CONCEPTION ET REALISATION D’UN JAR TEST

Paramètres physico-chimique

pH (Méthode éléctrométrique avec électrode de verre) : C’est un paramètre permettant de mesurer l’acidité ou la basicité de l’eau plus le pH est bas plus l’eau est dite acide (pH<7). Plus le pH est élève, plus l’eau est dite basique (pH>7). L’eau n’est jamais neutre sauf l’eau pure. Ceci est du a la présence des bases faibles bicarbonate (HCO3), carbonate (CO3-2) ainsi que les bases fortes hydroxyde (OH- ), et de la phosphate. La mesure sur place de ce paramètre est idéale pour la valeur la plus précise avec la température réelle du milieu de prélèvement. Le pH peut varier selon la température.
Turbidité : La turbidité est la mesure de l’aspect plus ou moins trouble de l’eau. C’est l’inverse de la limpidité. Elle est due a la présence des MES finement divisée : argiles, limons, grains de silice, matière organique, etc.…
Conductivité : Toute eau est plus ou moins conductrice du courant électrique. Cette conductivité est liée à l’existence des charges électriques des ions présents dans l’eau.
Couleur : La couleur vraie d’une eau est due à la présence de matières organiques dissoutes ou colloïdales. Elle est dite ≪couleur apparente≫ quand les substances en suspensions y ajoutent leur propre coloration; la ≪couleur vraie≫ correspond à la mesure effectuée sur des échantillons d’eau débarrasses par centrifugation des particules en suspension. En général, la couleur réelle et la couleur apparente sont approximativement identiques dans l’eau claire et les eaux de faible turbidité. En fonction de la turbidité, elle pourra virer à des autres couleurs.
TA (titre alcalimétrique) et TAC (titre alcalimétrique complet) : Le titre alcalimétrique mesure la teneur de l’eau en alcalis libres et en carbonates alcalins caustiques. Ce titre mesure la totalité des bases libres, une des deux valences des ions carbonate et une des trois valences des orthophosphates. Le TA n’existe que pour une valeur de pH>8,3. Le titre alcalimétrique complet correspond a la teneur de l’eau en alcalis libres, carbonates CO3-2et hydrogénocarbonate HCO3. Le TAC n’est donc positif que si le pH est supérieur à 4,5.
Oxygène dissout (O2 dissous) : Cette mesure a pour but de vérifier la nature du système aquatique, la pollution organique dans l’eau. La quantité d’oxygène dissous est liée à l’activité biologique se développant au sein de l’eau. Sa solubilité est en fonction de la température, la pression partielle dans l’atmosphère et de la salinité.
Chlorure : Les ions chlorures sont présent notamment dans l’eau de mer, minérales, les liquides physiologiques, les saumures agroalimentaires,…Mais la teneur en chlorure est extrêmement variée et liée principalement à la nature des terrains traversé. La teneur en chlorure des eaux naturelles est susceptible de subir des variations provoquées par :
– un lessivage superficiel en cas de fortes pluies.
-des pollutions liées à des eaux usées
-des infiltrations d’eau de mer dans les nappes, en particulier lors des pompages excessifs.
Le gros inconvénient des chlorures est la saveur désagréable qu’ils communiquent à l’eau, surtout le chlorure de Sodium (NaCl).
Phosphore : Le phosphore est un des sels minéraux fournis par l’alimentation. Il joue un rôle important dans le développement des algues ; il est susceptible de favoriser leur multiplication dans les réservoirs, grosses canalisations. Il en résulte une véritable dégradation, qui peut devenir irréversible.
Phosphate : On retrouve assez souvent des phosphates dans les eaux. En effet, les phosphates sont présents dans beaucoup de composes : engrais naturels ou artificiels, pesticides, détergents, agents de traitement des eaux industrielles.
Manganèse : Le manganèse présent dans l’eau peut s’y trouver, à des valences différentes, a l’état soluble ou en suspension ou sous forme de complexes. Le manganèse de l’eau ne peut être comme présentant un caractère de toxicité. Au point de vue gustatif, il peut donner un gout désagréable a l’eau. Au point de vue domestique, il présente l’inconvénient, même en quantités faibles (<0,1 mg.L-1), de tacher le linge. Dans les usines de traitement des eaux, il favorise la croissance de bactéries du groupe des siderobacteriales (gallionella), perturbant le fonctionnement des filtres à sable et pouvant amener la formation de dépôts dans les canalisations. Il peut cependant être utilise a l’état héptavalent, sous forme de permanganate, pour l’élimination des matières organiques donnant des gouts désagréables.
Sodium : Le sodium est un élément constant de l’eau, toutefois les concentrations peuvent être extrêmement variables. Du point de vue agricole, le sodium est un élément des bases alcalines et alcalino-terreuses jouant un rôle dans le maintient de la perméabilité des sols pour l’irrigation.
Magnésium : Le magnésium est un élément indispensable pour la croissance ; il intervient comme plastique dans l’os et comme élément dynamique dans les systèmes enzymatique et hormonaux. C’est ainsi un élément de la dureté de l’eau. A partir de certaines teneurs, il donne à l’eau une amertume désagréable.
Potassium : Bien que dans les roches ignées la teneur en potassium soit presqu’aussi importante que celle du sodium, sa présence à peu prés constante dans les eaux naturelles ne dépasse pas habituellement 10 a 15mg.L-1 et n’offre pas d’inconvénients pour la sante des populations.
Résidu sec : La détermination du résidu sur l’eau non filtre permet d’évaluer la teneur en matière dissoutes et en suspension ; la mesure après filtration correspond aux matières dissoutes. Les résultats sont influences par la température et la durée de la dessiccation.
Huile et graisse : La méthode est basée principalement par la détermination de la concentration des huiles et des graisses totales et minérales dans les effluents municipaux et industriels. Les huiles et les graisses totales contenues dans l’échantillon sont d’abord extraites à l’aide d’hexane. Cet extrait est par la suite asséché avec du sulfate de sodium puis évaporé à sec et les huiles et les graisses totales sont déterminées par gravimétrie.

Paramètres toxiques

HAP (Hydrocarbure Aromatique Polycyclique) : De nombreux facteurs peuvent intervenir à l’existence des hydrocarbures dans l’eau. Les plus récents proviennent des eaux de lavage des voitures ainsi que par les effluents des usines a gaz, industrie pétrolière, de la pétrochimie, des ateliers de mécanique, fumées des cheminées, bitume des routes. L’hydrocarbure est complètement néfaste pour la sante car ils sont connus pour être cancérigènes. Son déversement en avale provoques de nuisances des natures surtout pour l’agriculture et pour les eaux souterraines. Certes, certains de ces hydrocarbures sont assez volatils et se dispersent facilement, mais ceux dont la densité est plus élevée restent et peuvent ensuite contaminer les eaux sur une grande distance. L’inconvénient principal réside donc dans les modifications organoleptiques de l’eau qui, en raison de contaminations des réservoirs et des circuits, peuvent persister longtemps après la pollution. Alors il est nécessaire de faire l’analyse d’hydrocarbures totaux avant de déverser une eau dans la nature. Ils peuvent aussi permettre de tester l’efficacité d’un traitement d’épuration.

La floculation

                  La floculation permet de s’attaquer au problème du faible diamètre des colloïdes. Le véritable souci est en fait la masse, qui ne permet pas une sédimentation naturelle et exploitable dans le cadre d’un traitement. La solution exploitée par la floculation est de provoquer, grâce à l’ajout de floculant, une agglomération des particules colloïdales. Par la suite, cet agglomérat de colloïdes appelé floc dispose d’une masse suffisante pour pouvoir se décanter. Le floculant est une Substance qui a la propriété de floculer, ou d’agréger sous la forme de flocons, des particules de colloïdes en suspension dans un solvant. Le floculant ajouté est généralement un polymère, qu’il soit organique ou naturel, qui va jouer le rôle de colle entre les colloïdes. Cette technique comporte une première phase d’adjonction d’un réactif, qui provoque l’agglomération des particules en suspension, puis une accélération de leur chute au fond de l’ouvrage. Ces particules colloïdales, vu les mêmes charges qu’elles possèdent créant des forces répulsives, ne se décantent pas naturellement. Elles ne peuvent pas donc être enlevées par le traitement physique conventionnel. La coagulation est la seule méthode économique efficace pour l’enlèvement de ces impuretés. C’est la déstabilisation des particules colloïdales par addition d’un réactif chimique, le coagulant et la floculation est l’agglomération de ces particules « déchargées » en micro-flocs. Les flocs formés adsorbent et prennent au piège les matières colloïdales en suspension et les décantent en laissant un surnageant clarifié. Les coagulants employés communément dans le traitement des effluents textiles sont : l’alun ou sulfate d’alumine : Al2SO4, 18H2O, Sulfate ferrique : Fe2+(SO4)3, Sulfate ferreux : FeSO4-, 7H2O, un mélange de chlorure et sulfate ferrique : FeSO4-, Cl, Chlorure de fer (FeCl3), Chlorure de Ca (CaCl2) spécialement pour les effluents de récurage de laine.

Traitement secondaire [5], [2], [18], [19]

                 Le traitement secondaire se fait le plus couramment par voie biologique. Une voie physicochimique peut la remplacer ou plus souvent s’y ajouter pour favoriser la floculation et coagulation des boues ou permettre, par exemple, la fixation des phosphates apportés, entre autres, par l’utilisation d’engrais pour les activités agricoles. Le traitement biologique le plus simple consiste à éliminer les composés organiques tels que sucres, graisses, protéines, etc. Ceux-ci sont nocifs pour l’environnement puisque leur dégradation implique la consommation de l’oxygène dissous dans l’eau nécessaire à la survie des animaux aquatiques. La charge en polluants organiques est mesurée communément par la DBO5 (demande biologique ou biochimique en Oxygène sur 5 jours) ou la DCO (Demande Chimique en Oxygène). Les bactéries responsables de la dégradation des composés organiques sont hétérotrophes (ils sont incapables d’effectuer eux-mêmes les synthèses de leurs constituants à partir d’élément minéraux. Ils sont en général chimiotrophes, c’est à dire utilisant comme source d’énergie l’énergie chimique récupérée au cours de l’oxydation des composés organiques réduits présents dans leur alimentation). Pour accélérer la dégradation des composés organiques, il faut apporter artificiellement de l’oxygène dans les eaux usées. Si les réacteurs biologiques permettent un temps de contact suffisant entre les effluents et les bactéries, il est possible d’atteindre un second degré de traitement : la nitrification. Il s’agit de l’oxydation de l’ammoniaque en nitrite, puis en nitrate par des bactéries nitrifiantes. L’ammoniaque est un poison pour la faune piscicole. Les bactéries nitrifiantes sont autotrophes (ils sont capables d’utiliser des éléments inorganiques pour synthétiser leurs propres constituants organiques. Ils sont en général phototrophes, c’est à dire capables d’utiliser l’énergie lumineuse et de convertir cette énergie en étapes chimiques). Elles croissent donc beaucoup plus lentement que les hétérotrophes. Une station d’épuration doit d’abord éliminer les composés organiques avant de pouvoir nitrifier. Une troisième étape facultative consiste à dénitrifier (ou dénitrater) les nitrates résultants de la nitrification. Cette transformation peut se faire en pompant une partie de l’eau chargée de nitrates de la fin de traitement biologique et la mélanger à l’eau d’entrée, en tête de traitement. La dénitrification se passe dans un réacteur anoxique, en présence de composés organiques et de nitrates. Les nitrates sont réduits en di-azote (N2) qui s’échappe dans l’air. Les nitrates sont des nutriments qui sont à l’origine de l’envahissement d’algues dans certaines mers. La dénitrification se fait généralement sur les petites stations d’épuration dans le même bassin que la nitrification par syncopage (arrêt de l’aération, phase anoxie). Cette étape tend à se généraliser pour protéger le milieu naturel. Le traitement par voie physico-chimique regroupe l’aération et le brassage de l’eau mais aussi une décantation secondaire (dite aussi clarification). A partir de ce dernier élément, l’eau clarifiée est rejetée (sauf traitement tertiaire éventuel) et les boues décantées sont renvoyées en plus grande partie vers le bassin d’aération, la partie excédentaire étant dirigée vers un circuit ou un stockage spécifique. Le traitement du phosphore est généralement demandé sur les stations supérieures à 10.000 équivalents-habitants. Il peut être demandé sur des plus petites stations d’épuration suivant la sensibilité du milieu récepteur. Un traitement biologique complété par un traitement physico-chimique est souvent utilisé.

Effets de la température sur la floculation

                  Les variations du potentiel Zéta sont analysées de même que les taux de formation de flocs, les doses des produits chimiques ainsi que les pH optimaux. Pour l’alun, l’impact d’une baisse de la température est compensé par une augmentation de la dose d’alun ou par une augmentation du pH (nouvelle zone optimale de pH 6,6 à 6,8). Les résultats montrent également que le taux de formation des flocs est dépendant de la température dans le cas de l’alun, par contre lors de l’utilisation d’un poly électrolytes cationique, la température n’a pas d’effet sur le taux de formation des flocs. Les auteurs montrent aussi que les poly électrolytes anioniques et non ioniques ne réussissent pas à provoquer une floculation des particules chargées négativement. Bien que des poly électrolytes différents soient employés, des poly électrolytes anioniques peuvent provoquer une floculation de particules chargées négativement. La différence entre les deux résultats peut-être attribuée aux conditions différentes de chacune des études et au fait que Ion de la première étude, la floculation est possible seulement si une étape préalable de neutralisation des charges est effectuée. Dans la seconde étude, les poly électrolytes sont utilisés en tant qu’aides-coagulants et le mécanisme de floculation dominant est le pontage entre les particules préalablement déstabilisées par un autre coagulant. Une étude tente de déterminer les effets de la température sur la coagulation et la floculation d’une glaise kaoline par le nitrate ferrique. Il a d’abord été montré que l’augmentation du pH de 6 à 8 faits augmenter le taux de floculation. Ce taux peut aussi être amélioré en augmentant l’intensité du mélange lent. L’effet de la température sur le pH optimal est bien illustré. Ce dernier passe de 6,8 à 23°C afin que le nombre d’ions OH- (diminution du pOH) soit maintenu. Les résultats de cette étude confirment ceux exposés précédemment. Les modifications de l’intensité des mélanges sont faites afin de contrer les effets des baisses températures. Cette recherche a tenu compte de la configuration des hélices de mélange. Les résultats sont peu concluants et permettent d’affirmer que les caractéristiques des flocs sont plus importantes que les caractéristiques du mélange dans le contrôle de la floculation à basse température. Les analyses montrent aussi que les flocs formés à l’aide d’un coagulant à base de fer sont plus solides et résistent mieux aux forces de cisaillement que les flocs formés à l’aide d’un coagulant à base d’aluminium. Les auteurs concluent également qu’une floculation par pontage est plus efficace que par adsorption-neutralisation. Us proposent d’utiliser l’alun en eau froide s’il est accompagné d’un polymère cationique. Ce dernier, agissant en tant que coagulant primaire doit être ajouté dans l’eau avant l’alun.

Table des matières

PARTIE I: REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
Chapitre I: GENERALITES SUR LES TRAITEMENT DES EAUX
Chapitre II: COAGULATION-FLOCULATION
Chapitre III: SIMULATION DE LA COAGULATION-FLOCULATION DÉCANTATION EN JAR TEST
PARTIE II : EXPERIMENTALE
Chapitre IV: CONCEPTION ET REALISATION D’UN JAR TEST
Chapitre V: RESULTATS ET DISCUSSIONS
Chapitre VI: EVALUATION DE PRIX DE L’APPAREIL ET ENTRETIEN

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