ___________________________________________________________________________ 93 4.3. Autres formes isotopiques de l'eau ___________________________________________________93 4.3.1. La méthode des indicateurs isotopiques ____________________________________________________ 94 4.3.1.1. Applications biologiques _____________________________________________________________ 94 4.3.1.2. Applications chimiques ______________________________________________________________ 96 4.4. L'eau lourde dans les recherches de physique nucléaire __________________________________96 4.5. Ouvrages généraux ________________________________________________________________97 4.6. Composition isotopique de l'eau4_____________________________________________________98 CHAPITRE 5: PROPRIÉTÉS DE L'EAU ______________________________ 99 5.1. Pression de vapeur et densité de l'eau en fonction de la température4 ______________________99 5.2. Solubilité du chlore9 ______________________________________________________________100 5.2.1. Solubilité pratique du chlore, en g/L______________________________________________________ 100 5.2.2. Coefficients de Henry pour le chlore _____________________________________________________ 100 5.3. Propriétés hydrodynamiques4 ______________________________________________________101 5.3.1. Viscosité dynamique (η)_______________________________________________________________ 101 5.3.2. Tension superficielle (γ) _______________________________________________________________ 102 5.4. Propriétés thermodynamiques4 _____________________________________________________102 5.5. Propriétés électriques4 ____________________________________________________________102 BIBLIOGRAPHIE ____________________________________________________________ 103 Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 6 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 3ème Edition INTRODUCTION1 Ce n'est pas un hasard si notre terre est souvent appelée la «Planète bleue». 70% de sa surface est en effet couverte d'eau. Mais seuls 2,5% de l'énorme quantité d'eau présente sur notre planète sont constitués d'eau douce, le reste (97,5 %) étant de l'eau salée. Et il serait faux de croire que ces maigres 2,5 % nous sont entièrement disponibles: 0,26 % seulement de l'eau douce présente sur Terre est directement disponible pour la consommation humaine. L'eau est donc une ressource très limitée. Pourtant, on ne peut pas dire que l'homme ménage cette ressource naturelle si précieuse. De toute l'eau présente sur la terre, soit quelque 1386 millions de km3... seul 0,09 million de km3 est directement disponible pour la consommation humaine. Tome 2 Dr. Gilles OLIVE 7 CHIMIE INDUSTRIELLE 01/04/2005 uploads/Industriel/ chimie-industrielle-130808133005-phpapp02.pdf