Untitled - Hydrologie.org

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G R O U P E M TTND " I N T E R I TS G I E I . I T I F I Q U T
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Revuefrangaisedes SGIEI|GES
llE L'EAU,3 ll984l I l3-136
0omaines
d'existence
deschloramines
etdesbromamines
Application
autraitement
deseaux
Domains
of existence
of chloramines
andbromamines
Application
to watertreatment
M . S O U L A RF
D., B L O C A
, . HATTERIR*
R6sum6
L ' a n a t y s e s p e c t r o p h o t o m 6 t r . i q u eU V d e s c h l o r a m i n e s e t d e s
b r o m a m i n e s ,o b t e n u e s p a r m 6 t a n g ed e s o l u t i o n s a q u e u s e sd ' h a L o g d n e e t d ' a m m o n i a q u ea, p e r m i s d ' 6 t a b L i r d e s d i a g r a m m e d
s'existence des diff6rentes espdcesen fonction du pH et de log R
1 p = [ H a t o g d n ei n i t i a L ] / [ A m m o n i a icn i t i a L ] ) . C e s d i a g r a m m e s
s r i n t e n p n e t e n t a u m o y e nd ' u n m o d d L ef a i s a n t i n t e r v e n i r d e s
r 6 a c t i o n s d ' 6 q u i I i b r e e n t r e L e s d i v e r s e s e s p d c e s .U n a c c o r d
s a t i s f a i s a n t e s t o b t e n u e n t r e L e s t e n e u r s c a L c u L 6 e se t m e s u r 6 e s p o u r L e s d i f f 6 r e n t s c o m p o s 6 sc h L o r - 6 se t b r o m 6 s - C e s
r e s u t t a t s s ' a p p L i q u e n ta u t r a i t e m e n t d e s e a u x o a r L e s h a t o g d n e s . L e t a u x d ' h a L o g d n er . 6 s i d u e Le t s a d i s t r i b u t i o n e n t r e
Les espdcespeuvent 6tre prevus. ILs diffdrent seton La nature
d e s e a u x i d 6 s i n f e c t e r e t L e s q u a n t i t 6 s d , a m m o n i a cq u ' e I L e s
contiennent. 0n peut en deduire Ies conditions ootimums.
d'obtention d' une 6purat ion eff .icace.
Summa
ry
U V s p e c t n o p h o t o m e t r i c a n a t y s i s o f c h L o r a m i n e sa n d b r o m a m i n e s
p r o d u c e d b y m i x i n g a q u e o u s h a I o g e n a n d a m m o n . i sao t u t . i o n s ,
a I L o w e dt o e s t a b L i s h d i a g r a m so f e x i s t e n c e f o r t h e v a r i o u s
species as a function of pH and tog R (R = [initiaL haLogen]/
I i n i t i a L a r n m o n i a) .] T h e s e d i a g r a m s a r e i n t e r p r e t e d b y u s . i n g
a m o d e I i n v o I v i n g r e v , - ' r s i b L er e a c t i o n s b e t w e e n t h e d i f f e r e n t
S e r v i c e d e C h i m i e l l i . n 6 r a . L eA p p l i q u 6 e - L a b o r a t o i r e
de lvlat6riaux
f 4 i n 6 r a u x - U . A , C N R S0 4 - 4 2 8 - E c o l e N a t i o n a l e S u p 6 r i e u r e d e C h i m i e 6 8 0 9 3 M U L H O U SCEe d e x .
frfi$EAUD$tffiilrrn$l
? g 0cT.fgE6
114
Sciences de L'eau 3' no 2
s p e c i e s - S a t i s f a c t o r y a g r e e m e n tw a s f o u n d b e t w e e n c a t c u L a t e d
a n d m e a s u r e dv a L u e s f o r t h e d i f f e r e n t c h L o r i n a t e d a n d b r o m i n a t e d c o m o o u n d s .T h e s e r e s u l t s a p p L y t o t h e u ' a t e r t r e a t m e n t
by hatogens. The content of residuat hatogen and its dis-tli-bution b"t"""n the species can be preciicted- These are different accordingto the kind of the water to disinfect and the
a m o u n t so f a m m o n i ai n i t . I t i s p o s s i b t e t o d e d u c et h e o p t i m u mc o n d i t i o n s i n o r d e r t o g e t a n e f f i c i e n t p u l i f i c a t i o n '
I N T R O D U CO
TN
I
6prouv6s
et germicides
ou Ie brome sont d.es agents oxydants
Le chlore
aqueuse 9'un halo96ne
des eaux, La mise en solution
pour Ia d6sinfection
i c6t6 de Xz, les formes Xa, HXo et
(x = cl ou Br), fait
apparaitre,
peuvent €tre
respectives
p
r
o
portions
(
h
a
l
o
g
C
n
e
l
e
s
d
o
n
t
l
i
b
r
e
)
,
XO
cal-cu16es et mesur6es.
En pr6sence de substances azot6es (ammoniac, ur6e, acides amin6s"'),
: NHzX, NIlXzr NX: et des d6riv6s
se forme notamment des halog6namines
il
nous avons
complexes,
(halog€ne
conrbin6) - ces m6langes 6tant
N-halog6n6s
Dans
ou brome-armoniac-eau.
aux syst€mes chlore
fimit6
I'6tude
d'abord
de la concenobtenu d6pend surtout
Ie type d'halog6nanine
ces systdmes,
'
d cell-e en ammoniac initial
par rapport
en halogene initial
tration
p = [naliJ/[ammil
; il est aussi
mofaire
du rapport
c'est-i-dire
constantes
grandeurs maintenues
et d'autres
du pH du mitieu
fonction
ou
oxydo-r6ductrices
(temp6rature,
espCces 6trangEres
6clairement,
d une vafeur donn6e de pH et pour des rapports
Ainsi,
catalytiques).
et enfin
puis Ia trihal-og6namine,
Ia mono-, Ia di-,
R croissants,
pour R fix6'
Par ailleurs,
pr6dominent
successivement.
libre
1'halogdne
les
neutre,
alcaline
; en rnilieu
en solution
NH2X est pr6pond6rante
que NX3 d'evienL
d.e NHXz, tandis
proportion
une forte
m6langes comportent
(6A1AL-6ORCHEV et MORRIS, 1965) [1].
pr6pond6rante
en milieu
acide
par un rnoddle de r6actions
ces faits
Nous proposons d'interpr6ter
permet le calcul
d'6qultibre
des constantes
La connaissance
6quilibr6es.
d6terdans des conditions
les esp€ces pr6sentes
des tener:rs de toutes
R. Ces valeurs
de pH et du rapport
min6es de temps, de temp6rature,
sur des diagrammes '
en espdces, rassembl6es
de concentrations
th6oriques
d6duites
exp6rimentales
avec les va]eurs
peuvent 6tre confront6es
UVprincipalement
de mesu).es d'absorption
pr6sente
un int6ret
le moddle 6labor6
Ouere son aspect th6orique,
e
s
p
d
c
e
s
e
n
t
e
n
e
u
r
s
p
e
r
m
e
t
d
e
s
c
a
l
c
u
l
pratique,
I
e
P
our des
car il6tre
et en annmoniac, qui peuvent
en halogEne
initiales
concentrations
Les courbes de taux
selon Ia nature des eaux trait6es.
tres variables
(courbes
initial
d'halogdne
de celui
en fonction
r6siduel
d'halogene
peuvent 6tre compl6tSes par les taux de distribution
de "break point"),
et
et les cons6quences sur I'exploitation
en esp€ces" Les pr6visions
discut6es'
seront enfin
des proc6d6s d'6puration
I'am6lioration
Chloratnines et bv,omatnznes
115
I - pnnrrE EXPERTMENTALE
1 - 1 P r 6 p a r a t i o nd e s s o l u t : i o n s
par dissol-ution
Des solutions
m€res d'ha.log€ne sont pr6par6es
du
chlore gazerxx ou du brome liquide
dans de I'eau bipermut6e,
et sont
par iodom6trie
titr6es
au thiosulfate
avant chaque utilisation.
Elles
sont ensuite
dilu6es
aux e:nvirons de 5 x 10-'M pour constituer
les
sol-utions
drhalogEne
initj.al.
Les solutj-ons
d'halog6namines
sont obtenues en m6langeant,
en mil.ieu tampon, des solutions
d'halogene
initial
et de sulfate
d.'ammonium i.nitial.
I-2
T e c h n i q u ed
s'analyse
Les diff6rentes
poss6dant toutes
formes clrhalogdne,
un groupe chromophore (cALAr-coRcHEV et MC)RRrS, 1965) [1],
(METCALF, 1952) [6],
sont
par spectrophotom6trie
identifi6es
essentiel-Iemerrt
UV au moyen d'un
( S O U L A R De t a L . ,
montage modulaire
d doubl<: faisceau
1983) [13].
Les
espdces r6ductibles,
sontt aussi analys6es par voltammStrie
en r6gj-me
de diffusion
stationnaire,
au moyen d.'un montage potentiostatique
d
trois
6lectrodes
de mesure ont 6t6 coupl6es
sur
" Ces deu>i techniques
une cel-lule
i circulation,
qui assure des concentrations
locales,
constantes
en compos6s, et: permet la caract6risation
drespaces
instables
(SoULARD et aL.,
1977) l9'.1. Les diff6rentes
solutions
d'halogenes
et
(au degr6 d'oxydation
d'halog6namines
+ I) sont en outre
susceptibles
droxyder
de nombreux com;xrs6s aromatiques
en d6veloppant
une coloration.
Malgrd une faible
sdlectirrit6
vis-d-vis
des diffdrentes
espdces, cette
propri6t6
(SOULARD
pour leur dosage colorim6trique
est mise a profj-t
et aL,, 19Bt) [10].
2 - o t n o R A M MoE' E
So u l - r B R E
2-I
D i a g r a n m eds' 6 q u i l i b r e d e s d i f f 6 r e n t e s f o r m e sd ' h a l o g d n ea q u e u x
existe dans I'eau sous les
En I'a-bsence d'ammoniac, l'halogdne
des rdactions
formes Xl, Xz, HXO et XO qui r6sultent
d'Equilibre
sutvantes
:
-
la
formation
du trihalo(I6nure
Xz+X
-
l'hydrolyse
X
?
a v e cK ' = [ x r ] t x - l l t x l l
x;
de I'halogE:re
+HzO
?
llxO
H'+
X
K = [ H X o ][ n - ] [ x - ] Z l x z l
Sciences de L'eau 3, no 2
1-16
-
la
de f'aclde
dissociation
Hxo
+
hypohalog6neux
r. = [n+J [xo-]/[nxo]
H+ + xo-
de x+I p.r..t
de conservation
l-a loi
En outre,
par leur
somme, sel-on :
concentrations
rentes
de relier
les
diff6-
l n a r . l = t x l l + [ x 2 ] + [ H X o ]+ [ x o - ]
d 4 inconnues'
de 4 6quations
un systeme lin6aire
ainsi
on obtient
En fixant
de chaque forme.
fournit
la concentration
dont la r6solution
du pH, des courbes
en fonction
en X , on peut tracer,
Ia concentration
des systEmes halogene-eau,
constituants
des diff6rents
de distribution
(figure
1a - b) '
initial
de I'halogene
molaire
exprimes en pourcentage
b
Figt*e
Distxibution
f
= 25 "C,
des
tX-]
1
diffdtentes
formes des sgstdmes
du PH
en fonction
= 5 x 10-3yl
a:
b : sYstdme brome-eau
VnLogdne-eau
systEme chlore-eau
formes pr6dodes zones de pH ol] certaines
ddterminent
ces courbes
par
entre deux esp€ces est definie
de pr6pond6rance
La limite
minent.
d un taux de 50 t en HaIi pour
correspondant
Ia courbe d'isotitre,
d'6quides constantes
des exPressions
A partir
chaque espece consid6r6e.
peuvent s'6crire
des cor:rbes d'isotitre
pr6c6dentes.
Ies 6quations
libre
par des droites
sont reprdsent6es
fffes
du pH et de 1og [X-].
en fonction
ChLoranines
d6sign6es par ct., B, y, D,, e, (figure
Par
of une estr€ce donn6e pr6<1onine.
HXO (courbe o) a pour 6quatj-on
:
log
[x-]
= pH -
log
et bromotnznes
2 a - b ) qui
exemple,
la
d6limitent
frontiCre
117
des domaines
entre X2 et
K
-](courbe
Celle
entre HXO et
par :
simplement
pH = -Iog
XO ., indEpendante
de
$) s'exprime
[X
Ka = IlKa
--*ti
F'fowe 2
Domaines thdoriques
de prdponddz,ance des diffdrentes
;formes
aqueu.r en fonction du pH et de Log lX )
T = 25 "C
a : svstDme chlore-eau
d' VnLog)ne
b : systdme brome-eau
2 - 2 D i a g r a m m eds' e x i s t e n c e d e s h a l o g E n e se t d e s h a l o g E n a m i n e s
En presence d'ammoniac,
outre les diff6rentes
formes
examin6es pr6c€dernnent,
:Les trois
types d'halogdnamines
et conpliquent
les 6quil:Lbres.
2-2-1
Etabiissenent
d'halogEne
libre,
interviennent
des diagtammes
En 1971, JOHNSON et OVIiRBY [2] ont pub1i6
un diagranrDe qualitatif
(figule
3), indiquant
lel: domaines de pr6dominance
du brone et des bromanines en fonction
du rapport
du pH r3t du logaritlme
R. Sur de nornbreux
Sciences de Lteau 3, no 2
118
des domaines
les limites
nous ont permis de v6rifier
des analyses
essais,
des auteurs
travaux
les
de
compl6ter
surtout
et
bromamines,
aux
relatifs
conme Ia d6terquantitatives
des pr6cisions
en apportant
pr6c6dents,
(SOIILARD
de ces domaines
des espdces d I'int6rieur
de la teneur
mination
p
o
u
r
I
'
6
t
u
de
a
d
o
p
t
6
e
a
u
s
s
i
6
t
6
a
m
6
t
h
o
d
e
r
,
a
m
e
m
e
1981) [11].
et aL.,
des chloramines.
NHBr,
,/
3
tr'igure
du brome
de prdpond,,rarrce
Domaines erp,rimentau.r
du pH et de Log R, selon Johnson
en lonition
NH2Br
et
et
des bromamines
)uerby
[2J
des r6sultats
pour permettre
et une interpr6tation
une vue d'ensenrble
dans
des espdces sont repr6sent6s
des diagrarnmes d'existence
d,analyse,
on porte Ie pH' en ordonn6e
En-abscisse'
dimensions.
un repdre i trois
combin6e ou
1og R et en cote Ia teneur en X+a d'une esp6ce d6termin6e,
(
t
s
)
de Ia
p
a
r
l
e
r
a
p
P
o
r
t
p
e
u
t
I
a
t
e
n
e
u
r
d
d
f
i
n
i
r
i
I
'
a
z
o
t
e
.
O
n
non
a celle
en halogdne X+I de 1'espdce consid6r6e,
molaire
concentration
:
de bilan
de la r6action
a partir
de d6part
[Hali],
de I'ha1og€ne
HaIi
halogdne
initial
+
Anni
NXg+NHXz+NH2X
----
amnoniac
initial
X- + N2 +...
-1--produit.
de
d6composition
Ainsi
+
combin6
halog6ne
16siduel
xl+xz+Hxo+xo
-\----hr r er 4' vl Yav rar vA n o
I
-+'-
16siduef
NHg + NHf
..+
ammoniac r6siduel
+
:
I
x+r
sous
forme
Nx3
100x 3 [llxa],/[nart]
t
x+I
sous
forme
NHX2 =
roo x 2 [unxz]/[uaft]
* x+r
sous
forme
NHzx =
too Ilrszx]/[xariJ
? x*r sous forme d'haloqcne libre
+ [xo-] ),/[nariJ
= 1oo(lxg] + [xz]+ [nxo]
ihra
v
Chloxamt nes et bz.omamines
-
d6compos6 = 1OO 1[Ha]iJ
% x+r
lib::e]
Ihatogdne
3[Nxg ] -
z[r.rnxz] -
119
[Nnzx]
) ,/ [uar1 ]
(figure
Les teneurs
port6es
sur: les diagrammes
4 a-b) r6sultent
de
mesures effectu6es
e 25 ''C, aprds un temps de contact
d'environ
10 minutes entre les r6ac:tifs.
Dans Ie plan pE-log R, des courbes
(50 s ae x+I) entre deux esp6ces,
indiquent
queLsi 6gales
des teneurs
lorsque
fe taux des autr<:s espEces peut €tre n6g1ig6.
Ces courbes
exp6rimentales
drisoteneur
d(llimitent
ainsi
des zones de pr6pond6rance
d.'un compos6 particulier.
Par exemple, au-d.essus de fa cor:rbe passant
par les points
ABC, NX3 ;rr6domine,
quren-dessous
tandis
drune diagonale
DE, NHzX existe
proporti.on.
en forte
Dans la zone interm6diaire,
la
dihalog6namine
se forme l>ref6rentiellement,
mais elle
est trCs instable
l-es taux de d6composition
peuvent
atteindre
60 E pour NHCI_2 et ddpasser
90 I pour NHBr2.
2-2-2
Interpr4tation
Ces diagrammes peuvent se justifier
selon un mod61e de r6actions
dr6quilibre
entre les dil:f6rentes
espdces, sans faire
intervenir
leur
d6composition.
La comparerison des teneu.rs exp6rimentales
et th6oriques
n6cessite
l-e cal-cul d.es concentrations
en : X2, HXO, XO , NHzX, NHXz,
NX3, NH3 et wHf, a lErtir
des donn6es suj,vantes
, lnatiJ,
[aomiJ,
[x-],
Ie pH et les val-eurs des constantes
d'6quilibre
d'un rninimu.ui de r6actions.
Nous avons choisi
permettant
les 6quitibres
de relier
entre
j-nconnues, par les 6quations
elles
l-es diff6rentes
corrcentrations
l-es
plus simples,
d. savoir
:
-
1'hyclrolyse
de 1r halogtine
x2 + H2o + HXO r.H+
-
Ia
dissociation
de 1'A<:ide
+ X-
la
basicitd
x- = [u+][xo-]/[sxo]
* t
1'hydrolyse
de Ia
- l-a transformation
$
transfornati.on
= [NH[]/[rcH:][ir+]
K h m= t N g i l [ x o - ] / l r . r n z x j
+XO
de ler mono-
2NH2x+n+1un>r2+ltnd
Ia
e)
(31
monotralog6namine
NHzX*H2O?NHri
-
(11
de l'ammoni-ac
NH3 + H lf NHa
-
[xz]
hypohalog6neux
HXO?H++XO
-
avec K = [nxo][n+] [x-]/
de 1;r di-
tql
en dihaloq6namine
r * u = [ u H x z ] t u s f l / t n n z x l 2 [ H + ]( 5 1
en trihaloq6namine
3NHX2+n+?2mla+lUit
r u . = [ w x a ] ' z I n n f ] / t r , n r [xsr+l 3] ( o l
ligure
4a
(n
(l
s
(\
0)
s"
(\
(\
o
Ft4uz,e 4
Diaq?omes eadriment'aur dtex'Lstence dre.\VnlogAneset des LnLogdrnnines en fonction du pH et d.e Log R. Teneur ,I trux,l,
o c , t = t o m i n , t l m i t e d e p r 6 p o n d 6 r a n c:e* * ,
Birnxzl ,@t$nrxl,@ft'aroganetlbre),[],:e.orpositlon), r = zi
tiliit .-5x10--l4,txfl>1x10-*t4,arsystBmechlore-anmoniac-eau,b:systEmebrome-ammoniac-eau
Eigare
4b
tenour (7)
a
o
\a
(\
(\
cF
cr
\
o
a
s
Figure 4
dtexistence
des-fuLogines
et
des LnLogdnines en fonction rlu pH et d.e Log F. Teneur ,l(r'lx,),
fraOratrnes#rpdrinentaun
oC, t = 10min, limite de pr6pond6rance: **,
[Haf1]=
W ( N H X 2 l, f f i ( N 1 2 x ) , 1 ! f l ( h a l o g E n el i b r e J , L l I d 6 c o m p o s i t i o n ) , T = 2 5
5 x 1 0 - ' l ' 1 , t x i J > - l x 1 O - " 1 1 ,a ; s y s t d m e c h l o r e - a m m o n i a c J e a u ,
b : systime brome-amnoniac-eau
s
N
122
Sclences de L'eau 3, no 2
de Ia masse perrnet d'exprimer
fa 1oi de conservation
Par ailfeurs,
sous toutes ses formes.
de I'haloqEne
X+I et de I'azote
conservation
l e m r n l J= [ w H r ] + [ N r i f ] + [ r s z x ] + [ N H x z ] + [ N x 3 ]
lnari]
= ltr]
+ [nxo] + [xo-] + lnszx] + 2[nnxz] + 3[Nxg]
de B 6quations
a I
Ce systeme non fin6aire
sur ordinateur
moyen d'rrn progranme de calcul
le syst6me, Ia concentration
eour sirnplifier
par les conditions
op6ratoires,
est justifi6
en X- utilis6e.
tration
2-2-3
Courbes
d'isoteneur
et
vaLeuts
Ia
(71
tat
au
inconnues est r6solu
(SOULARD, I9B2) ll2l'
ce qui
en Xl est n6glig6e,
concennotanment Ia faible
des consxantes
Kij est n6cessaire
constantes
des valeurs
des diverses
La connaissance
sont des donn6es bibliograpour la r6solution
du systdme. certaines
exp6les limites
nhiorrcs : lcs arrl'res sont d6termin6es en identifiant
rrr+Yqsv
des halog6nasur les diagrammes d'existence
de pr6pond6rance
rixnentales
des courbes
4), avec les expressions
mines (courbes ABc, DE de Ia figr:re
dr isoteneur.
th6oriques
pr6c6dent'
du systEme d'6quations
sont obtenues_a partir
Celles-ci
une teneur
les espEces X+f deux d der:x et en leur attlibuant
en prenant
Ies
1 sont regroup6es
initial.
Dans l-e tableau
de 50 % de I'halogEne
entre 2 especes halog6n6es,
d'isoteneur
des courbes th6oriques
6quations
reliant
de r6action
que Ies valeurs
d'6quilibre
d.es constantes
ainsi
courbes
que Ies diff6rentes
On constate
les deux espdces consid6r6es.
: a, b, c, ... m, d6pendent du pH, de R' des concentrations
drisoteneur
toutes ces courbes
[Hat1l et [x-],
en IIal, et en x-. Donc, en fixant
d,ans un
d'j.soteneur
1 a' b' c, .-. m, peuvent 6tre trac6es
th6ori{ues
du pH et de log R. ceci permet
fonction
<i,iagramme bidimensionn"i
"n
des hatogenes et des hafodes domaines exp6rimentaux
l_'interpr6tation
aux
Ie diagramme de Johnson et Overby relatif
g6namines,
et notamnent
bromamines "
2-2-4
Domaines de pr6doninance
des espdces
aux chloramj-nes et aux bromamines
5a et 5b, relatives
Les figures
et
des domaines th6oLiques
permettent
Ia comparaison
respectivement,
th6oriques
Les courbes
des espdces'
de pr6dominance
exp6rirnentaux
Leur positj-on
fin.
a, b, c, ... m, sont port6es en trait
d'isoteneur
effectivement
indique
si 2 especes donn6es peuvent pr6dominer
rel_ative
Dans ce cas, Ia courbe
dans l-e domaine de pH et de 1og R consid6r6"
de pr6pond6th6orique
d'isotener:r
se confond avec 1a timite
th6orique
des
exp6rimentales
Les Iimites
fort).
en trait
rance (repr6sent6e
des
relev6es
sur Ies diaqrammes d'existence
zones de pr6pond6rance,
ces
Dans 1'ensemble,
6toil6s'
par des points
espEces sont report6es
sont en bon accord"
th6oriques
et exp6rimentales
l-imites
Tableatt
Courbes
Limite
entre
X2 et
d'isoteneur
entre
1
Valeurs
2 espdces
Equilibre
Courbe
HXO
a (ct)
pH = Ios ([x-]/K)
b (B)
pE = -1og Ka
1
Constante
X=cl
K
4,0 x
v
4,0 x 10-8
10-+
pH = Iog (\oa */t-0,75
NHXz - NXg
pH = Iog (0,56 Kdt R/1-0,417 R)
pH = los (Kf lHa]il (r/R - 0,5)/Ke
NHzX -
XO-
NHzX -
HXO
NHXz -
IIXO
NHXz -
XO-
NX3 -
il
f
h
R)
NXs -
XO-
j
NXs -
Xz
k
NH2X -
X2
X2
t,z
M
1,8 x 1O-e
I't
1x1O-7
lO-7
ttt
5
\'a
5,2 x
10-6
l,t-l 8x107
6
Kdt
L,7 x
LOa
t'l-l 1,5 x
4,4 x
lO!
1,8 x 7Oz
1,0 x 10r
5,5 x 101
pH = rog It,::r..,/[narr]3{r,/n
3
tt,zn-o,torJ
pn = 0,33rog It,sr.t[HarrJ
3
pH = O,2sLogll,33Krh[x-]3,/ Haril
pH = o,33loqkdhlx-12/[H"rrJ2 0/s-o,zs) )
(1,/R - 0,5) l
pH = 0,5roq[\,]hlx-l/lnattJ
\0"
K.
cla
1,9 x
lO-s
Kdi
5,8 x
1028
Kt.
5,5 x 10-to
K
--ti
o
4,3 x 104
K..
t'n
1,0 x 10r
Kar,
1,2 x
M
M
-t
4,O x
pH = ros lxor./[natr] (1/R - 0,5) ]
pH = roq [ru.,/[narrJ' (t/x - o,25)]
pH = 0,5tos [Kai[iraril2 (1/R - 0,25) ]
r72
t4'
Kh*
(1/R - o,167)7
NHX2 -
^-9
x "r u
M2
4
- o,L6'7)]
HXO
X=BT
1,8 x 10s
Kb
NH2X - NHX2
a 25 oC
d'6quilibre
des constantes
ltl-t
los
2,8 x 10-q
M-I
5
s
M
1,9 x 1030
M2
6,2
x
4,9 x
ro-ro
s"
o
o
(D
(\
cl-
M2
tr
H
o
a
TOaa
(\
K
k
mn
2,5 x
ttt-! r,7
x
lols
M4
LOz
M-3 5,4 x 1oI2
M-3
|Oa
t'i-2 4 ,o x
M-2
1 x 10-IqM2
|os
o
124
Sciences de L'equ 3, no 2
Eigtue 5
Domaines erpdrimentau.r et th1oriques de pz,dponddrance des VnlogDnes et
des Tnlogdrwnines en fonction du pH et de Log R
L i m i t e s e x p 6 r i m e n t a l e s d e p r 6 p o n d 6 r a n c e: * * , c o u r b e s t h 6 o r i q u e s d ' i s o teneur : -,
l i m i t e s t h 6 o r i q u e s d e p r 6 p o n d 6 r a n c e; [p61r]= 5 x 10-',1y,
t X ; ] > 1 x ' 1 0 - 4 M , a : s y s t D m ec h l o r e - a m m o n i a c - e a u ,
b : systdme brome-ammoniac-eau
ChLoz'anines et bz'omonines
19<
jl'isoteneur
Les courbes th6oriques
ont 6td caLculdes
et tracdes pour
diff6rentes
en halog€ne initial.
Par exemple, pour des
concentrations
concentrations
en CIi respectiveqent
6gales d 1 x 10-',
1 x 1O-) et
1 x 10-7M, on obtienf
les domaines indiqu6s
sur les figures
6a, 6b et
6c. On remarque un r6tr6cissement,
successivement
des domaines de la
puis de la di- et enfin
tri-,
de Ia monochloramine
avec Iraugmentation
de la dilution
en Cl;.
Les bromamines pr6sentent
idenun coxoportement
tique*.
2-2-5
Partage
de
lihalogdne
x+I
entre
7es diffltentes
espdces
L!6tude
des halogEnes et des halogenamines
des diagrammes ilrexistence
(figure
4), a.bord6e dans Ie plan pH - log R, met en €vidence des zones
(figures
de pr6dominance
5, 5). Elle est ici
entreprise
dans 1es plans
verticaux,
des diff6rentes
en examinant les teneurs
esp€ces, soit
en
fonction
soit
de
du pH pour R fix6,
en fonction
de log R a une valeur
pH donn6e.
Le calcul
des teneurs
de chaque espdce a €t6 effectu€e
en r6solvant
par it6ration
(cf. S 2-2-2),
pour
1e syst6me ilrequations
d 8 inconnues
des valeurs
de pH variant
de 0 i 14 et pour sj-x rapports
fix6s
molaires
(R = 5 - 2,5 - I,2 - O,5 - 0,1 et 0,01). Par exemple, les figTures 7a,
(en trait
b, c, regroupent
les distributions
exp6rimentales
continu)
(en pointill6)
et th6oriques
du chlore
et des chloramines
en fonction
du ptl pour 3 rapports
Pour pernoettre
molaires
diffdrents.
des comparaisons
avec les teneurs
calcul6es,
les teneurs
retenues
exp6rimentales
(figure
que, dans les
7) se rapportent
a I'halog€ne
r6siduel,
alors
(figure
diagrarnnes drexistence
rapport6es
4), les teneurs 6taient
a
1'halog6ne
initial.
est aussi obtenu entre les
Un accord satisfaisant
distributions
expdrimentale
et th6origue
du brome et des bromamines
en
fonction
du pH (courbes
ou en fonction
non repr6sent6es),
de log R
(figure
pr6sentation
8). Cette derni€re
des r6sultats
est mieux adapt6e
que les pr6c6dentes
pour I'application
au traitement
des eaux, or) Ie pH
pratiquement
reste
que les concentrations
constant,
tandis
en halogene
peuvent
et en adnoniac
6tre trds
differentes.
La teneur
totale
en halogCne et halog6namines
r6siduels,
par
indiqu6e
une courbe aux points
sur les figures
6toi16s
7 et 8, permet des corr6lations
entre Ie taux de d6composition,
le pH, log R et I'espCce
pr6dorainante. Ainsi,
sur Irensenble
des r6sultats,
la d6conposition
est
beaucoup plus marqu6e pour les bromamines que les chloranines
; elle
augmente avec la teneul
en NHX2 et elle
atteint
un maximum por:r
pH:7r5etR=1r5.
Les calculs
s'appliquent
aussi a des solutions
tres dilu6es
oD les
concentrations
pas mesurables.
ne sont pratiquement
Ainsi,
Ies courbes
de La figure
9 repr6sentent
les teneurs
caLcul6es
en brome et en bronamines pour des concentrations
ile brome initial
de plus en plus faibles
1 x lO-a, 1 x 10-s et 1 x lo-7trl. Pour une dilution
croissante,
les
teneurs
puis en di-,
en tri-,
et en monobromamine dininuent
successivement. On aboutit
pour Ie chlore
d des conclusions
seriblables
et 1es
chloramines,
dont Ie calcul
de la distrilcution
a 6t6 effectu6
dans les
ro€nes conditions
de concentration.
:
* c o u r b e s n o n r e p r 6 s e n t 6 e s , m a i s d i s p o n i b l e s s u r d e m a n d ea u x a u t e u r s [ i 2 ] ,
tzo
Sciences de Lt eau 3
no2
F'lgut,e 6
fnfLuence de La dilution
en HaL". sttt Ltdtendue des zones de prdpon&2z.ance des espAces. Courbes th6oiiques d ' i s o t e n e u r I - ,
limites th6or i q u e s d e p r 6 p o n d 6 r a n c e: - ,
IC1-] = 1 x 10-3N,a : [c_rr] = I x 1o-4n,
b : [crt] = 1 x 10-5fl,
c:IcriJ=1o-7t4
ChLoratnines et bromqnines
127
NETS E A U X
3 - n p p l t c A T I o N A U t t R t T I T E M ED
3-i
s t d e s h a l o g 6 n a m i n edsa n s l e s c o n d i t i o n s
Distribution dbs halogEnee
d e d € s in f e c t i o n
les courbes
thSorespectivement
Les figures
10a et 10b repr6sentent
de
et brom6es, en fonction
des espdces chlor6es
riques de distribution
des eaux. Le calcul
de traitement
log R, dans les condit:Lons habituelles
a
fes valeurs
retenues
le pH i 7,5, en utilisant
en fixant
est effectu6
(lonstantes
1a d6composiintervenir
et sans faire
25 oC des diff6rentes
compte de ce ph6nomene' nous avons superPour tenir
tion
des espEces.
en esp6ces dEduite des diagrammes
pos6, en pointill6s,
la teneur totale
corune
R est choisi
molaire
sur ces f:Lgu.res, le rapport
drexistence.
= 1 x 10--ll,
en
Ia concentration
colruDe [naftJ
c'est-a-dire
variable,
1 x 1 0 - o D ' 1e 1 x 1 0 - ' M . o n
ammoniac est comprise entre les llmites
allant
des eaux
rencontr6es,
.Les possibilit6s
toutes
recouvre ainsi
pollu6esPour
tr6s
peu pollu6es
ilux: eaux us6es ou r6siduaires
potables
pour le chlore)
on observe d.r:s taux 6fev6s en NH2X (surtout
R faible,
qu'une d€composition
beaucoup
ponr Ie brome), ainsi
et en NHx2 (surtout
justifieraient
Ia bromaplus roarqu6e dans Ie cies du brome. Ces r6sultats
d
en arnmoniac, car 1Is conduisent
pour d6sinfecter
les' eaux riches
tion
gue dans Ie
beaucoup plus faibles
r6siduelles
des taux d'halog6namines
un maximum de d5composition
de 0,2,
Pour 1o,t Il voisin
cas du chlore.
de
au point
Il correspond
est mis en 6vidence.
tr6s net avec Ie chlore,
fes
Pour 0 < log R ( 1, toutes
discut6
au paragJraphe suivant.
rupture,
surtout
irritante
formes coexistent,
notarmtent Nx3, espCce ind6sirable,
forme Ia
libre,
le compos6 ch1or6. Enfin,. pour log R > 1, I'halogdne
pr6pond6rant"
L'activit6
devient
pour Ia d6sinfection,
plus souhaitable
et Ie
comparable pour Ie chlore
libre,
bact6ricide
de l'halogEncl
due i Ia forme HXo. Le Pouvoir viruliest principal-ement
Urone [14],
des
lr6tat
d'agr6gation
cide d6pend de nonlcreux 1>aramEtres, notanrtent
de
d'inactivation
virions,
R6cemment, SHARI? [8] a mesur6 les vitesses
(lans certaines
:
L'ordre
suivant
conditions,
potiovirus
et a retenu,
BrO- > HBrO > HC10 > C10-.
3 - 2 H a l o g G n a t i o an u p o i n t d e r u p t u r e ( " b r e a k p o i n t " )
3-2-1
D6f inition
du tr'oittt de tuptute
en ammoniac,
fix6e
d.e concentration
sr)lutions
diverses
Consid6rons
AprEs un temps de
croissantes,i des teneurs
additionn6es
d'halog6rLe
(dos6
r6siduel
en halogene
totale
la co:ncentration
contact
d6tennin6,
reste
inf6rieure
colorim6triques)
par diff6rentes
m6thoiles, notannent
j_nitialement
En I'absence
de r6actions
introduit.
de 1'halogEne
d celle
port6e
en halogEne r6siduel
[Harti,
la c:on3entration
de d€conposition,
en halogEne
6ga1e a celle
en ord.onn6e sur Ia fiqlure 11, resterait
se confonLa courbe repr6sentative
indiqudle en abscisse.
initial_
[Hafi]
11).
y = 1 (en pointill6s,
figure
avec la dr:oite d'6quation
alors
drait
selon la
formees sont plus ou moins stables
Ies halog6nar:ines
En fait,
en
totale
et Ia concentration
m6langes,
R d€)s ilivers
du rapport
valeur
par
caract6ris6e
suil: une courbe sch6matiquement
r6siduel
halogEne
est relative
de courbe ascendante,
zone A, portion
3 zones. une premiere
avec pr6dominance
stabfes
re.Lativement
d'halo<l6namines
d la formation
5q
I
e,
E
o
Scieru:es de Lteau 3, no 2
Chlovonines
et bromanines
'sj
Er
Fl o)
:.r t
+r.o
.J
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Sr.
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o r .01
.
'd
o)
+) o.Q
('J
o
$o
$01
(D.o
A!
130
Figuz,e B
erp drimentale
Di s tribution
et th,4oz,ique du brome et des
de
byomamines en fonction
Log R et d pH fixd
nntrrhoc
ih5nri
points exp6rimentaux :a(NBr3l,
A(NHBrzl, BINHzBr), o Ibrome
teneur en brome et
libre),
: **
bromamines r6siduels
[Bri1 =,5 x 10-*r, Isr;] =
'1 x 10-'lY, pH = 7,5.
Figut,e I
fnfLuence de La dilution
distz*ibution
du bz,ome et
bv,omanines
[nr-] = 1 x 1o-31y,
u.
[Bri]=jx10-4N,R=1,
u : [ B r i J = 1 x 1 o - s 1 1 ,R
c : [ B r i J = I x 1 o - 7 N ,R
sur La
des
= ' 1,
= c,t..
Chloramines
et bz'omanines
131
b
Distribution
Figure 1a
des Vnlogdnes et des haLogdnqninesen fonction de Log R
---,
T e n e u r t o t a l e e n h a l r t g E n ee t h a l o g 6 n a m i n e sr 6 s i d u e l s :
=
=
=
p
H
1 x'10-31Y,
7,5
I x 1:t4r, [X-]
[ualr]
b : s y s t E m eb r o m e - a m m o n i a c - e a u
a : systEme-chlore-amroniac-eau,
t'Lgu7te
II
Schdma cl.'une courbe de "break point'l
Pcint de rupture : P'R.
'1
?.)
de NHzX et de d6riv6s
Puis, une seconde zone B (portion
N-ha1og6n6s.
concentration
en
descendante)
apparait,
correspondant
d r.rne plus forte
La d6cornposition
Hali qui favorise
1a dihalog6namine
tras instable.
Enfin,
maximum pour R voisin
devient
de 1,5 (P.R. point
de rupture).
zone C, se caract6rise
par une remont6e de la concentraune troisiEme
constitu6e
tion drhal-og6ne r6siduel,
de rn6langes de trihalog6namine
plus stable
libre.
est plus complexe ; 1es
et d'halogdne
La r6a1it6
et
courbes exp6rimentales
r6sultent
en fait
de ph6nomdnes de cinetique
d ' 6quil ibre .
3-2-2
Distribution
en espdces
de l.'haTogdne
rdsiduej
Le calcul
des concentrations
en espdces, au moyen du nodEle d6crit
pr6c6demment
a 6t6 appliqu6
aux courbes de "break point".
Ce calcul
permet ainsi,
de connaitre
Ies concentrations
en x+I des diff6rentes
totale
formes qui contribuent
en halogrene
d d6terminer
Ia concentration
r6siduel.
Les r6sultats
et au brome sont repr6sent6s
relatifs
au chlore
sur 1es figures
l2a et 12b ; ils peuvent 6tre compar6s aux estlmations,
(JOHNSON,
par ailleurs
obtenues par colorim6trie,
et d6ja publi6es
1975 [3], r*lAKrrN, 1979 [5] , wrrrrE, t9i2 Lrs)) .
(HXO + Xo-) comnence
De ces r6sultats,
que I'halogEne
iI ressort
libre
vraiment
peu aprEs Ie point
d apparaitre
de rupture.
Avant,
il
ne se
qu'd de trds faibles
trouve pr6sent
taux (figure
12 ab). Les courbes
qu'apr6s
montrent,
la concentration
en NH2X est.
le point
de rupture,
que cel-le en NX3 augmente.
n6gligeable,
celle
en NHX2 d6croit
alors
pas la
Ainsi,
I'halog6nation
au-deli
du "break point"
n'entraine
quasi totale
destruction
des halog6namines
; notamment les taux de
trihalog6namine
s'61-dvent.
Des dosages effectu6s
selon une seul-e m6thode
(colorim6trie
peu s6lective
lrimpori Ia DPD) tendent a sous-estimer
d
tance de NX: (PALIN, 1957) l7).
I'absorbance
Cet auteur attribue
I'halogEne
qu'ell-e
libre,
alors
a Ia trihalog6namine
est due en partie
(SOULARD
pr6sente,
6galement
oxydant
est assez 6fev6
et dont 1e pouvoir
et
aL.,1983)
3-3
3-3-1
[13].
C o n s 6 q u e n c epsr a t i q u e s
Eaux potabTes
AprCs les op6rations
de coagulation-floculation-filtration,
les eaux
peuvent
par les halogenes
destin6es
i. Ia consommation
€tre d6sinfect6es
(traditionnellement
le chlore).
de Ira:moniac
et I'oxydaL'6limination
tion
des mati€res
organiques
s'effectuent
dans les meilleures
conditions
au point
de rupture.
des
Les variations,
temporaires
ou saisonnieres,
tar:x de matiEres
organiques
et drammoniac (pouvant atteindre
1 x 10-'M),
posent des difficult6s
dans Ia mise en oeuvre du proc6d6 de d6sinfection.
En 1'absence d'un asservissement
automatique
d'introduction
en
fonction
de Ia demande, 1'halogEne
en quantite
est souvent
utilis6
que I'eau
majorde.
11 srensuit
trait6e
contient
une forte
teneur en
trihalogSnamine,
responsable
d'odeur
et de goOt d6sagr6ables.
Des
(SOz) ou par Ie charbon
techniques
de d6halog6nation
par un r6ducteur
(MARTIN, 1979) [5], et 6ventuellernent
actif
sont quelquefois
envisag6es
permettent,
suivies
d'une ozonation.
Les proc€d6s de double halog6nation
pour Ia meure quantit6
globale
en halogdne,
fortement
Ie taux
d'abaisser
de NX3 par rapport
a lrinjection
En effet,
unique d'halog€ne.
la pr6halog6natj,on
au "break point",
ou d d6faut
oxyde
en-degd de celui-ci
(partie
une qrande partie
de lrazote
aruooniacal
B de Ia courbe,
ChLorotnines et brormminee
[xer,](u)
NCt3
NHCI2
(M
[H.rilfno,r)
/'
NH2Br
NHBr,
r,s.rria(lrt)
[xrtl] lmsn)
Fdgtne 12
de LtVnLogAne rdsiduel
Coutbes de distribution
en fonetion de Lt\aLogDne introduit
T = 2 5 o C , t = 1 0 m i n , p H = 7 , 5 , [ n m mI, = s , s z x 1 0 - s l 4 o u [ t r t ] = D , 5 n g / I
b : systEme brome-armoniac-eau
a : systEme chlore-ammcnlac-eau,
134
Scienees de Lteau 3
no2
permet d'obtenir
figure
11). oans un second temps' Ia post-halog6nation
pour Ia
suffisante
libre
r6siduel
une dose d'halogdne
une eau contenant
un minimum de trihalog6namj-ne.
et pr6sentant
s6curit6
de Ia d6sinfection
est la
d'halog6nation
commun aux diverses
techniques
Un inconv6nient
et
de compos6s de substitution
avec les mati€res
organiques,
formation,
nota[unent des halom6thanes.
3-3-2
Eaux de piscines
par des substances
par des germes et po1lu6es
Elles
sont contamin6es
l-e milieu
Par s6curit6,
azot6es 6mis en permanence par les baigner:rs.
un pouvoir
aussi conserver
Ctre non seulement d6sinfect6,
doit
mais doit
par une halog6nation
peuvent €tre r6alis6s
d6sinfectant.
Ces iml€ratlfs
en aqlnoniac
continuel
et varia-ble
du point
L'apport
au-deli
de rupture.
Des
dans Ies m6mes conditions.
n6cessite
ltintroduction
de 1'halog€ne
asservis
de 1'halogdne,
de commande automatique
d'injection
dispositifs
peuvent
6tre
r6siduel,
d un dStecteur
amp6romStrique
de 1'halogdne
requise,
Ia quantit6
pour maintenir,
utilis5s
i une valeur
constamment
(JURroN, L977) l4l.
d'halogane residuel
pour les
et du brome r6siduel-s,
Les courbes
de distribution
du chlore
et de
de temps de contact
fix6es
de pH, de temp6rature,
memes valeurs
qu'au-deld
(figure
du point
en anmoniac
L2ab) ' montrent
concentration
en
et les teneurs
d'une trErt'
de rupture,
Ies taux de d6composition
Par
pour ces d'eux halogdnes.
part'
sont voisins
halog6namines
d'autre
selon la
Ies proportions
contre,
en HXO et XO- sont trEs diff6rentes
essenlibre
est un dSsinfectant,
nature de 1'halogEne.
Cornme IthalogEne
pr6sent
Ie brome surtout
actif
sous Ia forme HXo (cf.
tiell-ement
S 3-1),
bact6ricide
un pouvoir
forme, poss€de, dans ces conditions,
sous cette
ainsi
une 6l-6vaplus grand que le chlore.
L'emploi
du brome autorise
6lev6e de pH, pour laquelle
tion
du pH jusque vers 8,2. Cette valeur
provoque une
(JURroN, 1977) l4l,
oculaire
I'irritation
est minimale
en
suffisante
une quantit6
en conservant
chute du taux de NBr3, tout
halogene actif.
3-3-3
Eaux usdes
d'5purades stations
i I'entr6e
contiennent,
Les eaux us6es urbaines
(T, 1 x 10-zM). A
ammoniacal
en moyenne, plus de LOO mg/I d'azote
tion,
des matidres
I'assimilation
biologique
aprds d6cantation,
l-a sortie,
de la teneur
en
corr6lativemenL
d un abaissement
organiques,
conduit
l-es
naturel,
dans le milieu
anrmoniac (50 a 70 8). Avant leur rejet
Celuipeuvent subir
tertiaire
d'halog6nation.
effluents
un traitement
partielle
des eaux de rejet,
ci a pour but essentiel
Ia d6sinfection
entre autre,
I'6limination
de Itamrnoniac, qui conduit
et accessoirement
et de la toxicit6
du
de 1'eutrophisation
des rivi€res
d une diminution
vis-5-vis
de la faune aquatique.
rnilieu
est
61ev6es en ammoniac, 1'halog6ne
Compte tenu des concentrations
i 0r1. Ainsi,
ou inf6rieurs
R, voisins
dans des rapports
introduit
(figure
formee est essentiellement
10ab), I'espece
dans ces conditions
dans le cas du brome.
de NHX2 non n69ligeab1e
NH2X, avec une proportion
Ie taux residuel
concentrations
en anmoniac,
Pour ces fortes
initiales
(tu 10 t de lrali)
pour les bromafaible
en halogene
devient
trEs
total
('\, 60 I de Halr ) pour 1es
notables
mais iI atteint
des valeurs
mines,
ei azote, mais
de I'ammoniac est oxyd6e surtout
chloramines.
Une partie
ces r6sultats
En extrapolant
en hydroxylarnine
et en hydrazine.
aussi
ChLoz,anines et bromarnines
1dD
sous fa
surtout
que I'azote
soit
admettant
aux eaux us6es, eten
r6si5 des taux d'halogt6namines
d.onc parvenir
forme NHf,, on devrait
de lrannmoniac, en
6l-imination
et d une meilleure
plus faibles
duelles
Ies eaUx r6siduaires
que le ch.Iore, En fait,
le brome plut6t
choisissant
de
examiner
complexe et iI faudrait
excessivement
un milieu
constituent
constituants
et du brome avec d'autres
du chlore
plus pr€s les rdactions
amin6s.
des d6riv6s
azot6s,
en particulier
ON
C O N C L UI S
et d'ha1o9r6(le toutes
les formes d'halogdne
d'analyse
Les r6sultats
commod6ment par
pour diver:s m6langes s'interprdtent
namines obtenues
retenu permet
Le systeme d'6quations
d'6<pi1ibre,
un mod6le de r6actions
en
En particulier,
et pratique.
th6orique
d'int6rat
divers
calculs
jouant
le r6le
expdrimentales,
nombre dr: conditions
fixant
un certain
ainsi que Ia temp6tx-],
que.Le PH, R, [nafiJ,
telles
de paramctres,
de toutes
la teneur
et le temps, on peuJ: non seul-ement calculer
rature
leur taux de d6composition
estimer
mail; aussi
Ies espaces pr6sentes,
par
comparaison
avec
les
diagrammes
exp6rimentaux'
s'appliquent
et cin6tiques
thermodyna:niques
ces r6sultats
ailnoniacaux.
en dSriv6s
des ea.rx riches
ment d'hatog6nation
des eaux a traiter
de la nature
d6pendent
op6ratoires
tions
du but recherch6,
eaux us6es),
potables,
eaux de piscines,
au traiteLes condi(eaux
de Ia nature
" tea .l ta. q u
c ae sparz6od o
t 6r nei sn a
p nr c6es e nd 'teessp,ddcuecs o o gt dGunpa n
r ot ecsS, d 6seotu r c e d e
l 6agni stliat t6i odnt 'e s p E L
d
convenable
par un choix
que NCl3, peut €tre 6vit6e
tell-es
nuj-sances,
I1
I
'
h
a
1
o
g
6ne.
d
e
n
a
t
u
r
e
l
a
d
e
p
a
r
c
e
l
u
i
o
u
p
a
r
a
m
e
t
r
e
s
i
n
i
t
i
a
u
x
des
souhaisoit d'especes
Ia formation
de favoriser
doit
aussi permettre
de
61ev6 comme Xz et HXOr soj-t celle
germicide
de pouvoir
tables,
de
I'6limination
ainsi
tels que NHBr2, assurant
compos6s instables
l-'aumoniac.
REMERCI EMENTS
Monsieur: R- JURION de ses suggestions
Nous remercions
pour lLeur aide mat6rielle.
de Potasse d'Afsace
et
les
lrlj-nes
,I do
R E F E R E N cB
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18,
1952,
Ilorks
Assoc.,
de
Revuelrancalsedes SGIEI|GES
llE |.'EAU,3(19841137-146
sp6cifique
dela nitrification
:
Effet
d'uninhibiteur
Trichloromethyl"G
PyridinelN-Servel
Ghloro-2
:
Effect
of a specific
inhibitor
of thenitrification
(N-Serve)
Pyridin
2-Chloro
6-Trichloromethyl
. ,. M A R T I N *
H . B E N M O U S SMA.*N, . F O R T I N tG
R6sum6
L e c h t o r o - 2 T r i c h L o r o m e t h y L - 6p y r i d i n e o u N - S e r v e e s t u n i n h i biteur sp6cifique de La nitrification agissant sur Les microo r g a n i s m e sn i t r i f i a n t s a u t o t r o p h e s .
N o u s n o u s s o m m e si n t 6 r ' r : s s 6 s i s e s e f f e t s e t m o d e d ' a c t i o n s u f
L a b i o m a s s en i t r i f i a n t r : d ' u n e b o u e a c t i v 6 e c o m p o r t a n td e s
bact6ries h6t6rotropher;et autotr ophes.
L'action de ce toxique diffdre seLonLa dose d'injection. A
fortes doses (sup6rieuresd 1 mg/L), Le suivi de L'activit6
nitrifiante,
I a R M N - pI3e t l e s a n a t y s e s e n z y m a t i q u e sm o n t n e n t
que Ies bact6ries nitrifiantes sont Lys6es,mais Les dosages
d ' A T P i n d i q u e n t q u e L ' r - . n s e m b Ldee L a b i o m a s s e h 6 t 6 r o t r o p h e
n'est pas affect6e. A faibLe dose (= O,5 ng/L), L'activ-it6
nitrifiante
e s t b L o q u 6 r :t e m p o r a i r e m e n t m a i s L e s c o r x p t a g e s
bact6riens montrentqu'iI n'y a pas Lysedes microorganismes,
m a i s p r o b a b l e m e n t c h 6 L a t i o n d e s e n z y m e si m p L i q u 6 s d a n s I a
nitrification.
S u m mraY
2 - c h I o r o 6 - t n i c h I o r o m e t h y Lp y r i d i n ( N - S e r v e ) i s a s p e c i f i c
inhibitor of nitrification.
I t s e e m st o i n h i b i t o n t y a u t o t r o p h
n itlifying
m ic r o o r g a n i : ; m s .
Ecole Nationale Sup6rier:re de Chimie de Rennes (E.N.S.C.R,l,
Laboratoire
C. N.G . E. , A\,/enuedu G6n6ral L e c f e r c , 3 5 0 0 0 R e n n e s .
138
Sc,Lencesde L'eau 3, no 2
I t s e f f e c t s a n d m o d eo f a c t i o n h a v e b e e n s t u d i e d o n a n a c t i b i o m a s s c o m p o s e db y a u t o t r o p h i c a n d
vated studge nitrifying
h e t e r o t r o p hi c b a c t e r i a T h e a c t i o n o f t h i s t o x i c c h a n g e sw i t h t h e i n j e c t i o n d o s e ,
n i t r i f y i n g a c t i v i t y s t u d i e s , N M RP " a n d e n z y m a t i ca n a L y s e s
proved that for concentrationshighen than 1 mg/L nitnifying
b a c t e n i a u e r e t y s e d ; o n t h e c o n t n a r y , A T P - d o s a g e isn d i c a t e d
that heterotnoohic biomasswas not affected. [rJith Lowconcentrations (= 0,5 mg/L) nitrifying activity that the microo r g a n i s m sw e r e n o t L y s e d b u t t h a t t h e c h e L a t i o n o f t h e n i t r i f i c a t i o n e n z y m sw a s p o s s i b L e .
I NTRODUCTI ON
Lrinhibition
autotrophique
a 6t5 largechimique de Ia nitrification
(LEES, 1954 ; GORING, 1963) . Parrni
par de nombrer:x auteurs
ment 6tudi6e
pyridine)
les compos6s 6tudi6s,
trichlorom6thyl-6
Ie N-Serve (chloro-2
offre
des promesses comme inhibiteur
s61ectif.
pour les
GORING (7962) a montr6 que Ie N-Ser.ve est hautement
toxique
peu
microorganismes
oxydant 1'ammoniaque en nitrite,
mais pr6sente
d'action
sur les microorganismes
I'ur6e
en
et les enzymes transformant
ammoniaque, sur l-es organismes oxydant les nitrites
et sur
en nitrates
les fungi et populations
La nitrification
bact6rj-ennes
dans I'ensemble.
6tait
pendant au moins 6 semaines pour des concentrations
en
inhib6e
pense que fe N-Serve pourrait
N-Serve allant
de 0,05 d 20 ppm, Lrauteur
tuer les gernes oxydant 1'arnrnoniaque.
R O D G E R S( 1 9 8 0 ) a 6 t u d i 6
apr6s
nitrifiantes
fe devenj-r de populations
par Ie N-Serve ou pa.r Ie CS2. II montre que 1 ppm de N-Serve,
inhibition
ajout6
d des solutions
de 4 sols de nature
aqueuses obtenues d partir
diffdrente,
pendant 40 jours,
les
inhibe
m6me lorsque
Ia nitrification
bact6ries
sont cultiv6es
Aucune preuve ntest
en conditions
favorabl-es.
obtenue pour le d6veloppement de nitrifiants
mCme
r6sistant
au N-serve,
aprEs une inhibition
prolong6e"
BELSER et SCHMIDT (1981) ont 6tudi6
de 5 souches de
Ia sensibil-ite
Nitt:osontonnsJ
une de NittosospiTa
au N-serve,
et une de Nitrosolobus
et ont observ6 des variations
certaines
souches 6tant
consid6La.bles,
que drautres.
5 fois plus r6sistantes
CAMPBELL et ALEEM (1965) ont essaye d'6lucider
Ie m6canisme d'action
et fes sites
d'inhibition
Nitrosodu N-Serve chez l-e chimioautotrophe
monas sp. Leurs recherches
ont abouti
aux r6sultats
suivants
: Ia
croissance
de Nitt,osomonas
en pr6sence
de
inhib6e
sp est cornplEtement
pour
que 1 ppm de ce pr.oduit est n6cessaire
0,2 ppm de N-Serve,
tandis
une inhibition
complEte de l-'oxydation
de I'ammoniaque par des suspensions de souches fraiches.
Un stockage d 4 oC pendant 3 jours diminue
pour
la sensibilit6
des souctres : 1,5 ppm de N-Serve est n6cessaire
Effet
dtun inhibitetu
spdcifique
de La nitrification
1"O
cornpldte de .L'oxydation
de I'arnmoniaque.
une inhibition
Les auteurs
ont alors
de ces souches n'est
montr6 que la cytr>chrome-oxydase
inhib6e
qu'i
de N-Serve. De plus,
65-70 ? en pr6sence d'une m€me quantit6
un
renversement
de 45 A 70 z dr: f inhibition
de I'oxydation
de l'ammoniaque,
caus6e par ]e N-Serve,
de 6.10-ala de Cu2+.
est ()btenu par une addition
Une concentration
dquivalr:nte
en Cu2+ provoque
un r.enversement
complet
pr6sente
de f inhibition
de Ia cytochrome-oxyd.ase
dans toutes
1es souches
6tudi6es.
part,
D'autre
l-es auteurs ont montr6 que I'oxydation
de
par des sour:hes intactes
Ifhydroxylamine
pas
de Nitrosomonas
sp n'est
affectde
par des niveaux
de 1 A 3 ppm. La cytochrome
de N-Serve all-ant
oxyd.ase impliqu6e
6tape et pr6sente
dans cettr:
dans les extraits
de
souches libres
nrest pas inl:rib6e par 100 pprn de N-Serve. De Ia m6me
- cytochrome (hydroxylamine
faEon, I'enzyme activant
Irhydroxylamine
pas inhib6e
pour ces concentrations
c - r6ductase)
n'est
mais est inhib6e i 90 ? par 170 ppm de N-Serve. Ces auteurs
ont conclu que Lraction
du N-Serve a lieu
qui est impliqu6e
sur l-a cy'!.ochrome-oxydase
dans
l-'oxydation
de L'ammoniaque. Cet inhibiteur
montrerait
un effet
ch6la(le l-a cytochrome-oxydase.
tant
sur le compos6 cuivr6
La ch6lation
aurait
qui serait
pa.r Ie cation
Liey par le doublet
libre
dr: I'azote
attir6
Cu'+. Le N-Serve bloquerait
ainsi
le transfert
des 6l-ectrons
de NHt d
Oz.
Notre int6ret
a 6t6 portd sur lraction
du N-Serve non sur des microorganismes en culture
pur.e, mais sur des boues activees
nitrifiantes
provenant
de station
d'6pur,rtion.
I. - I'IRTEnIELS
ET METHoDES
1r
a. Afin drobtenir
suffisante
de microorganismes,
une pro,luction
les
bact6ries
nitrifiantes
sont cul-tiv6es
en continu
dans un pil-ote
d boues
activ6es
en mdlange int6gral.
Le taux d'oxyg€ne
dissous
est maintenu
constant
permet Ie
et sr6lEve d 7-a n7/I,
La pr6sence d'un d6canteur
recyclage
d.es boues.
L'alimentation
est constiEu6e
partir
d'eau de distribution
et
par une eau synth6tique
comp15t6e par les sels
r6a1is6e
suivants
i
:
( N H + ) z c o s= 7 a o m g / r
KzCOg
180 ngl1
KHzPO+
40 ng/I
Na2HPOq
40 ns/I
pH=7,2a8,O
d.ans une s6rie
sont rSalis6s
de b6chers
b. Les essais en discontinu
contenant
chacun un m€me volume (250 mI) de boues nitrifiantes.
L'agiLes diff6rentes
concentratation
r6sulte
du bullage
r6gulier
d'air.
tions
sauf dans I'essai
en toxique
sont inject6es
en d6but d'exp6rience
puis nous suivons la disparition
de I'arnmoniaque.
t6moin,
140
c.
sont
Les tectrriques
les suivantes
analytiques
utilis6es
au cours
- pour doser lranrnoniaque,
nous utilisons
(norme NF-T-90-015)
Nessler-Seignette
;
- Ie dosage
en utilisant
des nitrates
est effectu6
prdalable
un 6talonnage
;
-
des MES-MVS est
selon
1a mesure
- le N-Serve
colonne inox
l-eb suivantes
. phase
r6alis6e
: Gaz Chrom Q (80 -
. phase stationnaire
" T" pour
avec
Ia
m6thode
essais
: 1,5 t O.V.
ar:x r6actifs
une 6lectrode
Ia
de
sp6cifique
norme NF-T-90-029
est dos6 par chromatographie
en phase
de 180 cm de longueur.
Les conditions
:
support
des diff6rents
:
gfazeuse sur
op6ratoires
;
une
sont
100),
I7 + !,95
Z Q.F.L,
160 oC,
. To injecteur
. Gaz vecteur
180 oC,
= N2,
-
fa RMN P3r (rlonXlfrz,
7982) : 1a boue est centrifug6e
5 minutes a
3000 g afin de s6parer l-es microorganismes
de la phase liquide.
Les
microorganismes
sont introduits
dans un tube de quartz
de 10 run de
diametre
puis p]ac6s
dans le spectrometre
RMN Brucker
type WH 90
travaillant
a 36,43 MHz par transform6s
de Fourier.
Le champ magnetique
est verrouill6
par addition
de quelques gouttes
d'eau lourde additionn6es d la cufture.
La largeur
spectrale
est de 6 OOO Hz et le temps
d'acquisition
de 0,17 s. Tous l-es spectres
sont d6coup16s du proton et,
pour chaque mesure, 10 000 a 20 000 spectres
sont accunul6s.
Les d6placements chimiques
sont donnds en ppm en utilisant
phosphode I'acide
rique
i 85 ? comme r6f6rence
externe
;
- Ies mesures drATp ont 6t6 effectu6es
par
selon Ia m6thode d6crite
NAM SANG HO (1978) ; I'ATP de I'6chantillon
par du DMSOa
est extrait
90 t, en pr6sence de tampon MOPS 0,01 M, puis l'ATp r6agit
avec la lucifSrj-ne-lucif6rase
par Ie nucl6otrim6tre
inject6e
hterbio
105 qui pennet
de doser lr6mission
lumineuse produite
par Ia r6action
enzymatique
;
- 1es dosages enzymatiques
ont 6t6 r6a1is6s
d I'aide
de galeries
Apizlnn. Celles-ci
sont compos6es de 20 cupules
sp6cialenent
adapt6es
d
I'6tude
des r6actions
enz)rmatiques.
parties
Elles
comportent
d.ans leurs
inf6rieures
une trame inerte
fibreuse
orf sont r6partis
l-es substrats
enzymatigues.
Ce support
favorise
1es r6actions
enzymatiques,
m€me si
Ies 6chantillons
sont insolubl_es.
Apr6s avoir
pr6par6 la galerie
d I'emploi,
on r6partit
1'6chantillon
brut d I'aide
pasteur,
d'une pipette
par cupule.
d raison
de 2 gouttes
La galerie
est ensuite
incubde 4 heures a 37 oC. Puis Ia lecture
est
effectu6e
aprds addition
de 2 gouttes
de r6actifs
A et B contenus
dans
l-e coffret
Zym. Les colorations
pendant 5 rain puis on se
se d6veloppent
r6fdre
d Ir6chelle
de lecture.
Effet
dtun inhibiteut,
spdetfiqtrc
de La nitrification
141
2 - nEsulrnrs
2-I
E s s a i se n d i s c o n t i n u
anrpniacal
Les cin6tiques
d'6limination
de l-'azote
en pr6sence de
(figure
quantit€s
1) nontrent
croissantes
de N-Serve
une inhibition
(BENITOUSSA, 1983) dans le cas
sernblable
d celle
obtenue 1>r6c6dement
des cations
lor:rds.
total
de 1'6limination
de
Nous ol:servons
un arrCt
pour une concentration
Iramoniaque
6gale d environ
en toxique
6,7 mg/g MVS, soit
28 pmolt:/g MVS.
Si i est le pourcentage
t6, la pente de la droite
Ia constante
d'inhibition
I la quantit6
<l'inhibition,
de produit
injecpermet de d6terminer
obtenue L/i = f (1/r)
lG = 5,3 Umole/g ws.
provoquant
La concentration
tidoriqrre
en toxique
une inhibition
(i = 100 8) se d6du:Lt de cette
totale
droite
et est alors
25 pmole/g
proche de la valeur
valeur
exp6rimentale.
MVS,
r l6moln
o
1mg,/l - 1,12
.2,24
t
2
o
3
.3,3F
^
4
o
6
-4,48
a6,72
v
E
-q96
.
tO
- 1t,2O
t
v
12
14
- l3l4
- tg68
Cinbtique
Eigure 1
en pndsence de N-Sez,oe
d.e nit:nifieation
2 - 2 E s s a i se n c o n t i n u
Nous injectons
dans Ie pilote,
en continJ,
4 mg de N-Serve par litre,
soit
1,3 W/g PIVS. AprCs une journ6e seulement d'injectiorr
du toxique,
p,rsse de 90 ts a 0 8.
Ie taux de nitrification
Nous arr6tons
alors
et conti.nuons
Irinjection
lr€linlnation
reste nulle
afrioniacal
de I'azote
Pour des essais d des taux inf6rieurs
apr€s 10 jours,
progressive
une reprise
Ie suivi
pendant
du pilote
14 jours.
(' 0,5 mg,/g trlvs),
de la nitrification.
:
on observe,
1-42
Scienees de L'eau 3, no 2
2 - 3 E t u d e d u m o d ed ' a c t i o n d u N - S e r v e
totale,
nous
une inhibition
otl nous obtenons
Au vu de ces r6sultats
bacterienne
de mesurer lractivit6
avons pens6 guril
6tait
ndcessaire
inhib6e
ou d6truite.
dans les boues afin de pr6ciser
si la biomasse 6tait
ont 6t6 r6alis6s.
Pour cela,
des dosages dtATP et d'enzymes en solution
et
vivantes
dIATP dans les cellules
a. La pr6sence d'un taux constant
en font un parametre
a la mort de I'organisme
Ia disparition
de celui-ci
avant
de l-a biomasse. Les mesures r6alis6es
de choix pour 1'6volution
ont montr6 que
et apres injection
de N-Serve dans les boues activ6es
lractivit6
ne s'annulait
en aucun cas, m6me pour une inhibibact6rienne
(ceci
h6t6ro=
l-i6 aux bact6ries
tion
totale
6tant
vraisemblablement
trophes).
Le
des enzymes en sofution.
1'analyse
b. Nous avons 6galement r6alis6
de
serri-quantitative
systCne Api-ZFn
utilis6
est une microm6thode
cela
d tous les railler:x.
recherche
applicable
d'activit6s
enzynatiques
activit6s
permet d'6tudier
enzyrllE\dix-neuf
rapidement
et simultan6ment
complexe non
quantit6s
d'ul
6chantillon
de trCs faibles
tiques
5 partir
d'actipurifi6.
brut Ie spectre
Cette m6thode permet de donner a f'6tat
vit6s
enzymatiques
de I'6chantillon
i tester.
que le N-Serve seul n'avait
Apr6s avoir
v6rifi6
systCme enzlmatique,
les galeries
sont inocul6es
pour lesquelles
des boues du t6moin et de celles
cati-on est total.
de boues inhib6es
Le filtrat
que
vement importante,
tandis
faible
teneur (tableau 1).
pr6sente
Ie fil-trat
pa.s d'effet
sur Ie
5 I'aj-de du filtrat
de la nitrifiI'arr6t
relatices enz)rmes en quantit6
peu et en
t6moin en contient
TabLeau L
Dosages enzAmattqu.es des boues actiudes
de N-Sez'ue
auant et aprds injection
Enz)rme recherch6
Phosphatase
(C4)
Esterase
Lipase
Valine
(nanomores)
Boues + N-serve
(nanomoles)
alcaline
Est6rase
Leucine
T6moins
(c8)
20
arylamidase
arylamidase
Phosphatase
10
acide
Phosphoamidase
N-ac6 tyl-glucosamini
dase
10
Effet dtun inhibiteur
spdcifique de La nitrificati.on
143
d'enzymes par les cellules.
donc un relargage
Le N-Serve provoque
On
que son action
au niveau
peut ainsi
est loca1is6e
de Ia
supposer
par f interm6diaire
membrane bact6rienne,
de laquelle
les bact6ries
par
6mettent
action
se traduisant
soit
leurs
enzymes dans Ie milieu,
par une modification
r:ne lyse meribranaire,
soit
des propri5t6s
de cette
membrane.
physique
c. Nous avons recherch6,
sur une exp6rience
en nous appuyant
(RMN-P3t),
autotrophes
subissaient
les bact6ries
une destruction
" iL e s m e s u r e s s o n t r 6 a 1 i s 6 e s
sp6cifique"
sur plusieurs
6chantillons
;
1'6chantillon-t6moin
a 50 xol de boues avant ajout
correspond
de toxique.
6chantillons
Chacun des autres
est relatif
d un pr6lBvement
du m6me
volume de boues, aprds 330 min d'action
du toxique
d des taux de traitement respectivement
de 0 ; I,7 ; 4,25;
8,5 et 17 mglg MVS.
Nous observons
0 ppm correspond
2 pics principaux
: le premier
phosphore
qui est confondu
avec celui
du H3PO+ ; Ie
inorganique
- 26 ppm et correspond
pic est i environ
au phosphore
organique
et aL,,
1979, in FLOREIinZ, 1982) .
au
second
(BIJRT
Le pic du phosphore
inorganique
augimente avec la concentration
de
qui ne s'annule
pasorganique
N-Serve et ce aux d6pens du phosphore
Ceci corroborerait
I'hypothdse
de la lyse des bactdries
nitrifiantes
unr-quenent,
L'int6gration
des pics
d'6tablir
1a fi.oure 2.
du phosphore
r
sous
ses
2 formes
a pernis
P min6ral
o P organique
15 N-Servc mgfgMVS
Figwe 2
Euolution des diffdrentes formes de phosphore
par
ont 6t6 effectuEs
r6guliErement,
d. Des d6nombrements
bact6riens
(MPN), sur un pilote
de boues
Ia m6thode du nonbre le plus probable
activ6es
nitrifiantes.
de boues.
Les nombres sont exprim€s par nillilitre
a6robies
de l-a station
A t = 0, nous avons les boues activSes
dr6puration "
144
Tableau 2
comptagesdes diffdrentes catdgories baetdniennes dnns Le pilote'
auqnt et aprds iniection de 0rS mg de N-Sev'ue
H6t6rotrophes
a6robies
totales
Jours
Ana6robies
D6nitrifiantes
to7
7.6
104
75
Nitratantes
.^6
IU
z-3
i
Nitritantes
.
,n4
.
f
l" un 7
1L r - a
rn6
10€ j
6.1
104
7.5
lo4
17e j
2
1os
1.7
1or
0
n
rn3
lLvlvarv
rn\
:
ln5
25ej
2
104
4.5
103
0
l" v^ 5
.n6
rv
a
tn7
rv
30c j
l-7
105
7.5
1o''
0
L -Z
rn6
tV
:
d
ta7
rv
rn6
:
3sc j
Injection
L.L
6
10-
4.5
103
38c j
3.s
10"
4.5
103
45e
t.4
107
i1]isible
I
U5
"r n
rng de ll-Serve/I
de 0,5
36ej
lv
n
U
,
ta7
q
IV
"n5
IV
I.Y
.^5
IU
J.J
rn5
IV
3.4
1os
1.9
10?
se !0aintient
a6robies
que Ie nonlcre de germes het6rotrophes
On remarque
disparaissent
ana6robies
Par contre,
les bactdries
important.
et reste
h6t6de Ia flore
est une cat6gorie
d6nitrifiante
La flore
rapidement,
ne
d6nitrifiante
totale.
Notons que la propri6t6
rotrophe
a6robie
pas le cas Pour Ies pilotes
qu'en ana6robiose,
ce qui n'est
s'exprime
uti1is6s.
que les
on note 6galement
norDbreuses que les bact€ries
L A U R E } g T( 1 9 7 1 } .
nitritantes
bact6ries
Ceci
nitratantes.
sont
confirme
constalment
les r6sultats
PIus
de
ppm) dans lralimentation
dose (:0,5
de N-serve d faible
L'injection
le
nodifi€
sans avoir
nitrifiante
I'activit6
a bloque
completement
aprCs 10 jours.
a red6narr6
nombre de germes prdsents " La nitrification
n'a
exPerience
dans cette
que Ia dose inject6e
on peut donc deduire
blocage
Le
nitrifiants.
germes
autotrophes
provoqud
des
la
lyse
trEs
par
d'une chElation
Ie r6sultat
probablement
observ6
serait
temporaire
dans la nitrification.
Ie N-Serve des enzyrnes impliqu6s
Effet dtun inhibiteur
spdctfique de La nitz,ifieation
145
3 - orscussroN
Nous savons que les pyridines
ro6thyl6es
sont assez peu toxiques
tandis
que nous avons pu constater
que le N-serve
1'est
fortement.
Le
r61e du chrore
et du groupement
trichroron6thyr
serait
donc important,
en modifiant
Ie r6re donneur du doubtet
de lrazote.
Nous avons arors
essay6 de tester
un amroniurn quaternaire,
le cetavron,
qui ne pr6sente
pas de doublet
libre
sur I'azote.
Les cin6tiques
rSalis6es
en pr6sence de. ce produit
(Hexad6cyl_
Trin6thylamoni'm
bromure : CH: (CHz)rs w+Br- (Cttr)3 ne permettent
pas
de d6celer
un ph€non6ne d'inhibition
sp6cifique,
m6me pour des concen_
trations
de 2l mg/g Mvs, (Notons que, pour ces cinetiques,
Ies compos6s
test6s
6tant moussants,
et d. cause du bullage
continu,
nous ne pouvions
pas aller
au-deId des concentrations
utilis6es).
De plus,
Ies taux de
croissance
calcul6s
pour chaque cin6tique
sont sensiblement
identiques
d celui
du t6moin,
aux erreurs
exp6rimentales
prds.
ceci senhlerait
confirner
I'hypothBse
avanc6e par res diffErents
chercheurs
concernant
1'effet
d6terminant
de Ia disponibirite
du
doubret ribre
de lrazote
sur f inhibition
et son effet
ch6latant.
cependant,
Ie produit
utiris6
a une structure
diff6rente
de cerle
du N-serve
et ces r6sultats
ne sont qu'indicatifs.
C O N C L UISO N
Le chroro-2
Trichroromethyl-6
pyridine
ou N-serve
est un inhibiteur
de nitrificati-on
dont nous avons cherch6 d pr6ciser
re mode d,action
que ra sp6ci-ficit6
ainsi
vis-d-vis
des nicroorganismes
nitrifiants
d'une
boue activee,
Lrapproche
r6alis6e
exploite
diverses
(activit6
techniques
nitrifiante,
ATP, RMN-P31, dosage enzyuratique,
comptages bact6riens,
etc.).
Nous avons pu constater
que le N-serve
agit
essentiellement
au niveau
des bacteries
autotrophes
nitrifiantes.
A forte
dose, il provoque
la
Iyse de ces cellules,
qu'A faible
tandis
dose, i1 btoque i'activit6
nitrifl-ante
probablement
en ch6latant
les enzlmes nitrifiants
par son
doublet
libre
sur l,azote.
1+O
Scienees de Lteau 3, no 2
R E F E R E N C EBSI B L I O G R A P H I O U E S
INhibitOTY
B E L S E R L . W . , S C H M I D TE . L .
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of NitraPirin
effect
AppL'
nittrfi'ers
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BENITIOUSSA
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tion de I'ad6nosine
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rn
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fication
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field soils . SoiL. Sci.'
2'to-273.
f,evuelrangalsedesSGlEllGES
ltEt'EtU,3 (t9B4t t47-t66
Moded'6limination
duparanitrophfnol
etdesacides
mal6ique
etsalicylique
surducharbon
actifengrains
Removal
of paranitrophenol,
maleic
andsaficylic
acids
by granular
activated
carbon
J . D E L A A T * ,M . D O R E *J, . M A L L E V I A L L E * *
R6sum6
L t 6 t u d e a e u p o u r b u t d e m i e u x c o m p r e n d n et e r 6 [ e d e L , a d s o r p t i o n e t d e L a b i o d 6 g r a d a t i o nd a n s t ' 6 t i m i n a t i o n d e t a m a t i d r e
o n g a n i q u el o r s d e [ a f i l t r a t i o n s u n d u c h a r b o n a c t i f e n g r a . i n s .
Ce travaiI a 6te r"6aIis6 avec de petites cotonnes de charbon
actif et avec des soLutions synth6tiques de trois compos6s
biod6gradabtesd'adsorbabil.it6 diff6rente : Ie paranitroph6no[,
L e s a c i d e s s a L i c y Li q u e e t m a t 6 i q u e .
D a n sd e s c o n d i t i o n s s t 6 r i L e s d e f i t t r a t i o n ,
Ia capacit6
d ' a s o r p t i o n d ' u n e c o t o n n e c o n r e s p o n di c e L L e o b t e n u e i r p a r t i r .
de ['isotherme d'adsorption d6termin6 par des exp6rjences en
s t a t i q u e . L ' a t t u r e d e s c o u r b e s d e p e rc 6 e d e p e n de n p a r t i c u L i e r
de La granutom6trie de Itadsorbant et 6votue en fonction des
variations de temp6ratur.e.
Laboratoire de Chimie de 1'Eau et des Nuisances,
Recteur Pineau, 86022 Poitiers,
France.
**
40,
avenue du
Soci6t6 Lyonnaise des Eaux et de 1'Eclairage,
Laboratoire
38, rue du Pr6sident Wilson, 7823O Le Pecq, France.
Central,
Sciences de L'eau 3, na 2
14B
D a n sd e s c o n d i t i o n s d e f i I t r a t i o n n o n s t 6 r i I e s , [ ' a d s o r p t i o n
j o u e t e r 6 t e p r i n c i p a L d a n s L ' 6 [ i m i n a t i o n d e s c o m p o s 6 sd u r a n t
La phase d'adaptation des bact6ries. Par ta suite, I'a biod6g r a d a t ' io n p e r m e t u n e 6 l - i m i n a t i o n ' i m p o n t a n t e d e s p r o d u i t s p a r
une min6raLisation du substrat. Aprds son d€marrage, te deveLopp e m e n t b a c t 6 r i e n c o n t r i b u e 6 g a l ' e m e n tA u n e b i o r 6 g 6 n € r a t i o n d e
[ a c o L o n n ed e c h a r b o n a c t i f e n g r a i n s .
Summa
ry
The purpose of this study is to appneciate the part ptayed by
the adsorption and by the biodegradation in the removat of
organic substancesduring fi Ltration on granutar act ivated
c a r b o n . T h i s r " r o r kw a s c a n r i e d o u t w i t h s m a t I c o l u m n s o f a c t i vated carbon and with synthetic soLutions of tlrree biodegrad a b l - e c o m p o u n d ss h o w i n g d i f f e r e n t a d s o r b a b i l ' i t y : p a r a n i t r o pheno[, mateic and saticyLic acids.
the capacity of adsorption
In sterite conditions of fiItration,
of a column corresponds to the one catcutated fr om the adsorption isotherms obtained from batch experiments. The shape of
the breakthout'gh curves depends on the size of the adsorbant
a n d c h a n g e sw i t h t e m p e r a t u r e v a r i a t i o n s .
In non-steriLe conditions of fiLtration, adsorption plays the
main part in the removat of organics during the acctimatization
period of bacteria. Then, the biodegradation Leadsto a great
e t i m i n a t i o n o f t h e o r g a n i c m a t t e r b y C O zp r o d u c t j o n . M o r e o v e r ,
t h e b a c t e r i a t g r o w t h a I L o w sa m i c r o b i o t o g i c a I r e g e n e r a t i o no f
the activated carbon.
I - rurnoDucrroN
sur charbon en
la filtration
d6cennies,
Dr.rrant ces deux dernieres
est de plus en plus
grains,
ou en second 6tage de fil-tration'
en premier
(FIESSINGER, 1975) .
d'eau potable
de production
utilis6e
dans les unit6s
par adsorppermet de retenir,
granul6
par Ie charbon actif
Le traitement
pu 6tre
qui n'ont
physique,
tion
un certain
noribre de uricropolluants
Parall€leclassiques.
physico-chimiques
par Ies traitements
6limin6s
au sein des filtres
ment a l'adsorption,
Ie d6veloppement bact6rien
en
la concentration
par biod6gradation,
6galement
d r6duire,
contribue
matiEre
organique
dans
les
eaux
traitdes.
de ses propri€d6pendent
d'un charbon actif
d,adsorption
Les capacit6s
(MARTIN, 1978), des
ou Ia granulom6trie
conme Ia porosit6
t€s physiques
pola(solr:bilit6,
masse molaire,
du solut6
propri6t€s
physico-chimiques
Les mesures
(pH, temp6rature,
force ionique).
ritS)
et des solutions
de charbon
d partir
statique
en r6acteur
r6a1is6es
en g6n6ral
de capacite
que les
tels
synth6tiques,
purs en solutions
en poudre et de produits
FiLfu,ation
suy' chaybon aeti
(EL DIB, 19'79) , ph6noliques
(SINGER, 19BO), acides
compos6s benz6niques
(REIMERS, 1976) ou basiques
(MARIIN, 1978) ont permis de rontrer
que
lradsorptlon
augmente avec Ia masse mofaire
et diminue avec la solubilit6
et avec Ie degr6 de dissociation
pour une cat6gorie
du solut6
de
compos6s donn6e.
Par ailleurs,
les r6surtats
rencontr6s
dans la ritt6rature
indiquent
jou6 par Ia porosit6
le r6re important
de I'adsorbant
sur les capacit6s
et sur les cin6tiques
d.'adsorption.
Ainsi,
certains
auteurs
ont pu, en
travaillant
avec des solutions
synth6tiques
de mol6cules
simples,
mettre
en 6vidence
deux types de ph6nomdnes : une adsorption
rapide
dans les
macropores et une adsorption
lente dans les micropores
(PEEL, 1990).
Drautres
6tudes montrent
de grandes diff6rences
de comportement des
divers
charbons actifs
conmerciaux vis-A-vis
de 1'adsorption
de mo16cules beaucoup plus complexes (acides humiques),
en raison
principal.ement de leurs
diff6rences
au niveau des courbes de distribution
de
diamEtres
des pores (LEE et aL.,
1987). Dans les installations
de
production
d'eau potable
utilisant
des filtres
de charbon actif
en
grains,
une 6limination
importante
de Ia matidre
organique
par adsorption est surtout
observ6e durant
res prenidres
semaines de fonctionnement des filtres.
Aprds cette p6riode,
des ph6nomcnes d'adsorption
lente
peuvent
expliquer
en partie
lrallure
des courbes
de perc6e obtenues
sur
(I,IALLEVIALLE, 1980). Cependant,
des filtres
industriels
l_es mesures de
la concentration
de Ia matiCre
organique
par des param€tres
globaux
(C.O.T.,
oxydabilitd
au permanganate...)
ne font pas apparaitre
des
ph6nom€nes relativernent
comprexes intervenant
au niveau
de 1'adsorption.
Ainsi,
des variations
de la composition
chimique des eaux et des diff6rences de diffusivit6
des porluants
i il int6rieur
du grain
de charbon
conduisent
i des ph€nom€nes de comp6tition
entre
les diff6rents
compos6s
adsorbables,
Ces interactions
peuvent
par des phases
se traduire
d'adsorption
(RIERA, 1983 ; FRITZ, 1990).
ou de d6sorption
Parall€lement
i ses propri6t6s
adsorbantes,
le charbon actif
en grains
constitue
un bon support
pour 1e d6veroppement
bactErien
dont la mise
en 6vidence
peut etre r6alis6e
par diverses
techniques
convergenEes
:
examen en microscopie
a balayage,
d6nombrements
(flore
bact6riens
totale,
prot6olytique,
nitritante...),
dosage de l_'A.T.p.
(RIZET, 19g1 ;
BOURBI@T, 1981), mesures d.e la consorunation d,oxygene
(DEN BLANKEN,
1982 ; WERNER, L982). Les r6sultats
de ces diff6rentes
6tudes indiquent
une population
bact6rienne
trds vari6e
et plus abondante
i 1a partle
sup6rieure
des filtres.
cette
activit6
bact6rienne
contribue
i 1'6rinination
d'une certaine
partie
de ra microporrution
organique
repr6sent6e
par Ia fraction
biod6gradable,
cette
fraction
pouvant
€tre
augmentde
apr€s r:ne 6tape d'ozonation
(BRIJNET, 1981 ; SOHM, 1983) .
Notre travail
a eu pour but
quelques
compos6s organiques,
actif
en grains,
en pr6cisant,
dues d la biod6gradation
et i
matiere
organique.
d'6tudier
1e ro6canisme d,6limination
de
au cours de la filtration
sur charbon
en particulier,
Ies trErts respectives
I'adsorption
dans I'enldverDent
de Ia
Afin dr€tre
en mesure de maitriser
la composition
chinique
des eaux,
les manipulations
ont 6t6 r6alis6es
d partir
de solutj_ons
synth6tiques
pu-rs. Au cours de cette
de produits
6tude,
nous avons choisi
trois
compos6s plus ou moins biodegrada-bles
et possddant
des adsorbabilitds
t.rEs diff6rentes
: I'acide
mal6ique,
I'acide
salicylique
et le paranitrophdnol.
150
partie
de notre travail'
Dans une premidre
d'adsorption
li
capacit6
statique'
r6acteur
vis de ces comPos6s.
nous avons mesur6' en
vis-adu charbon utilis6
des filtrations
Dans une deuxiEme partie,
:
afin
ont 6t6 r6alis6es
de charbon actif
sur
- de v6rifier
d'adsorption
Ies capacit6s
de Ia granulom6trie
I'influence
montrer
des courbes de Perc6e ;
l-'alfure
des petites
colonnes
obtenues pr6c6demment et
su-r
et de la temp6ratrue
de
_demontrerler6ledelabiod6gradationdansl.6lirninationdeces
nous avons conpare les courbes
cet objectif,
compos6s. Pou.r attel-ndre
dans
en parall6le
fonctionnant
de fiftres
tle perc6 obtenues a partir
'
s
t
6
r
i
l
e
s
n
o
n
e
t
s
t
6
r
i
l
e
s
des conditions
dans
sur sable ont 6t6 effectu6es
des filtrations
Enfin,
fe
p
r
6
c
i
s
e
r
d
e
b
u
t
I
e
d
a
n
s
acides mal6ique et salicylique,
L'adsorbant "
Ie cas des
r61e de
granulom6triques
fractions
avec diff6rentes
a 6t6 r6a1is6
Le travail
tamisage,
apras broyage,
CHEMVIRON F 400 obtenues
de charbon actif
oc'
a
1
0
5
s
6
c
h
a
g
e
e
t
lavage d 1'eau distill6e
2 - p n o r o c o L EE X P E R I M E N T A L
a
soit
ont 6t6 pr6par6es
organique
de produit
Ies solutions
Toutes
bacteries
!
c
o
T
'
1
'
e
n
m
g
0
,
5
(
m
i
c
r
o
p
o
l
l
u
t
i
o
n
Dartir
d'eau distill6e
:
d'eau osmos6e (micropollution
soit a partir
ioO-t oOO ml-t),
- 5 000 mf-')'
0
0
0
:
1
= O,2-O,3 mg l-l
en CoT, bact6ries
2-l
:
I s o t h e r m e sd ' a d s o r p t i o n
pur (10-a ou 2'10-a M) sont mises
aqueuses de produit
Les solutions
(Chemviron
en poudre
m de charbon actif
avec une quantit6
en contact
est assuL
'
a
g
i
t
a
t
i
o
n
m
f
1
0
0
0
d
e
f
l
a
c
o
n
s
d
a
n
s
d
e
s
8
0
F 400 ; l.<
Um)
r
o
t
a
tif'
a
g
i
t
a
t
e
u
r
p
a
r
u
n
soit
r6e soit par un agitateur-secoueur,
(48 heures
ambiante
d Ia temp6rature
temps d'agitation
un certain
dans
s
o
1
u
t
6
d
u
d
'
6
q
u
i
l
i
b
r
e
la mesure de la concentration
en !6n6ral),
ttv
s
p
e
c
t
r
o
p
h
o
t
o
m
e
t
r
e
d
'
u
n
I
'
a
i
d
e
d
d
6
t
e
r
n
i
n
6
e
e
s
t
1a phase aqueuse
sous vid'e sur mernbrane 0'22 Um ou' pour
(VnnfeN DMS 90) aprds filtration
sur cartouche
sous pression
f
i
l
t
r
a
t
ion
a
p
r
d
s
v
o
l
a
t
i
l
s
,
p
r
o
d
u
i
t
s
les
Apres
O,22 1tm.
tamponn6es d
avec des solutions
ont 6t6 r6alis6es
Les experiences
ou
: Na2HPo4 :335
d'un tampon phosphates
DH I obtenues A l'aide
toute biod6gradation
: 16 ou 32 mg I-r . pour 6viter
K'zpoq
ZiO ^q I-I,
de
par ajout
ont 6t6 st6rilis6es
les sol-utions
dans les flacons,
(Ag : 0'5 a 1 mg I-') "
d'argent
sulfate
Filtration
sur charbon actif
en grains
1q1
? - 2 C o u r b e sd e p e r c d e
Les courbes
par Ia figure
de perc6e
1.
bAche d'alimen(4oC)
tation
Ibntage
erpdr+mental
ont
6t6
obtenues
d, I'aide
dr^ montase
sch6matis6
t
pompe
p6ristaltique
6gout ou collecteur
de fractions
Fzgtu'e
de filtration
1
sur
cy'nrbon
actif
en grains
Les cofonnes de charbon actif
(section
: 0,95 crn2, hauteur
: 20 i
B0 cm) sont maintenues d temp6rature
constante
par circulation
d'eau
thermostat6e
d.ans I'enveroppe
externe.
Les d6bits
d'alimentation
fix6s
d. 2 m h-l ou i 4 m h-r sonl assur6s par des pompes p6ristaltiques
(GILSON Minipuls
2) .
Lrinfl-uence
de ra granurom6trie
de 1'adsorbant
et de ra temp6rature
sur l-'arlure
des courbes de perc€e a 6t6 6tudi6e
en utirisant
des mini
col-onnes de charbon actif
(2 a 5 9) et d partir
en grains
de sol_utions
synthStiques
de produit
pur st6rilis6es
par ajout
de surfate
d'argent
( 0 , 5 a 1 , 0 m g l - - ' ) e t t a m p o n n 6 e s d p H 8 ( N a z H p O , +: 3 3 5 o u 6 7 0
mg l-1,
KHzPo4 : 16 ou 32 mg L-' ). Des pr6ldvements
horaires
ont dt6 r6a1is6s
d l-raide d'un collecteur
(GILSON EC 22O).
de fractions
L'infruence
de la biod6gradation
a 6t6 6tudi6e
en travailranc
avec
des colonnes contenant
25 g de charbon (Chemviron F 400 ; O,g _< O :( 1,0 rnm)
et fonctionnant
en paral16re
dans d.es conditions
st6rires
et non st6ril-esLes solutions
dral-imentation
pr6par6es
a partir
d'eau distill6e
enrichie
en sel-s (tampon phosphates et sels nutritifs)
:
16 ou 32 msf-r
-
Na2HPOq
I
. I
335 ou 670 mg 1-r I
-Fe
0,05
-Mn
: 0,05
mg 1-l
tampon
pH B
sous forme de Fe(NO3)3
mg l-lsous
forme
de MnSOa
152
0,5
Nnq+
mg I-l
10 mg I-1
-Ag
: 1 mg l-l
st6rilisation
Le nombre de bactdries
1 000 bactSrj-es par ml)
Les solutions
sont
sous forme de
(NHq)z Soq
sous
forme
de Mg so4
sous
forme
de Ag2 SO4 Pour
la
des solutions.
(100 a
d'alimentation
dans Ies soluEions
assure 1'ensemencement des colonnes'
pr6par6es
journellement
et
d 4 oC'
stock6es
s'analYse
?-3 M6thoded
d'un
6' 1'aide
ont 6t6 effectu6s
organiques
Les dosages des produits
ont
d
'
a
n
a
l
y
s
e
s
c
o
n
f
i
r
m
a
t
i
o
n
s
(
V
A
R
I
A
N
9
0
)
.
D
e
s
D
M
S
w
spectrophotometre
haute pression
Iiquide
en chromatographie
egafernent 6t6 r6alis6es
I'IV SPECTRoMoNIToR IlI'
(pompes wATERs, injecteur
U 5 K, ddtecteur
c o l o n n e M E R C KC 1 8 ) .
Pourfesexp6riencesdefiltration,lecontr6ledel'activit6bact6:
en suivant
a 6t6 effectu6
rienne
-
de Ia concentration
l'ewolution
et
(PONSELLE O2T-CE), d I'entr6e
en oxygene
a fa sortie
avec
dissous
des colonnes
un oxymctle
;
de
(C'O.T')
et de 1a production
de la matiEre organique
1'6volution
considSrons
Nous
A)
'
915
BECKIIIAN
(analyseur
:
carbone
de
gaz carbonique
et en
en carbonates
produit
est transform6
que tout
Ie gaz carbonique
(pH > 7,5)
i
dans la colonne
bicarbonates
-
-lepH;
- l'6volution
de la
des colonnes -
Population
bactdrienne,
d I'entr6e
et
i
la
sortie
(flore
a 6t6 mesur6e
totale)
du nodbre de bact6ries
La determination
apres
de P6tri,
sur boites
d'ensemencement en surface
par la technique
de 1a g61ose,a 6t6 Ia
i 37 "c- La composition
72 heures d'incubation
:
glucose
: 2,5 g I
de levure
: 5 g l-r r.extrait
; tryptone
suivante
q
I
'
: 15
"
1 g 1-I et agar-agar
SX P E R I M E N T A U X
3 - n E s u t - T A TE
3-1
I s o t h e r m e sd ' a d s o r P t ' i o n
Lafigure2repr6sentelesisothermesdladsorPtiondesacl-desmal6ique
compos6s
autres
que de, quelques
ainsi
du paranitrophSnol
et salicylique,
apr6s plus de 48 heures d'agitation'
d I'6quilibre
obt.no=
organiques
EiLtration
Les isothermes
trations
6tudi6e
suivent
:
loi
la
sut charbon actif
de Freundlich
dans
en grains
la
garnne de concen-
r/^
x/m = k C""'
x/.
ynorce
g-1
-<;*o'o-olo-'o'{
<
/
--
AcLdeaaltcvrlque
-
s-w
-/
bsnzoique
n.".'.'--:Actde
- ..
Actde orthoPhtalique
-s-va-91'-
o-o'-4i1''u"-l--
^_a/
^,a-6'-
/
a/'"
AcLdeDal6tque
./
/t'
./'
1
50
10
100
Figure 2
IsotVermes dtadsorption de quelques pz,oduits puts d pH I
(cVnrbon Cherwiron F 400)
(Ce) et dans 1a phase
Lorsque les concentrations
dans la phase Iiquide
(x/m) sont exprim6es
solide
respectivement
en pmoles 1-1 et en pmoles g-r
Ie calcul
des constantes
k et n et du coefficient
de corr6lation
donne
les valeurs
suivantes
:
K
Aciile
rnal6ique
Acide
salicylique
Paranitroph6nol
L/n
o,573
| ,746
0,991
2 1 1, 5 2
o,149
6,7O7
0,998
5 2 7, 8 3
o,213
4,692
0 ,998
l,)z
Ces rEsultats
permettent
de montrer
les grandes diff6rences
dradsorbabilit€
entre
ces trois
conme un grand
compos6s. L'acide
roalEique,
nonbre de compos6s polaires,
pratiquement
pas adsorb6 par le
niest
charbon.
Par contLe,
pr6sente
une forte
Ie paranitroph6nol
affinit6
et
I'acide
salicylique
possede une adsorba.bilitd
intemddiaire
les
entre
deux compos6s pr6c6dents.
154
saliet de I'acide
du paranitroph6nol
Si nous comParons I'adsorption
poss6dant
monosubstitu6s
aromatiques
aux
cl6riv6s
par
rapport
cylique
d'adsorbabilit6
les groupements No2, OH ou COOII, nous obtenons I'ordre
:
a pH I ci-aprds
'o'""io
o
cooH
OH
cooH
cooH
/\
\-,,
poss6dant
simples
cet ord.re, obtenu avec des compos6s aromatiques
r6sultats
les
confirme
grand.eur,
de
ordre
m6me
du
rnErsses mol-aires
:
' en particulier
publi6s
dans la l-itt6rature
- une meiller:re
benzEne)
;
adsorption
des composSs peu solubles
(exemple
des
: nitro-
ionisa.bles
; Ie
pour les mol6cufes
de l.adsorption
une diminution
d'acic
o
n
s
t
a
n
t
e
l
e
u
r
d
e
d
6
p
e
n
d
a
n
t
c
o
m
p
o
s
6
s
d
e
c
e
s
d
e
d
i
s
s
o
c
i
a
t
i
o
n
degr6
ainsi
COOE explique
du groupement
La pol-arit6
et du pH du milieu.
dit6
'
carboxyliques
aromatiques
Ia s6quence obtenue avec les d6riv6s
-
3 - 2 C o u r b e sd e P e r c 6 e
3-2-1
Fil-tration
en niTieu
stdrife
ont eu pour but de
dans ces conditions
r6al-is6es
Les manipulations
en
utilis6
en grains
a
c
t
i
f
d
u
c
h
a
r
b
o
n
d'adsorption
mesurer 1a capacit6
et de la temp6de Ia granulon6trie
f influence
et de montrer
fittration
des courbes de perc6e.
sur I'allure
rature
a.
Influence
de la
granulom6trie
du charbon
actif
(masse d'adsorbant
pour des conditions
identiques
exp6rimentales
temP6rature 20 "C)' 1es courbes
4 m h-r'
de passage:
5,O g, vitesse
salicylique
aqueuses d'acide
de solutions
de perc6e obtenues a partir
(
f
i
g
u
r
e
3). En
g
t
r
a
n
u
l
o
m
6
t
r
i
e
l
a
d
e
l
,
i
n
f
l
u
e
n
c
e
6
v
i
d
e
n
c
e
en
nettent
la
sur I'adsorbantr
du solut6
d'adsorption
de Ia cin6tique
raison
dans ]e cas du charbon ayant
beaucoup plus rapidement
apparait
fuite
de I'6qui'1ibre
I'atteinte
De plus,
Ia plus grosse granulom5trie'
de Ia fuite
apr6s l'apparition
plus rapidement
(c^/c^ = 1) se fait
'
divis6
plus
finement
charbon
aais ie cas du
Parailleurs,Iesquantites<1'acidesalicyliqueadsorb6esparles
calcul6es
de 1'6quilibre,
i Partir
colonnes de charbon apr€s atteinte
des courbes de perc6e (F 4OO O,2OO-0,315 nrn z 428,41-tmoles g-I;
identiques-i
rnm t 424,3 'tmoles g-I ) , sont pratiquement
F 4OO 0,8-1,00
').
(42O,O pmoles g
de Freundlich
de f isotherme
obtenue d partir
celle
Filtratlon
sw
cLwrbon actif
en gz'a'tns
cs
L,4
"-o
6 t O,2OO-O,315,M
q- = 405,7 ml h-r
; 5'O g -
4,17 m h-1
3
Figt'ee
:
salicglique
CotLt'bes de percde de L'acide
et de La tenpdrature
de La granuLomdtrie
influence
(Chemtsiron F 400 : 0,2 - 0,315 ftrn et 0'B - 1'00 ntn)
b.
rnfluence
de la
temP6rature
de
pour des conditions
est atteint
d'adsorption
Lorsque I'6quilibre
d un
conduit
de la temp6rature
variation
toute
filtration
donn6es,
ou
par une phase d'adsorption
qui se traduira
nouvel 6tat d'6quilibre
de desorption.
de 5 "C
de temp6rature
6l6vation
3 montre qu'une
la figure
Ainsi,
oC), lors de la filtration
de
sur Ia colonne de charbon actif
QO e 25
a une augmentagranulom6trie
comprise enlre 0,200 et 0,315 mn, conduit
(cs/co passant de 1,0 e l'4)
consdcutive
tion
tr6s brusque de Ia fuite
de Ia temp6raUne augmentation
organique.
i une d6sorption
du produit
d'une
du charbon en raison
d'adsorption
ture diminue donc la capacit6
salidu solute
dans l-'eau. Dans Ie cas de_l'acide
solubilit6
meilleure
diminue de 16 Umoles g-' pour une
la capacit6
d'adsorption
cylique,
dans Ia phase aqueuse (C") 69a1e d
concentration.d'6quilibre
de 3,8 I de la capaune diminution
ce qui represente
100 pnoles I-',
de 5 oC.
pour une 6l6vation
de temp6rature
cit6
Des variations
obtenues
avec le
tionde+5oc"
sont' 6galement
de grandeur
de cet ordre
de capacit6
(figure
4) : ! 4 E 5 E pour une variaparanitroph6nol
obtenue en dynanique
d'adsorption
que Ia capacit6
Nous noterons
(L 437 Umol-es 9-])
d cel-Ie obtenue en statique
correspond
(1 408 Umoles g-r).
3-2-2
Influence
de 7a bioddgtadation
avec
en travaillant
a 6t6 €tudi6e
de la biod6gradation
L'influence
st6riles
dans des conditions
en parallele,
des colonnes fonctionnant
de 10 nr-inutes (en
de I'ordre
Des temps de contact
et non st6riles.
de 4 m h-r environ
voisine
de fil-tration
et une vitesse
colonne vide)
ont 6t5 utilis6s.
tDo
Seiences de Lteau 3, no 2
'4r'
l-e
4. ô.
i
''"f
t*3'
",J
"'1
iltt
;"
L-*f
I
I
I
"''f
",rf
\r
influence
t\
-- -- - -- - --.-'l t-'" -'''\"-
I
I
/
: 0,8-1,0
q : 4OO nI
m
; 3,O g -
4,21 n h-l
h-I
I
loo
2(X)
h6uea
Figure
4
Courbes de penede du pananitrop@rnl
(Chermiron
de La tanpdrature
F 400
:
: 0,8
-
7,00
nn)
Durant le fonctionnement,
des 6chantillons
sont pr6lev6s
et stock6s
a 4 oC apres acidification
dans Ie cas du paranitroph6nol
et a - 18 oC
dans Ie cas des acides mal6ique et salicylique,
afin d,arr€ter
la biod6gradation
avant I'analyse
du produit
tiquide
en chromatographie
haute
pression,
a.
Elimination
du paranitroph6nol
Les courbes pr6sent6es
par les figures
5 et 5 rapportent
obtenus
des filtrations
lors
r6aLis6es
avec des solutions
ph6nol d 100 pmoles I-I (7,2 mg l-t en c.o.T.).
les r6sultats
de paranitro-
La figure
5 indique
que l'6quitibre
d'adsorption
est atteint
apr€s un
de solution
Passage de 400 litres
sur la colonne st6rile.
La quantit6
de paranitroph6nol_
adsorb6e,
mesurde par int6gration
graphique
(= 1 410 pmoles g-r)
est en accord avec la quantitE
th6orique
(= I 408 pmoles g-I).
en ce qui concerne la colorme non st6rile,
nous
obtenons
une courbe de perc6e simil_aire
jusqu'5
de 70 5 g0 t.
une fuite
L'6cart
observ6
(5 a 10 litres
entre
les deux colonnes
pour un m€me
pourcentage
de fuite)
provient
que la quantite
du fait
pur
de produit
introduite
dans ra colonne
non st6rile.
a 6tE prus faible
en raison
d'une
l6gEre biod6gradation
du produit
qui a 6t6 ddcel6e
sur de courtes
par Ia suite,
p6riodes,
en amont de Ia colonne.
apr€s un passage de
380 litres
de solution,
aprEs 38 jours de fonctionnement,
soit
nous
obtenons
une diminution
de Ia fuite
due au d6marrage de Ia blod6gradation.
par I'augmentation
Cette phase est confirn€e
de 1a consomation
d'oxygEne
et de la production
d.e gaz carbonique,
que par une
ainsi
diminution
du C.O.T.
que la concentration
Nous pouvons noter
en oxyg€ne
dissous
peut devenir
pour Ie d6vetoppement
un param€tre
limitant
des
bact6ries
a6robies,
car elLe descend en dessous de 1 rng l-'.
Cette forte
consonmation
d'oxygene
rSsulte
de Ia biod6gradation
du substrat
entrant
dans Ia colonne,
mais dgalement
gui a 6t6 adsorbE durant
de celui
les
jours de filtration.
38 premiers
c"
;coa
't
o t
-.-'-
'*"i1
o,
fEL.L.L_1^.^-a-^r7i-ll1-1-r-
a
r:r-
oo
en grains
sur cy'nrbon actif
FiLtration
157
mg I
02 (c
^nL,
tih
fl
-\\
PNP(c' st''ly'a
(c. nonst.)
i"\Np
illo-
4OO
45O
5OO
FiLtration sur cLnrbono"ttf a'!)lZ\3tiro",
5SO
volume
fLltr€
I
synth\tt)qued.enitnoph,lnol
(PNP)
duoLution rles concentrations
en paranitrophdnol
et en orygDne dissous, d. La sortie des colonnes stdr,iLes (C. st.)
et non stdz,iles (C, non st.).
coT (entrEe)
oo-o
: C
Ipdanttropb€not
lChenviron F 4OO
= 1OO unoles
0,3-r,o^ /
l " = o =, o o ' t ' - 1
o-----JS
I
\o
a
a-a-
-=;-'o:
r-lg
(sortie)
o-o-o
v
'3'-:------eJ
9 ntn_,
IEBCT
[q=1o,2rJ-
.v-v-v-y-
C. nin
v
v-v
v-v-t-t-
(entr6e)
v
tJ-
t-v'
volune
fi.ltr€
l
6
Figtue
:
FiLtrat'Lon
ste eha.v,bon actif
de paxanitz,ophdnol
dtune solution
duolution
en C.0.7.
et en C. mindraL d Ltentz'de
des eoncentrations
de La coLonne ensemencde
et d. La sortie
est mis en 6vidence
du charbon actif
Ce phenomene de bior6g6n6ration
pour 1a fil-tration
par Ia figure
7, obtenues
par 1es courbes pr6sent6es
mg c.o.T.
I-I)
d 16,66 l.tmoles I-1(1,2
d'une solution
de paranitroph6nol
en
25'O g de charbon pr6alablement
sur une colonne contenant
"satur6"
paranitroph6nol.
d'6quilibre
dans la Phase aqueuse
Pour une concentration
adsorb6e est 6gale d 961 pmoles g-I
6gale i 15,65 Umoles I-r,
Ia quantit6
Sciences
de Lteau J,
no 2
(69,2 mg C,o.T. g-')
d'aprds I'isotherme
d'adsorption.
La "saturation"
25,O g de charbon
a 6t6 r6alis6e
contenant
dans un flacon
de 1 litre
eL 24 O4O Umofes de paranitroph6nol
en solution
a pH L Aprds 48 h
(agitaleur
dragitation
a alors
6t6 plac6
i retournement),
I'ad.sorbant
dans la colonne,
fui te
PNP %
_
02 consomm6
t*
o/ogoA-A\
I
A
\ 'raol
\
/
/ o-o-o-o-o
\
c
m r n Drodurt
'
\tl
\/
, l
IA
C0T (entrce)
Figw:e
7
FiLtz'atdon
dtune solution
d 16,66 ltmoles L-r
de paranitooph,inoT
ttsaturdtl
(C.O.r.
= 7,2 mg L-')
su.y une colonne de charbon actif
que Ia biod6gradation
conduit
Les r6sultats
obtenus montrent
i une
(3,5 a 3,6 mg l-^)
production
de gaz carbonique
qui est nettement
sup6(= 1,5 d 1,7 ng 1-r).
rieure d.la concentration
en c.O.T. dans I'influent
permet donc d'obtenj-r
Le d6veloppement bact6rien
une bior6g6n6ration
du charbon actif.
que le temps n6cessaire
Nous noterons
au
6galement
(15 jours
d6marrage de la phase de biod6gradation
environ)
est plus
court que lors des manipulations
par les figures
5 et 5.
repr6sent6es
Ceci est probablement
dO a une diff6rence
de Ia qualit6
bact6riologique
des eaux ayant servi
rapport6s
d pr6parer
les solutions.
Les r6sultats
par les figures
pr6par6es
5 et 6 ont 6t6 obtenus d partir
de solutions
(C.O.T. = 0,5 mg 1-r ;
avec de I'eau disti1l6e-stock6e
au l-aboratoire
bact6ries
100-1 000 mf-').
sur du charbon
Dans Ie cas de Ia filtration
de l-'eau de ville
ayant sulci une filtration
sur du charbon
"satur6",
(d6chl-oration)
puis une osmose inverse,
(C.O.T.
actif
a 6t6 utilis6e
:
0,2 a 0,3 mg f-l
: 1 O O 0 a 5 O O Om I - I ) .
; balt6.i"s
sur charbon actif
FiLtration
b.
159
salicylique
de I'acide
Elimination
en gt'ains
de
I donnent les 6vofutions
par la figure
Les courbes repr6sent6es
(expride gaz carbonique
et de Ia production
la consommation d'oxygene
de sol-ution
de ta filtration
obtenues.fors
m6e en mg de carbone l-t)
'
(
4
,
2
L
r
e
n
C
'
o
'
T
'
)
m
g
p
m
o
l
e
s
1
1
5
0
d
s
a
l
i
c
y
l
i
q
u
e
d'acicle
a
nrn
02ngl-
ngr
lo
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IA\
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Ji\
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ll
ft**- "'-
ozcon'o*€
I
\
r
o--.-oJ'
minemr Produtt
q
lt
"li
oo
.a- I
I
/
tf"it"
en acjde
salicYlique
: o 1)
" -o-o
suy cl.,atbon actif
FiLty,ation
(C.O.T, = 4"2
d S0 Vmoles LL
apr)a".t;L"
e
t
d
.
e
dtonygdne
tr't'gttre B
saLicyltque
d'acide
d-tune soLution
de La consormnatton
: dttolution
mg L-r)
: 4,2 mh-r).
ie C. mindral ; (oitesse
au
des bact6ries
d'adaptation
compte tenu de Ia tres courte p6riode
6t6
a toujor:rs
en acide salicylique
(2 a 3 jours),
Ia fuite
substrat
les
corune d.ans 1e cas du paranitrophdnol,
null_e dans 1'effluent.
produit
le
permettent
d'6liminer
charbon
du
adsorbantes
propri6t6s
Apres Ie d6mardu filtre'
partie
de fonctionnement
Ia premiCre
durant
jour de
t
r
o
i
s
i
E
me
I
e
o
u
d
e
u
x
i
E
m
e
I
e
v
e
r
s
b
i
o
d
6
g
r
a
d
a
t
i
o
n
,
d
e
I
a
rage
jours,
consorunation
une forte
durant trois
nous obtenons,
filtration,
dues plincipalement
de gaz carbonique,
production
et une forte
d'oxygane
aprds 6 d 7 jours
E
n
f
i
n
,
c
o
l
o
n
n
e
'
I
a
d
e
de bior6g6n6ration
d la p6riode
par
qui se traduit
son 6quilibre
atteint
Ia colonne
de fonctionnement,
consonnation
et
une
min6ral
carbone
d.e
production
mg
I-1
e
2,2
2
de
r:ne
de I'acide
totale
pour une 6limination
de 7 i 7,5 mg 1-r d'oxygcne
(4,2 ng f-'
en C.O.T.).
salicylique
Danslecasd.ef'acidesalicylique,unefiltrationr6alis€eenparal0,8 5 1 mm) a permis
sur une colonne de sable (granulom6trie
ldle
9'
sur Ia figure
prSsent6s
fes r6sultats
d'obtenir
160
g
Figuu,e
FiLtration
suy sable d'une solution
d,acide
salieylique
d S0 Woles
riuolution
(en %).,
de La concentz,ation
d,acide
salicyLique,
de La consonrnation
dtorygDne
et de La production
de C. min1ral
(uitesse : 4,2 m h-L ).
L-r
Durant Ia p6riode
d'adaptation
des bact6ries,
Ia fuite
en acide salicylique
est de 100 B dans Ie cas d'un support non ad.sorbant. par comparaison
avec la coronne de charbon actif,
que la-production
nous noterons
de carbone nin6ral- d 1'6quilibre
par
est identique
e e 2,1 mg I-r).
contre,
la consommation d'oxygdne
(6 a 6,5 mg 1-I
est un peu plus faible
contre 7 e 7,5 m9 1-').
cette diff6rence,
d.e lrordre
de 1 mg 1-r, peut
6tre
expliqu6e
par une consonmation
par le charbon actif
d'oxygBne
luimeme (PROBER, 1975) . Ce ph6nomEne d'adsorption,
qui peut se ddrouler
durant de longues p6riodes,
est tres visible
durant
l e s d e r : _ - ,o u t r o i s
premiEres
heures Ce foncf-ionnenent
p6riode
du filtre,
Iaquelle
durant
nous avons observe une concentration
en oxygdne dissous dans l-reffluent
inf6rier:re
(figure
d 1 mgr1-l
8).
c.
Elimination
de 1'acide
mal6ique
En ce qrri concerne lracide
ma16ique, nous observons que les courbes
de percde obtenues
dans des conditions
st6riles
et non st6riles
se
superposent
en d6but de fonctionnement
(figure
10). r,a quantit6
d'acide
mal6ique adsorb6e par Ia colonne st6rile
(135 a 140 pmoles g-I)
est en
accord avec la quantit6
(133 pmoles g-r).
th6orique
La biod6gradation
dans la col-onne non st6rire
permet une 6rimination
presque compldte
de l_a matidre
organique
par une min6ratisation
de
I'acide
ma16!que ; les productions
de carbone min6ral
6tant de I,ord.re
de 5,5 mg l-r
et 3,5.S
f-t pour des concentrations
en acide roal6ique
d 1'entr6e respectivement 6ga1es d,7,2 et 4,8 mg I-I en C.O.T. Le C.O.T.
mesur6 d Ia sortie
(1 d 1,5 mg 1-r) peut correspondre
de Ia colonne
aux
produits
de biod6gradation
qu'd la micropollution
ainsi
organique
pr6sente d.ans 1'eau distiLl{e
(0,5 a 1,0 rng l-r).
Filtration
en grains
su.r cy'nrbon actif
161
coT
m1n
hgl
-
Co = LsO pnoles
o^
co = loo unoles l-1
l.-1
10
ooo= ,r,o .
frV
= 4.d m h
I
a
|
_,
-
= n 'r.
,r."
=1o,1lJ-
lc
Ln
_1
= 65 cn
6
o
-*-oo-o-vo_
A
I
6
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A
2
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t^ ">-_
o o
€o:.
I
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-v-v...L-V-o
o
m
100
3(P
a
c. 8t.
A
O^ aortle
I
C. €t.
O C. non st.
C
C. non at.
h1n
COT aortle
v
cntr6e
v
sortle
a C. Bt.
o
c.
Ac. nal;
Bortle
llt.es
C. non ot.
non at.
Figut'e 10
EiLtz,ation sur cha.?bon actif
dtune solution dtacide maLdtcrue
(150 puis L00 ltnoles L-') : duoLution des concent?ations
d'acide malAique (en %), de C.0.7., de C. mindral et d'orygbne dissous;
( u i t e s s e : 4 , 4 m h - L) .
De tels rendements de min6ralisation
de l-a f:Itration
sur sable a 2 n h-l
ont 6t6 6galement obtenus l-ors
(figure 11).
4 - orscussroN
D E sR E su L T A T s
4 - 1 C a p a c i t € sd ' a d s o r p t ' i o n
Les capacit6s
mesur6es en r6acteur
statique
d'adsorption
avec du
charbon actif
grains
en poudre,
et en dynamique avec du charbon.en
sont
identiques.
obtenus par d'autres
CeIa est en accord avec les r6sultats
(PEEL, 1980) et indique,
auteurs
que Ie broyage du
en particulier,
charbon actif
pas 1es capacit6s
d'adsorption.
en grains
ne modifie
Les fjltrations
quantit6s
r6atis6es
sur de petites
de charbon en grains
dans des conditions
que Ia teml€rature
peu sur
montrent
steriles
influe
Ia capacit€
(environ
I t par oC pour I'acide
d'adsorption
salicylique
et
Ie paranitroph6nol).
de la temtr€rature,
une roodification
Par contre,
162
Sc'iences de Lteau 3
no2
peut
son 6tat d'6quilibre'
Ia colonne a d6jd atteint
notaJrunent lorsque
au niveau
de Ia concentlation
d des variations
trds importantes
conduire
i des
correspondant
de concentration
de la fuite.
ces modifications
(augmentation
ou dradsorption
phases de d6sorption
de la temp6rature)
(diminution
du volume
en particul-ier,
d6pendront,
de la temp6rature)
dans la variade I'amplitude
d'adsorbant,
des d6bits
de circulation,
ou de
que de Ia cin6tique
d'adsorption
ainsi
tion de temp6rature,
de temp6rad6sorption.
Nous pouvons donc penser que des fluctuations
peuvent
industriels,
ture de quelques degr6s,
au niveau des filtres
chimique
des eaux
i des modifications
de 1a composition
conduire
filtr6es.
coT
c
mIn
o^
fOO
vo.Iume filtr6
I
Figute 11
FiLtxation su? sabLe d'une soLut-ion d'acid.e malbique d 150 Vmoles L-r
(7,2 mg L-L en C.O.T.) : dooLution des concent?ations
de soytie en acide maldique (en %, L), en C.0.1'. (O),
en C. mindz,al (Y) et nn o*ygAr* F) ; (oitesse : 2'15 m h-r).
4-2
Influence de la biod6qradation
sur des colonnes fonctionnant
.,,, faboratoire
r6alis6"]
Les filtrations
nous ont
et non st6riles.
en parallC1e, dans des conditions st6riles
de
permis de montrer lrinfl-uence de Ia biod6gradation sur 1'6limination
I'acide salicylique
trois compos6s biod6gradables : le paranitroph6nol'
et Iracide ma16ique.
Filtration
sur: charbon actif
en grains
de la matidre
organique
I'6limination
Dans les conditions
st6ri1es,
du solutd
sur I'adsorbant.
La
est r6alis6e
uniquement par adsorption
d partir
capacit6
d'adsorption
de la colonne peut donc €tre calcul6e
Par ailleurs,
les r6sultats
obtenus
de lrisotherme
dtadsorptlon.
(0,5 a 1 rng I-^)
de sel d'argent
dans les
montrent que l'addition
(absence de chlorure)
ne roodifie pas Ia capasol-utions
d'alimentation
sur de longues
r6alis6es
cit6
d'adsorption
dans le cas de filtrations
p6riodes.
de Ia matiCre orgaI'6limination
Dans les conditions
non st6riles,
(adsorbabilj-t6'
biod6gradabilit€)
nique d6pendra de Ia nature
du solut6
bact6riologique
des eaux (souches bactdriennes
et de Ia qualit6
les
pr6sentes)"
nous pouvons classer
Dans 1e cas de notre travail,
:
sol-ut6s 6tudi6s
en trois
cat6qories
- paranitroph6nol
: compos6 tr€s
grada.ble
;
-
adsorbable
et
moyennenent
biod6-
et
biod6-
adsorbable
acide
salicylique
: compos6 moyennement
gradable
;
acide
mal6ique
: compose peu adsorbabl-e
et
trEs
trCs
biod6gradable.
que les colonnes
de charbon actif
Les rdsultats
obtenus montrent
phase de fonctionneune premidre
adsorbent
la matidre
organJ-que durant
corresaprEs un certain
temps de flftration'
ment du filtre.
Ensuite,
conduit
pondant au temps d'adaptation
Iar biod6gradation
des bactdries,
dans
du substrat
introduit
a une 6limination
total-e,
importante,
voire
de
la colonne.
Cornne il a 6tE montr6 dans le cas de la filtration
par des mesures de producI'acide
et du paranitroph6nol,
salicylique
conduit,
apr6s son dSmarrage,
tion
Ia biod6gradation
de gaz carbonique,
Ainsi,
dans Ie cas de la filtrad une bior6g6n6ration
du charbon actif.
(figure
tion de L'acide
salicylique
8), nous pouvons dire que toute
production
d la production
d'6quilibre
sup6rieure
de gaz carbonique
(2rO-2,2 ng l--! en carbone min6ral)
de
d 1a biod6gradation
correspond
des
qui a 6t6 adsorb6 durant
Ia phase d'adaptation
l-'acide
salicylique
6tant de l-'ordre
de 50 I
bacteries.
Le rendement de min6ralisation
(4,2 ry I-1 de c.o.T, donnant 2,1 mg 1-l de c. min6ral),
ra mesure de
(environ
50 mg) pennet de montrer
1a surproduction
de gaz carbonique
(C.O.T.
complete
que Ia bior6g6n6ration
de Ia colonne est pratiquement
adsorb6 I environ
le paranitroph6nol,
phase d'adaptation
n6ration
beaucoup
avec
105 mg). En ce qui concerne les manipulations
1a
adsorb€ durant
de produit
la grande quantit6
(figures
des p6riodes
de bior6965 et 7) implique
plus longues.
du charbon,
Ie
de biordg6ndration
J-e processus
En ce qui concerne
par une
expliqu6
qui est encore tr6s
m6canisme,
mal connu' peut 6tre
de
du grain
adsorb6 d f int6rieur
directe
du substrat
biod6gradation
ou par une biod6gradadans les macropores,
charbon et principalement
Nous pouvons penser'
du substrat.
tion
apres une 6tape de desorption
en produit
dans Ia
qurune diminution
par ailleurs,
de Ia concentration
phase liquide
par biod6gradation.
donn6 de la colonne,
d un niveau
quantit6
de produit,
d'une certaine
conduira
localement
i la d6sorption
jusqu'a
ne
Si aucun param6tre
atteinte
d'r:n nouvel 6tat d'6qui1ibre.
d'oxygEne dissous
la concentration
Limite
Ie d6veloppement bact6rien'
lib5r6
ainsi
va acc6l6rer
Ia biod6gradation
du substrat
en particulier,
d6sorpCette
des produits
biod6gradabl-es.
cle d6sorption
1e processus
par Ia production
de produits
pourrait
favoris6e
tion
6galement
€tre
des ph6nomdnes d'adsorption
de biod6gradation
adsorbables
en raison
comp6titive
"
164
Sctences de Lteau 3, no 2
de
leur €quilibre
ont atteint
d.e charbon actif
Lorsque
Ies colonnes
de f'acide
salicycomroe dans le cas de Ia filtration
fonctionnement,
le ca1cul des rendements de min6ralisamal6ique,
l-ique et de I'acide
salj-donne des valeurs
comprises entre 45 et 50 B avec l'acide
tion
En ce qui concerne
maldique.
et entre 70 et 80 I avec lracide
cylique,
716 et
sont comprises entre
Ies valeuts
d'oxygEne,
les consoumations
salicylique
1,7 mg drO2 par mg c.O.T. 6limin6 dans Ie cas de lracide
6linin6
dans le cas de l'acide
rry dto2 par ng c.o'T'
et entre 0,9 et l,l
mal6ique.
Les colonnes
Ieur 6quilibre
les rendements
pu atteindre
n'ayant
du paranitroph6nol
de filtration
de calculer
il
n'a pas 6t6 possible
de fonctionnement,
de min6ralisation.
saliavec I'acide
sur sable r6alis6es
Les nanipulations
de filtration
de nin6ralisad des rendements
ont conduit
et I'acide
mal6ique
rylique
semlclables
A ceux obserglobales
d'oxyg€ne
tion
et i des consommations
que des rendements
d'6linicomPte tenu du fait
v6s sur charbon actif.
par filtraet en acide salicylique
de 100 * en acide mal6ique
nation
avec un temps de
ont 6t6 obtenus
srir un support
non adsorbant
tion
nous
faible,
extr6mement
de Ia colonne
rdel
contact
5. f int6rieur
entrant
dans la
pouvons dire
que Ia vitesse
du substrat
de r6tention
rapide.
est excessivement
colonne
sur le film
biotogique
5 - cot'tct-usIoNS
(en produit,
en
en c.o.T.,
La comparaison d.es courbes de perc6e
sur du
lors
de la filtration
obtenues
en Oz dissous)
carbone min6ral,
en parallele,
fonctionnant
en grains
dans les colonnes
charbon actif
nous a permis de mieux comprendre
en conditions
st6riles'
dont l'une
de
dans I'6limination
et de Ia bioddgradation
Ie r6le de I'adsorption
sallcylique
lracide
: Ie paranitroph6nol,
compos6s biod6gradables
trois
et 1'acide
mal6ique.
mesur6e A
d'adsorption
la capacit6
Dans 1es conditions
st6riles,
qui peut 6tre dEduite
d celle
partir
des courbes
cle percde est identique
de manipulations
en statique.
d'adsorption
obtenu i partir
de Irisotherme
de la tentr#rature
capacit6
faiblement
en fonction
Bien que cette
varie
(environ
nous avons pu trontrer
1 t par "C pour les compos6s 6tudi6s),
des
qtt'une l6gEre
de I'influent
variation
de temp6ratr:re
Peut entrainer
de I'effluent.
au niveau
de la qualit6
variations
trCs importantes
en
utilis6
Les r6sultats
obtenus
de charbon actif
avec des colonnes
d'adsorbant
que Ie charbon joue un r6le
filtration
biologique
montrent
a
correspondant
phase de fonctionneroent
du filtre
dans une prerni€re
de la biod6AprCs Ie d6narrage
au substrat.
lradaptation
des bact6ries
peut permettre
une bior€g6n€ragradation,
Ie d6veloppement
bact€rien
al6Pendant de
une p€riode
actif
durant
tion
de la colonne
de charbon
de filtration
Ia quantit6
d dliminer
et des conditions
de substrat
(concentration
d'oxygEne
dispoconcentration
en substrat
5 Itentr6e,
nible...).
FiLtrat'ton
sut: cVnrbon aetif
en arairg
Cette phase de biod6gradation
condu-it d. une min6raLisation
importante
(45 a 50 ? dans l-e cas de I'acide
de 1a mati€re
organique
salicylique,
70 a 80 B dans 1e cas de I'acide
ainsi
qu'd des consommamal-6ique),
tions
importantes
droxygdne.
R E F E R E N C EBSI B L I O G R A PI O
HUES
BOURBIGCI M.M., IJTERTTIER R., BENEZETde
biologique
TOULZE M. Traiterent
I'eau potable.
!4esure de I'activite
filtrants.
bact6rienne dans les nilieux
T.S.M,, t9AL, 12, 639-64A.
BRUNET R, Evolution
organique
trpllution
des eau de surface
du tau
d'ozonation
bilj.td
des conlrcsds
rtrdse de 3ene cycle,
1981, 833.
de Ia microchinique
en cows d'ozonation
filLr6es.
Incidence
su
la biod6gradaresiduels.
olganiques
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activity
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carbon filters.
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adsorption
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and bi€ctivity
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fuII
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Poitiers,
DEI'EAU,3 ll9841 167'182
Revuelrangaisedes SGIEilGES
desdrains
ferrique
Lecolmatage
autotrophique
d'oxydation
dedeuxcastypiques
Etude
dufer
hftdrotrophique
etdeprfcipitation
:
of drains
lronclogging
oxidation
of autotrophic
A studyof twotypicalcases
ironprecipitation
andheterotrophic
J . L . G O U Y *L,. L A B R O U E J* *. , P U I G * * *
R 6s u m 6
Deuxcas typiques de colmatage fer^rique ont 6t6 6tudi6s dans
Le pi6mont pyr6n6en. Ltun est survenu A partir d'eau de nappe
riche en fer ferreux rnais pauvre en matidre organique, pan
L ' a c t i o n d e t a b a c t 6 r i e a u t o t r o p h e G a L L i o n e L L af e r T u g i n e a L ' a u t r e r 6 s u L t e d e L a c o n j o n c t i o n d e c o L m a t a g e sm 6 c a n i q u e
( s i I i c a t e s ) , c h i m i q u e ( h y d r o x y d e sf e r r i q u e s ) e t b i o L o g i q u e ,
ce dernier amorcant Le processus gr6ce it Spy'wet:otilus nntans.
Une appLication i La d6tection des risques de cotmatage
ferrique est 6bauch6e.
S u m mray
T w o t y p i c a L c a s e s o f i r o n c L o g g i n go f d r a i n s h a v e b e e n i n v e s t i g a t e d o n p y n e n e a nb o r d e r ^ -O n e o r i g i n a t e d w i t h t h e i n t e r m e d i a r y o f a n a u t o t r o p h b a c t e r i a , G a L L i o n e L L af e t l ' u g i r r c a ' l r o n
Laboratoire d'Ecologie
31062 Toulouse Cedex.
**
VAgAtaIe,
39, al16es
Jufes Guesde,
Centre rJ'Ecologie des Ressources Renouvelables,
lvlarvig, 3'l055 Toulouse Cedex.
* )t,t L e b o r a t o i r e R 6 g i o n a l
3 14 0 0 T o u l o u s e .
de 1'Equipement,
'1,
29,
tue
rue du Colonel
Jeanne-
Roche,
168
a water bed rich in fennousiron but poolin organic matter.
T h e o t h e r r e s u L t e d f r o m t h e c o n j u n c t i o n o f m e c h a n i c a L( s i L i c a t e s ) c h e m i c a L( i r o n o x i d e s ) a n d b i o I o g i c a I c L o g g i n g s , t h e
Later being initiated by SphaerotiLus natans. An apptication
to the forecasting of inon cLoggingrisks is sketched.
I NTRODUCTI ON
et des drains
est
Le colnatage
ferrj-que
des puits,
des canal-isations
seulement depuis
un ph6nomEne connu depuis 1'Antiquit5
; mais c'est
dans
que Ie r61e pr6pond6rant
bact6ries
de certaines
150 ans environ,
pas de
travaux
n'6tablirent
Ie processus
fut d6crit.
Les premiers
distinction
entre 1'oxydation
biologique
du fer et sa pr6cipitation
i des autotrophes,
chimique et les ferrobact6ries
furent
donc assimil6es
tirant
leur 6nergie de I'oxydation
du fer ferreux.
d.e MOLISCH (1892) permirent
Les exp6rie.nces
men6es a la suite
de celles
qui oxydent
: celles
de distinguer,
en fait,
deux groupes de bact6ries
(quelques espBces) et celfes
qui Ie pr6cipi-tent
en
Ie fer ferreux
(un grand nombre de bact6ries
des sols et
d6gradant
le ligand
organigue
des ear:x) ,
ne faut pas n6g1ides bact6ries
dans Ie ph6nom€ne, il
Outre l'action
ger l'oxydation
purement chimique du fer et, dans ce domaine, HEM
(7960, 1961, 1972) apporta r:ne importante
a I'6tude
du
contribution
des eaux ferrugineuses.
et d Lr6volution
comportement du fer en sol-ution
qi
I k.'i
rrr-iarrvA
.^--, ..ous connaissons
assez bien Ie d6roulernent du procesI'appariavec certj.tude
sus, i1 est pratiquement
impossible
de pr6voir
tion
et l-'intensitS
dans un lieu donn6. Les
du colmatage ferrique
L984)
men6s par le CEMAGREF (CESTFE, 7982 ; HOIJOT et aL-,
travaux
a
que Ie probleme n'est
pas sinple
montrent
et que Ies contributions
concernent
deux
travaux
sa solution
sont les bienvenues.
Nos propres
des
cas typiques
observ6s dans le pi5mont pyr6n6en sur Ie territoire
conmunes de CAPVERN (65) et de LESCAR (64) .
1 - l e s I T E D E L A c o M M U NDEE c A p v E R Ni c o L M A T A GpEA R
CaLLioneLLa lewuginea
pr6sente
dans sa partie
d'importants
d6p5ts de gel rouille
Ce drain
terminale
et dans le f o s s 6 d ' 6 v a c u a t i o n .
11 capte les eaux de terrains
en pente,
comprenant
des prairies
et quelques parcelles
des landes,
I'ann6e
et oscille.
entre 4,5 et
cultivees.
Son d5bit
est stable
toute
par minute.
6 litres
169
CoLnatage fernique
1 - 1 A n a l y s ed e l ' e a u
7982 d juin 1983
de Ireau d'octobre
Les r6sul-tats de I'analyse
n'a pas d'odeur,
d
u
d
r
a
i
n
L
'
e
a
u
s
o
r
t
a
n
t
t
a
b
l
e
a
u
1
'
dans Ie
figurent
dont la
n6anmoins, du fer ferreux
pas color6e
mais contient,
n'est
teneur moyenne en un an est de 15 mg 1-r.
a permis
des r6sultats
une analyse statistique
relations
entre les composants :
-
de 1 t,
Au seuil
. le
. le
calcium
et
- Au seuil
et
. l-e fer
, le
-
le
calcium
Enfj-n,
Ies
de 2 z,
potassium
" le
calcium
. le
fer
avec
nous obtenons
et
-
cal-cium
-
fer
-
entre
une relation
:
(R < 0)
(R > 0)
Le sodium
de 5 ? :
avec
le
Ie
les
avec
le
permettent
sodium
- mangan6se -
fer
(R < 0,
-
(R > 0),
de grouper
potassirnn
mangandse
avec
le
(R > 0)
bicarbonate
(R > 0)
(R > 0)
sodium
magn6sium
le
avec
(R > 0),
chlorures
bicarbonate
, Ie magn6sium avec
Ces r6sultats
(R < 0)
nitrates
mangan€se
au seuil
. le
(R > 0)
sulfates
les
sodium et
. I'ammonium
entre
significatif
(R > 0)
l-e magn6sium
et
est
de corr6lation
coefficient
le
certaines
de deterniner
(ler
avec
les
les
cations
groupe)
;
chlorures
en deux
(R > 0) .
groupes
:
(2€me groupe).
en sens oppos6 de celle
en fer varie
que 1a teneur
remarquer
Il faut
ce qui indique
avec Ie bicarbonate,
du Mn et K+, que le fer est corr6l6
sous forme
d sa mobil-isation
de participer
que celui-ci
est susceptible
pas
de Fe (HCO3)2. En ce qui concerne }e pH et Eh, ils ne prSsentent
Ceci peut s'expliquer
de lreau.
avec les solutes
lin6aire
de corr6lation
pas les caracterisne pr6sente
du drain
par 1e fait
que l,eau
sortant
pas en 6quilibre'
ntest
Ie sol et peut-etre
tiques
de l-'eau percolant
le fer au pH et Eh ne sont pas directereliant
th6oriques
Les 6quations
y avait
une
on a pu montrer quril
ici.
Toutefois,
nent applicables
Red/ox et Ie rapport-{Fe3+)
11te2+)
entre 1e potentiel
n6gative
relation
est :
de Fe''
g6n6rale
entre Ie pH, Eh et lractivite
la relation
Eh = Eo -
a log
(r'e2-)
- bplt
ce qui provoque son
de lra6ration,
du fait
Le fer peut disparaitre
Dans une moindre mesu're, iI peut €tre retenu
oxydation
et son d6l6t.
(0,45 p)
sur une metnbrane nilliPore
filtrde
par filtration
: de f'eau
Fe- /Fe'
ne change tr)as, ce
perd environ
8 E de son fer
; le rapport
en 6gale
repr6sente
qui siqnifie
sue Ie fer adsorb6 sur Ies particules
Fe2* et Fe3+.
ouantiie
i
AnaLgse de L'eau du dtain
IabLeau 1
de La uoie ferrde de 1APVERN(septembre 82 d juin
Concentzlations en mg. L-t
29.9.82 24.10.82 14.tt.82
tt.12.82
1 3, 8
13,0
15.1.83
19.2.83 20.3.83
\
BB)
2 4 . 4 . 8 3 1 5. 5 . 8 3
1 2 . 6. 8 3
2 5. 6 . 8 3
(l
(\
G
To
Lqr3
.E;n
Fe2+^f
.te
72,5
1 2, O
1 1, 5
1 1, 0
11,g
l2,O
6,30
6,70
5,90
6,20
o,IU
O r If
6,30
6,15
5,30
6,2O
+65
+68
+64
+65
+70
+72
+70
+68
+70
+60
+90
11,0
9,60
1 1, 7 0
12,o
1 2, 2 O
19,60
t9,2O
1 8, 6 0
1 3, 6 0
14,60
Il,40
7t,60
10,60
72,30
12,5O
12,90
22,O
2 7, O
79,60
15,50
15,10
12,2O
0,59
0,58
0 ,63
0,58
0,48
0,50
0,50
O, 5 2
20,50
zJtZU
27,2
o,46
27
O,52
24,5
25,O
++
Mg
1, 5 8
1r?0
I
I,75
7,7O
2rO
Na'
4r0
5,10
6,50
4,90
4,7O
4rO
K-
O,52
0,50
O,72
0,36
0,34
r rbU
2rO
2,40
o,24
+
NHq
NO;
7 1, 4
6,20
Mn
+.t
73,1
O,77
qc,
o,45
79,2
15,20
1,50
3,4O
3,30
0 ,38
0,50
o,34
0,54
2,5O
J.,)U
?
3,80
2,4O
0,15
0,10
0 ,08
0,05
0,09
95,35
74,'74
64,4O
92,5O
SO;
10,40
tq
n
7 7, O
1 8, 8 0
1 0, 5
c1
1 7, 8 0
Ib,
U
1f, ru
1 5, 2 4
t5 ,7
L O 7, 6 0
tl
r,cf,
HCO;
to2,60
q
105,5
(n
1O2,5
6,25
3,75
12,40
L t I J
8,85
1,30
I , tO
'7
,lO
o
$
(\
h
o
N]
171
Colmatage fercique
du fer
l-e plus sur la solubilitS
qui influent
paramEtres
Les trois
sontlepH,l'Ehetlateneuren02;cetle-ci6tantrelativement
du pH ou
I'action
d'appr6cier
(< 0,5 ma/L), il est difficile
faible
p
a
r
H
EM (1960).
c
a
l
c
u
l
6
e
s
t
h
d
o
r
i
q
u
e
s
c
o
u
r
b
e
s
l
e
s
de I,Eh en utilisant
nous avons
du fer en solution,
pour voir
du plt sur Ie maintien
l'action
I'oxysuivi
d'eau ; nous avons ensuite
6chantillons
plusieurs
acidifi6
1
La figure
roaqn6tique)'
(I'eau
a6r6e par agitation
6tait
du fer
dation
(te pU moyen des sols est de 4,9).
exp6rience
de cette
donne l-e r6sultat
loe
[t"'j
en mgr/titcc
6 , 15
0
Ertolutilon
d'wp
30
60
Figtu'e
de La oitesse
eau natureLLe
S0
12O
7
dtorgdation
en fonction
160
lc.rpt
cn
tnn
du fer
du pH
pendant
est faible
I'oxydation
Nous rernarquons que por:r des pH < 5,5,
pour Ie pH de 4,5 et que, pour des
nulle
voire
1es premiEres heures,
de pH conduira
de 0,1 unit6
une diff6rence
ptt pioches de la neutralit6,
aprds 2 h 30 d'agiAinsi,
tres diff6rentes'
i als v:-tesses d'oxydation
alors qu'd
ferreux,
lg,5 z du fer a 1'6tat
tation
d pH 6,0, il reste
Ie pH
,r'en reste plus que 8,7 z. Dans Ie systEme 6tudi6'
pH 6,15, il
- HCO3 ; il
est d€s
C
O
2
p
a
r
1
'
6
q
u
i
l
i
b
r
e
g
o
u
v
e
r
n
6
p
a
r
t
i
e
g
r
a
n
d
e
e
n
est
(producteurs
de CO2
des nricroorganismes
I'action
de voir
l-ors facile
de I'eau qui provoque un depart
ou de I'agitation
par la respiration)
et les compos6s min6physicochimiques
les facteurs
ie coz. Cependant,
Les compos6s
du fer.
raux ne sont pas 1es seuls d agir sur la solubilit6
(complexation)
et
d
i
r
e
c
t
e
a
c
t
j
o
n
u
n
e
a
u
s
s
i
,
e
u
x
p
r
6
s
e
n
t
e
n
t
,
organiques
ou 5 la
A I'augmentation
conduisant
(d6veloPpement bact6rien)
indirecte
du fer.
de la solubilit6
restriction
172
Sciences de Lteau Z
no2
L'6tude
(2,4 ng/I)
de 1'oxydabilit6
de 1,eau (KMnO+) et Ie dosage du carbone
ont montr6 que 1'eau 6tait
relativement
pauvre en matidre
organique.
Toutefois,
quaritativenent,
res compos6s organiques
peuvent
6tre int6ressants.
Leur analyse
fut men6e en prusieurs
6tapes.
Lr6tape
prSriminaire
consista
a concentrer
ra roatidre
organique
en vue de son
identification
; des 6chantirrons
de 5 Litres
d'eau furent
concentr6s
i lr6tuve
a 60 oC en pr6sence
de compos6s inhibant
Ie d6veloppemenc
p6nicil-1ine,
des microorganismes
(Nystatine,
Kananycine,
Au.r6omycine) .
Afin de poss6der une base de comparai.son, un 6chantilron
d'eau recueilri
sous l-es horizons
A du sol fut pris
en m6me temps que lreau
sortant
du
drain
en contrebas
(l'aspect
quantitatif
n'a pas 6te retenu car l-reau
du drain a une origine
plus vaste que cerle
de l'horizon
6tudi6).
Les
analyses
portdrent
sur quatre
groupes de compos6s : Ies sucres,
les
acides amin6s, les acides organiques
et les compos6s ph6noliques
:
-
Les sucres ne furent
indique
qu'ils
sont
pas d6tect6s
ilans les
rapidement
assimj_16s.
deux
ce qur
6chantillons,
L'analyse
des acides aminEs montra qu'au sortir
de I,horizon
A, on
crouve une large
gaurne repr6sentant
res acides
arnin6s res plus conmuns,
avec, par exemple, Irhydroxyproline
(Hyp) sp6cifique
de la matidre
v6g6tale.
Par contre,
a La sortie
du drain,
nous trouvons
un m6lange
appauvri
quantitativement
et qualitativement.
on remarque r'importance
des acides
amin6s soufr6s
et surtout
de la cystathionine
qui repr6sente
en 1]moles 74,4 z des acides amin6s ; r'abondance
de l-a cvstathionine
nrest pas expliqu6e.
Au niveau des acides organiques,
nous n'avons montr6 l,existence
que
d'un conpos6 en quantit6
d6tectable
des acides organiques
; en effet,
conmuns comme 1'acide
citrique
doj_vent 6tre rapidement
m6ta.bolis6s,
de
telle
sorte que res compos6s pr6sents
doivent
6tre plus difficirement
(longue chaine carbon6e,
utilisables
cycle benz6nique...).
Une chromatographie
pr6liminaire
sur papier
montra que I'acide
organique
d6cel6
migrait
trCs peu dans 1es.2 dimensions.
Son analyse par H.p.L.C.
permit
de voir
que il on 6tait
en pr6sence
du m6me compos6 dans le sol et dans
le drain et qu'il
ne corresFondait
pas exactement i I'aci.de
tannique
t6moin"
on remarqua que ce compos6 sortait
tr6s
t6t de ra col-onne de
H,P.L,C,
et devait
donc possdder une acidit6
assez forte
et/ou porter
plusieurs
groupements
hydroxyles
.
Afin
de savoir
si ce composS 6tait
de nature
aromatique,
nous avons
trait6
les 2 6chantillons
au moyen d'un analyseur
de compos6s ph6no- d6tection
(H.P.L.C.
liques
i 280 nm) . Au cours de cette
analyse,
nous
n'avons nis en 6vidence qu'un seul compos6 dans re sol et dans re drainCe compos6 sembl-e correspondre
d de 1'acide
gallique,
ce qui nrest pas
6tonnant,
ce dernier
provenant
de ta d6gradation
des lignines
; ce
r6sultat
corrobore
celui
des acides organiques
car 1'acide
garlique
pr6sente
3 groupements
hydroxyles.
II est toutefois
curieux
de ne pas
observer
davantage
de compos6s ph6noliques
issus
de la lignine.
La
phase de concentration,
bien que abiotique,
en est peut-€tre
responsable.
Lranaryse
des compos6s organiques
tiellement
deux choses :
- la matidre
h6t6rotrophes
organique
pouvant
est principalement
de I'eau
de drainage
montre
essen-
servir
d'irliment
aux microorganismes
constituEe
d'acides
amin6s ;
Colnatage
173
fenn'ique
- cette
ne peut pas jouer
compte tenu de sa quantit6,
organique,
nntiEre
Cependant,
du fer en solution.
de r61e fondamental
dans Ie transport
(acides
amin6s soufr6s,
6tant
des compos6s rencontr6s
donn6 la nature
peuvent partiil
acide gallique),
est permis de penser que ces solut6s
ciper
d Ia r6duction
du fer.
I-2
ils
A n a l y s ec h i m i q u ed e " l ' o c h r e "
Les s6diments
ont 6t6 prdlev6s
suivante
ont Ia composition
Nous pouvons
-
Ia
teneur
faire
les
en silice
est
d.ans la
(tableau
remarques
faible
partie
2).
suivantes
terminale
du drain
:
;
- la teneur
importante,
ce qui est normal
en fer est tres
(TATNALL, 1981), et celle-ci
nella
est proche des teneurs
relev6es
: 65,9 E (PErERSEl.f, 1966) ,
dans la littdrature
-
Irabsence
de calcium
et
;
nagn6siun
avec GaLLiomaximales
,
-
que le rnilieu
Ie c/N bas confirme
est pauvre en compos6s
I'id6e
(c,/N 6lev6e)
r6sultant
des plantes
de 1a d6gradation
r ce rapport
proche de celui
des cellules
bact6riennes.
de la composition
Arnlyse
Tableau 2
ehinrLque du ddp6t du drain
de CAPWRN
SiOz
76,5 4
Kzo
0,5 t
FezO3
59,6 t
Na20
O,2 z
AI 2(J3
3,4 z
oHz
cao
15
r
1,98 t
FeO
TiO2
est
Or2 z
N
c/N
o,17 z
I I ,o
ugo
1 - 3 A n a l y s em ' i c r o b i o l o g i q udee " l ' o c h r e
(dosage de la natiEre
pr6c6dents
orgaTenant compte des r6sultats
nique),
nous pensons rencontrer
une dominance de germes autotrophes
t
ont 6t6 identifiees
et leur
quelques
h6t6rotrophes
cependant,
bact6ries
r6le a 6t6 appr6ci6,
174
Seiences de L'eau S, no 2
. Les bact6ries
h6t6rotrophes
furent
isol6es
Elles
du drain,
Deux milieux
a partir
ont 6t6
des s6diments de la partie
pour leur culture
utilis6s
- un milieu
au citrate-ferrique-ammoniacal
-
au glucose-peptone
un milieu
m.tans.
utilis6
terminale
:
(CLARK, SCOTT et
lors
de Ia
culture
BoNE, 1966)
i
de Sphaerotilus
En ce qui concerne Ie milieu
on ne peut I'util-iser'
au citrate
de fer,
pour isoler
plusieurs
des bact6ries
corxle Ie pr6conisaient
auter.Es,
conduit
au d6p6t
oxydant Ie fer car toute bact6rie
le citrate
utilisant
liquide,
du fer sur les cellules
En culture
ou au sein de Ia colonie,
jaune-brun
i1
Ie milieu
est de couleur
et en f'absence
de bact6ries,
- citrate
nty a pas pr6cipitation
du fer car Ie complexe fer ferrique
est stable,
En pr6sence de bactdries,
du fer et
iI y a coprEcipitation
de celles-ci
et le surnageant
devient
brun et limpide.
6tudi6e,
Ie grand
Nous avons not6, parmi l-a population
microbienne
nombre de bact6ries
et Ira-bsence de bact6ries
chromogdnes gram n6gatif
gram positif.
sporul6es
est compr6hensible
L'absence
de gram positif
car ces bact6ries
reldchent
dans le milieu
une grande proportion
de
leurs
enzymes extra-cellulaires
lorsque
Ia
et sont donc avantag6es
population
(le produit
est dense et Ia concentration
en substrat
6lev6e
de di-gestion
pour toutes
des enzymes est alors
les cel-fufes)
dj-sponible
Par contre,
gram n6gatif
les bact6ries
sont mieux adapt6es i la vie
dans un environnement
pauvre
retiennent
leurs
enzymes
car Ies cellul-es
d6gradatives
et, par cons6quent,
est imm6Ie produit
de Ia digestion
(COSTERTON, INGAM
dj.atement transport6
d I'int6rieur
de l-a bacterie
et CHENG, 1974) -
.
(systdme API) 6taient
gram n6gatif
Les bact6ries
des
identifi6es
espdces psychrophiles
et des psychrostrictes
comme les FLatsobacterium
philes
pfus de
facultatives
comme l.es Pseudomonas q:ui repr6sentaient
80 t des colonies
genres identifi6s,
on
bact6riennes,
Parmi les autres
peut citer
et Acinetobacter,.
CLnomobaeter-iwn
{6p" tstoLaceun)
Quelques
pas 6t6 identifi6es
gram nSgatif
souches n'ont
en batonnet
: bact6ries
ou p6doncul6es.
A partir
lrinfluence
des genres isol6s,
nous avons essayd de montrer
(Dans Ie drain,
qu'ils
pourraient
ils
avoir
ne
sur Ie ddp6t du fer.
jouent
qu'un faible
r61e compte tenu de leur
concentration
et parce que
le fer circule
sous forme ionique) - L'exp6rience
fut men6e avec 5 souches
d.e Pseudomonas,
lne souche d,e Cy'vomobacterium,
une de FLauobactez,iwn
et une d'Acinetobacter.
cultiv6es
furent
dans un nr-ilieu
ces bact6ries
(glucose-peptone)
liquide
pendant 24 heures
ensuite
furent
; elles
centrifug6es
et 1av6es 3 fois
st6rile
d l'eau
distilf6e
; chaque suspension fut di1u6e avec de 1'eau distill6e
une absorbance
afin d'obtenir
de 0,40 d 540 nm, puis fut m6lang6e, volume i volume, A de l'eau
sortant
du drain,
Lroxydation
du fer fut suivie
en comparaison avec un t6moin
que la vitesse
sans bact6rie
du fer
d'oxydation
i nous avons constat6
(la respiration
6tait
noindre
en pr6sence
endogdne consomme
de bact6ries
de I'oxygdne)
mais qu'd la fin de I'exp6rience,
soit au bout de 4 heures,
Ia pr6cipitation
plus compl6te6tait
du fer 6tait
Le surnageant
limpide,
ce qui signifiait
qu'il
y avait
du fer et des bact6eu copr6cipitation
ries,
entre Ies germes
On nota,de
r€me, qu'i]
n'y avai-t pas de diff6rence
peut 6tre indirecte
bact6riens
test6s.
z GaLLioneLLa
Cependant,
I'action
se d6veloppe
nier:x en pr€sence
de Pseudpmol?4s (HANERT, 1968).
175
CoLmatage ferrique
autotrophes
. Les bact6ries
il
nous
physicochimiques
du milieu,
Compte tenu des caract6ristiques
devait
€tre en majoque le fer oxydd et pr6cipitd
. p.r., vraisemblable
Rappelons que Ies microdu fer.
autotrophes
de bact6ries
rit6
Ie fait
une
et r6cupBrent
en fer ferrique
organismes
oxydent
Ie fer ferreux
pour r6duire
Ie COz. La mj-se
oxydation
partie
de cette
de l'6nergie
par 1'exp6rience
suivante
:
fut faite
en 6vid.ence d.e ces bact6rj-es
sortant
du drain
avec de l'eau
remplis
;
furent
de flacons
Deux s6ries
i fa concentration
de
du Thiomersaf
on ajouta
s6rie,
dans 1a premidre
du fer dans les deux
quotidiennement
I'oxydation
O,O1 %. On suivit
2. En pr6sence de Thiomersal,
Ie rdsuftat
s6ries,
est donn6 dans Ia figure
au
pr6sent
dans I'eau,
de I'oxygdne
et r6sulte
I'oxydation
est faible
dans
Par contre,
dds Ie 4dme jour.
oxydation
s'arrete
d6part
; cette
(on peut
continue
cette oxydation
sans Thiomersal,
la s6rie
de flacons
du fer et Ie d6but
entre fa courbe d'oxydation
remarquer Ia sirnilitude
.
bact6rienne)
de croissance
d'une courbe th6orique
["J
." ^di
.thiomersal
7
tempr cn.;orf
M[se
2
Frgwe
bzologique
d'e Ltorydntion
en 1uidence
du fer dnns une eau natwelLe
nous avons recherchS principalement
de ce r6sultat,
A partir
symbioticum
Metallogenium
espdces
z ThiobacilLus
ferroridans,
Ga.LLioneLL a ferruginea.
trois
et
- La recherche
en ensement[t
entreprise
de Thiobacillus
ferroridans
de SILVERMAN et LUNDGRIN (1957). L'incuba9 K Iiquide
eant le milieu
nous avons recherchd
tous Ies deux jours,
iion
dura une semaine,
par 6talement
(microscopie)
et indirect
par examen direct
Thiobacillus
par de I'agar
solidifi6
sur Ie m6n:e milieu
de culture
du bouillon
Ia pr6sence de la bact6rie
(t,2 %). cependant, nous n'avons pu r6v6ler
dans I'eau du drain.
176
Sciences
de L'eau
S, no 2
- La d6tection
de MetallogeniLtm
fut entreprise
i 1'aide
du nririeu de
culture
6tabl-i par WALSH et MITCHELL (1912). Ces auteurs
rapporcenr
qu'au cours de ra croissance,
ir apparait
un precipit6
rouirfe
froculant
au sein duquel se d6veloppe le microorganisme.
Dans ce milieu,
adr6 par agitation
magn6tique,
nous avons observ6 Ie m6me ph6nomdne ;
toutefois,
Ie m6me mifieu
pr6sentait
st6rlfe
aussi ce ph6nom6ne au bout
de 24 heures ; de prus, r'6tar-ement du pr6cipit6
roui]re
ne conduisit
qu'au d6veloppement
d'un champignon. L'examen microscopique
ne puE
mettre en 6vidence Metallogeniuln
en association
avec ce champiqnon.
- La pr6sence de GaLLioneLLa
fut observ6e directement
par examen
rnicroscopiqu€
; en effet,
]es filaments
torsad.6s sont suffisa[unenE
caract6ristiques
pour permettre
t'identification
de r,organisme
dans
des d6p6ts (photo 1). De m6me, nous avons obtenu.le
d6veloppement
de Ia
bact6rie
sur.Ie
propos6 par KUCERA et WOLFE (1959) ; Ie micro_
milieu
organlsme isol6
correspond
i GaLLioneLLa ferruginea.
on ddnombra ra
bact6rie
par extinction
en utilisant
sa propri6t6
de r6duire
res nitrates
(cOUy et aL.,
en nitrites
I9B3) i I'aide
de dilutions
et d'ensemencement dans Ie milieu
de KUCERA et WOLFE + nitrates
(50 nq,/f) . on trouva
un nornbre de 4,5 1Oq germes par ml, ce qui est important,
surtout
si
f'on considdre qu'iL s'agit
d'une bact6rie fix6e.
t\
, 5u ,
Photo 1
Gallionella
ferruginea z aspect toz,sadd tgpique
(nricroscopie optique X 2400).
176
Sciences de Lteau 3
no2
- La d6tection
de MetaLLogerium
fut entreprise
i rraide
du mirieu
de
culture
par WALSH et MITCHELL (L972). Ces auteurs
6tabli
rapportent
qu'au cours de la croissance,
il
apparait
un pr6cipit6
rouille
floculant
au sein duquel se d6veloppe Ie microorganisme.
Dans ce miLieu,
a6r6 par agj-tation
magn6tique,
nous avons observ6
le m6me ph6nom6ne ;
toutefois,
1e m€me nil-ieu
st6rire
pr6sentait
aussi ce ph6nomdne au bout
de 24 heures ; de plus,
r'6talenent
du pr6cipit6
rouirle
ne conduisit
qu'au d6veloppement
d'un champignon.
Lrexamen rricroscopique
ne puE
mettre
en 6vidence
MetaLLogeniLtrm en association
avec ce champignon.
- La pr6sence
de GaLLioneLLa
fut observ6e
directement
par examen
mi-croscopique
i en effet,
les fil-aments
torsad6s
sont suffisaronent
caract6ristiques
pour permettre
I'identification
de ilorgani-sme
d.ans
des d6pOts (photo
1). pe m6me, nous avons obtenu l_e d6veloppement
de La
bact6rie
sur le milieu
propos6 par KUCERA et WOLFE (1959) ; Ie micro_
organisme
isol-6 correspond
d GaLLioneLLa fez.ruginea.
on d6nombra ra
bact6rie
par extinction
en util-isant
sa propri6t6
de r6duire
les nitrates
(couy et aL.,
en nitrites
7gg3) a yaide
de dilutions
et d'ensemencement dans le milieu
de KUCEIiA et WoLFE + nitrates
(50 ng,/l).
On trouva
un noilbre de 4,5 10'germes
par mI, ce qui est inportant,
surtout
si
I'on considdre qu,il
s'agit
d,une bact6rie
fix6e.
R.
PLDto 1
Gallionel-Ia ferruginea
z a.spect toz,sadd typique
(nricroseopie optique X 2400).
i.3;p,:*lre
Colmatage fert+que
I
177
- LE SITE DE LA
C O M M U NDEE L E S C A Ri C O L M A T A GPEA R
Sphaerotzlus natans
Lt6tude
de ce co.rmatage a 6t6 faite
a post.eriori
car nous n'avons
pu nous rendre sur fe si-te quraprds
ra r6fection
du r6seau de drainage
(pose d'un nouveau drain et chaulage des terrains).
Toutefois,
I'ancien
drain 6tant rest6
en place,
nous avons pu faire
queLques obser.vations
:
Les terrains
draines
qui se sont d6velopp6s
goutti6re.
correspondent
d Ia faveur
Les eaux d'al-imentation
du drain
MTNDEL oD ell-es se chargent
en fer
en m6me temps qu'efles
s,acidifient,
matidre
organique
favorisant
ainsi
a une zone de marais
tourbescents
d'une position
topographique
en
c.ircurent
dans des arLuvions
du
; au niveau de fa zone tourbeuse,
Ies eaux solubiLisent
de Ia
fa prorif6ration
de microorganrsmes
-
En ce qui concerne le drain
(plastigue,
anne16, diamdtre
100 mm, pos6
entre B0 et lOO cm de profondeur),
nous avons constat6
qu'il
6tait
(son fonctionnement
colmat6
6tait
d6fectueux
un mois apr6s ta pose;.
Ext6rieurement,
i1 ne pr6sentait
pas de d6p,5t ferrique
; int6rieurement,
ir 6tait
tapisse
par un geL bact6rien
branchatre.
Dans sa partie
terminafe'
fe ger devenait
(sous la couche roui-lle
rouirl-e
en surface
persistait
(photo 2) . Les pores du drain pr6senune couche blanchatre)
taient
de petites
excroissances
(ces excrorssances
d'oxydes
ferriques
entouraient
les pores,
mais ne fes bouchaient
pas) . La partie
terml__
nale du drain et le foss6 d'6vacuation
pr6sentaient
d'importants
d6p6ts
rouilles.
Le drain ne coulant
pratiquement
plus,
if ne nous a pas 6t6
permis de faire
une analyse comprate de I'eau,
mais nous avons pu mesurerrson
pH : 6,05 ; son potentiel
Red,/Ox | + 7O mv et sa teneur en
Fe''
z 6,2 mg/I.
Un sondage, dans 1es terrains
avoj_sinants,
pour
ouuev:tu,z,edans Le d.rai.n de LEs:Jfltk:,ttalt
Les diffdrents
types d.e ddp4ts
CoLmatage ferr.ique
177
AR
2 - t E s r r E D E L A C o M M U NDEE L E S C A R: C o L M A T A GpE
Sphaez,otilus
natans
L'6tude
de ce colmatage a 6t6 faj_te a posteriori
car nous n,avons
pu nous rendre sur le site quraprds
1a r6fection
d.u r6seau de drainage
(pose d'un nouveau drain et chaulage des terrains).
Toutefois,
lrancien
drain
6tant
rest6
en p1ace,
Les terrains
drain6s
qui se sont d6velopp6s
gouttiere.
nous avons
pu faire
quelques
observations
:
correspond.ent
a une zone de marais tourbescents
i fa faveur d'une position
topographique
en
Les eaux d'al-imentation
du drain
MINDEL oi elles
se chargent
en fer
en m6me temps qu'ell-es
s'acidifient,
matiEre organique
favorisant
ainsi
circul-ent
dans des alluvions
du
; au niveau de Ia zone tourbeuse,
fes eaux solubifisent
de Ia
la prolif6ration
de microorganrsmes.
(plastique,
En ce qui concerne le drain
annel6,
diamdtre
100 mm, pos6
entre 80 et 100 cm de profondeur),
nous av_ons constat6
qu'il
6tait
(son fonctionnement
colmat6
6tait
d6fectueux
un moj_s apr6s Ia pose).
Ext6rieurement,
il- ne pr6sentait
pas de d6p,5t ferrique
; int6rieurement,
il
6tait
tapiss6
par un ger bact6rien
bfanchdtre.
Dans sa partie
terminale,
Le gel devenait
(sous la couche rouille
rouille
en surface
persistait
(photo 2), l,es pores d.u drain pr6senune couche blanchdtre)
taient
de petites
(ces excroissances
excroissances
d'oxydes
ferriques
entouraient
les pores,
mais ne Ies bouchaient
pas). La partie
terminaLe du drain et Ie foss6 d'6vacuation
pr6senta.j-ent d'importants
d6p6ts
rouilles.
Le drain
pratiquement
ne coulant
plus,
iI ne nous a pas 6t6
permis de faire
une analyse complEte de I'eau,
maj-s nous avons pu mesu-70
rerrson
pH : 6,05 i son potentiel
Red/Ox z +
mv et sa teneur en
Fe''
z 6,2 mg/I. Un sondage, dans l-es terrains
avoisinants,
pour
.-
-a.--r
irxt.i,
)uuertuv'e
dans Le fu'ain
Photo 2
de LESCAR montrdnt
-,r:.n-
Les diffdrents
tapes de dep|ts
178
contenu dans
de mesurer fe fer ferrer:x
atteindre
1a nappe, a permis
cette
derniere
; nous avons trouv6 une teneur de 18 mg/I. Certaines
otl I'on
des flaques
gorg6es d'eau pr6sentaient
parties
du terrain
rouilles,
d6veloppement de gels bact6riens
Ie fort
pouvait
apercevoir
filamenteuses.
compos6s de bact6ries
(tableau
3)
colmat6
du drain
i f int6rieur
du d6p6t pr6lev6
L'analyse
s
i
t
e
d
e
I
e
%
d
a
n
s
(
5
0
%
c
o
n
t
r
e
1
6
,
5
d
e
f
a
s
i
l
i
c
e
montre I'importance
11,4
C,/N (21,5 contre
CAPVERN). On remarquera f irnportance du rapport
organique
de Ia matiare
a CAPVERN) qui montre qu'une grande partie
provient
de la tourbe.
dans ce cas' trois
existe,
permettent
de penser qu'il
Ces r6sultats
(gels bact6riens)
' un
: un colmatage biologique
types de colmatages
(oxydes de fer).
et un cofmatage chimique
colmatage m6canique (silice)
Analgse
SiO2
Fe203
A1 zOs
Tableau 3
chinn'que du ddp6t du drain
50?
10
,
AQ
de LESCAR
Kzo
1,0 %
NOzO
O,5 %
OII z
ro,4 z
4,73 e"
tseu
TiOz
0,6 z
CaO
0,6 e;
Mgo
0,3 %
N
c,/N
0,22 %
2r,5
%
dans cette
faut,
il
En ce qui concerne le r6le des microorganismes,
qui
les h6t6rotrophes
incriminer
en matiCre organique,
zone riche
organique,
fa matiere
d6gradent
: ils
d'une manidre indirecte
agissent
et pr6cipite
chimiquement
s'oxyde
Ie fer 1i6 ; celui-ci
ce qui libEre
a
m
o
n
t
r
6 l'existence
m
i
c
r
o
b
i
o
l
o
g
i
q
u
e
g
e
l
s
L
,
a
n
a
l
y
s
e
b
a
c
t
6
r
i
e
n
s
.
l
e
s
sur
des bact6riel
comme des PseudOmonAs, maj-s surtout
d.e nomlf,reuses bact6ries
(celles-ci
sont
(photo 3) appartenant
au genxe sphaerotilus
engain6es
du drain) '
a f int6rieur
des gels blanch6tres
responsables
nous pouvons 6noncer la s6quence de colmade ces analyses,
A partir
emball6es
filamenteuses
des bact6ries
; le developpement
tage suivante
organique
d6grad.ans leur
capsule
forme le gel bactdrien
t Ia matiere
sroxyde
le fer ch6lat6
; celui-ci
d5e, Ies rn-icroorganismes libdrent
des particules
du 9e1. De plus,
d Ia surface
et pr6cipite
chiniquement
bact6rienne.
p
i
6
g
e
r
I
a
m
a
t
r
i
c
e
d
a
n
s
s
e
v
i
e
n
n
e
n
t
entrain6es
min6rales
oxyd6e
i une couche superficielle
au sein des d6p6ts,
ainsi,
on aboutit
blanchatre,
(au contact
du drain)
(rouill_e)
et d une couche profonde
r6duite,
riche
en partj-cules
mindrales.
CoLmatage ferrique
179
Photo 3
Sphaerotilus
natans z bactdrie filamenteuse
engainde
(nrict:oscopie 1lectroniqu,e X 5550) .
J - c o r u r n I B U T ID
0N
E N o r R EE r u o eA U D I A G N o s r tDc Uc o L M A T A G E
FERR
IOUE
Avant drimplanter
un r6seau de drainage,
il- est recommand6 d'effectuer diverses
6tudes et analyses afin
de d6terminer
si Ie risque
de
colmatage
peut commencer par un examen de
ferrique
existeLe travail
g6ologique,
la carte
permettant
le type de formation
qui
de connaitre
donne naissance
aux sofs - La roche m6re est un facteur
qui,
dans de
nombreux cas, peut supplanter
Ie r6l-e jou6 par Ie sol et Ia v6g6tation.
prds du site
Ainsi,
de CAPVERN, au contact
entre Ia formation
Pontico(alluvions
PliocEne
argilo-sableuses)
et la formation
sup6rieure
de
L A N N E M E Z A N( a l l u v i o n s
quaternaires
riches
en argiles),
on constate
la
disparition
du fer ferreux
en solution
dans les eaux issues de l-a
formation
Pontico-Pliocdne.
Nous notons que la diff6rence
de composition des eaux ne tient
ni aux sofs (sols bruns acides dans l-es deux
(qui est acidophile),
cas), ni d Ia v6g6tation
ni i Ia topographie
(Ia pente ne change pas quand on passe d'une formation
d lrautre),
ni
aux pH (qui sont inf6rieurs
i 6 dans les deux cas) ,
pas minirniser
II ne faut toutefois
f influence
des sols et de fa
(fer autochtone).
v6g6tation
dans Ie colmatage ferrique
Aussi,
une
analyse p6dologique
apportera-t-elIe
classique
des informations
int6quant a 1a richesse
ressantes
en argile
du sol,
son acidit6,
son
organique
hydromorphie,
sa teneur en matiere
et sa teneur en fer.
Colmatage fez,r.iqu.e
Photo 3
Sphaerotilus
natans z bactdz,ie filamenteuse
(mzcroscopt,e dleetronique
X 5550).
179
engainAe
J - c o r u r R I B U T ID
0E
NN o r R EE r u o EA U D I A G N o s r tDc U c o L M A T A G E
FERR
IOUE
Avant d'implanter
un rdseau de drainagre, if est recommand6 d'effectuer diverses
6tudes et analyses afin
de d6terminer
si Ie risque
de
colmatage
ferrique
existe,
Le travail
peut connencer
par un examen de
g6ologique,
l-a carte
permettant
de connaitre
Ie type de formation
qui
donne naissance
au)< sols " La roctre mere est un facteur
qui,
dans de
nombreux cas, peut supplanter
Ie r61e jou6 par Ie sol et la v6g6tation.
Ainsi,
prEs du site
ponticode CAPVERN, au contact
entre la formation
Pl-iocdne (alluvions
argilo-sableuses)
et Ia formation
sup6rieure
d.e
L A N N E M E Z A N( a l l u v i o n s
quaternai-res
riches
en argiles),
on c6nstate
Ia
disparition
du fer ferreux
en solution
dans l_es eaux issues de Ia
formation
Pontico-Pliocdne.
Nous notons que Ia diff6rence
de composition des eaux ne tient
(sols bruns acides dans les deux
ni aux sols
(qui est acidophile),
cas),
ni d Ia v6g6tation
ni i la topographie
(la pente ne change pas quand on passe d'une formation
i f'autre),
ni
aux pH (qui sont inf6rieurs
d 6 dans les deux cas).
11 ne faut toutefois
pas minlmiser
I'influence
des sols et de l-a
(fer autochtone).
v6g6tation
dans Ie colmatage ferrique
Aussi,
une
analyse
p6dologique
classique
apportera-t-etle
des informations
int6ressantes
quant a Ia rj-chesse-en
argile
du sol,
son acidit6,
son
hydromorphie,
sa teneur
en matidre
organique
et sa teneur
en fer.
180
Sciences deL'eau 3, no 2
quand on
un int6r€t
pr6sente,
aussi,
elle
naturelle
La v6g6tation
et
dans Ia r6duction
le r6le jou6 par les compos6s organiques
connait
(acide
aliphatiques
Ie transport
du fer et par les acides organiques
son
h6t6rotrophes
des bact6ries
; de plus,
citrique)
dans Ia nutrition
l-e degr6 d'hydromorphie
permet de connaitre
irun6diatement
observation
.
hydromorphes)
de mitieux
caract6ristique
des sol-s (v6g6tation
par des observations
donn6es peuvent 6tre enrichies
Ces premieres
de
ayant pour but la mise en 6vidence dans Ies foss6s ou les flaques
marqu6es dues
g6latineux
et d'irisations
produits
rouilles
d'aspect
(KUNIZE, l9l9).
activit6
ar:x voiles
signes d'une importante
bact6riens,
organique,
matidre
Enfin,
I'analyse
de I'eau
de Ia nappe (teneur en Fe'-,
obtenus pr6c6demment, d'6tablir
pli, Eh) permettra,
avec les r6sultats
sur Ie risque
de colmatage ferrique.
un diagnostic
A la suite
nous pouvons
de 1'6tude
dire qu'il
que nous avons men6e a CAPVERN et
situations
trois
en fait,
existe,
a LESCAR,
principales
:
-
et oi
de fer ferreux
les zones calcaires
orf les eaux sont d6pourvues
le rj-sque
Toutefois,
les risques
de colmatage sont extr6mement faibles.
possible
de Ia formation
pas nul,
n'est
compte tenu de 1'h6t6rog6n6it6
r6ducsuperficiel
qui peut former un horizon
et de Ia matiEre
organique
ter:r (fer autochtone)
;
- Ies zones non calcaires
mais
du fer ferreux
of Ies eaux contiennent
mais passe,
peu de matiBre organique.
de cofmatage existe
Le: risque
comme
autotrophes
par Ie d6veloppement
de bact6ries
semble-t-il,
GaLLioneLLa (exemple : drain de CAPVERN). Dans ce cas, nous pouvons
suivante
:
6noncer Ia s6quence de colmatage
est oxyd6 en partie
dans Ie d-rain, le fer ferreux
Quand I'eau p6ndtre
biologiguement
et en partie
atmosph6rique
ch.imiquement par 1'oxygEne
d'un sol d'hydroformation
par 1es bact6ries
I1 y a alors
autotrophes.
iI y
bact6riens,
ions et de'corps
et en pr6sence d'autres
xyde ferrique
poss6dant une
ferrique,
L'hydroxyde
a floculation
et pr6cipitation.
(IVARSoN et So'JAK, L978), va se cohbjrer
importante
capacit6
d'6change
avec divers
cations
et anions de l-'eau. Le ge} form6 pi6gera par l-a
rln
alors
et deviendra
suite
des particules
min6rales
et organiques
h6t6rotrophes
de bact6ries
i on
favorable
au d6veloppement
substrat
et
rouille
5 "I'ochre"
: s6diment de couleur
aboutira
finalement
de
est int6ressant
il
g6latineux.
d'aspect
Dans ce type de situatj-on,
oxydant
connaitre
Ia teneur en fer de I'eau et Ie nonlcre de bactdries
du
et I'anplitude
fa vitesse
1e fer f,erreux afin
de pouvoir
estimer
colmatage
ferrique
;
- Ies zones non calcaires
et en
en fer ferreux
d Ia fois riches
(Spha.erotilus)
(LESCAR) ori les bact6ries
h6t6rotrophes
matiere
organique
6tant
de plus favoris6e
peuvent
fixation
Ieur
directement,
se d6velopper
et
par la forme annef6e du drain.
Ici,
Ie colmatage est trCs rapide'
d ce type
ne faut pas renoncer
d,ans ce cas, on peut se demander s'il
dans
a montrE son efficacitS
Le chaul-age de Ia tranch6e
de drainage.
Pour
de l'effet.
la long6vit6
I'imm6diat,
mais il- reste a observer
de CAPVERN'
autoroutier
sur le site
nous avons constat6,
notre part,
de la bact6rie
pas 1a croissance
que I'usage
de chaux n'emp6chait
de g6otexdu fil-tre
d'une partie
responsable
du colmatage
Sidez'ococcus
tile
entourant
le
drain.
Colnatage
ferz,ique
.16 I
C O N C L UI S
ON
nroilt
6tudi6s
en conmun que Ia
ferrique
Les deux cas de colmatage
Crest lA un facteur
essentiel
richesse
des eaux drain6es.
en fer ferreux
par
6l-imin6 de mani€re d6finitive
ne peut 6tre
car Ie fer allochtone
L'absence
de matiEre orgatel le chaulage.
des m6ttrodes ponctuelles,
en raison
des possidu colmatage
nique 6nerg6tique
ne met pas d I'abri
autotrophe
C'aLLioneLLa
de colonisation
remontante
de la bact6rie
bilit6s
pr6pare
i un cohnatage
le terrain
m6cacelle-ci
En outre,
ferrugineaet une
a une anpleur
h6t6rotrophique.
Ce dernier
nique ou biologique
(le drain
plus au bout
vitesse
bien sup6rieures
de LESCAR ne coulait
et
d'un nois).
et abondantes de fer ferreux
Les pr6sences simultan6es
sans doute le cas otf I'on
de matiEre
dans I'eau
caracterisent
organique
(CESTRE, 1982).
peut s'interr6ger
de la pose de drains
sur l'opportunit6
REMERCI EMENTS
au
C.N.R.S.
Nous remercions
Monsieur G6rard ABRAVANEL, Ing6nieur
pour son aide pr6cieuse
lors
de
Laboratoire
de Physiologie
v6g6tale
biochimiques.
Ia r6alisation
des analyses
182
R E F E R E N C EBSI B L I O G R A PIHQ U E S
CESTRE T. A prolFs des noyens d'action
des r6seaw
contre Ie colEaLage ferrique
agricole.
Cqnag?ef, L9A2,
de drainage
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RevuelrangaisedesSGtEilcES
DE|_'EAU,3
(t9S4l tBg-t96
ApportdePGB
dansle Ldman
lPolychlorobiphdnylesl
parleseaux
us6es
collectEes
surla rivefrangaise
decelac
Etude
auniveau
delastation
d'dpuration
deThonon
PCBdischarge
in lakeGeneva
fromtreated
waste-waters
plantof Thonon
Studyof thewatertreatment
G" MONOD*
R6sum6
Nous avons mis en 6vidence un apport non n6gtigeabLe de pCB
d a n s L a D r a n s e , a f f l u e n t d u L 6 m a n ,p a r t e s e f f i u e n t s d e t a
s t a t i o n d ' 6 p u r a t i o n d e T H O N 0 NL. a q u a n t i t e d e r 6 s i d u s a i n s i
d 6 v e r s 6 e d a n s L t e n v i r o n n e m e n tn e c o r r e s p o n d q u ' i u n e p a r t i e o e
c e t t e v 6 h . i c u L 6 ep a r I e s e a u x u s 6 e s p € n 6 i r a n t d a n s L a s t a t i o n .
L ' a u t n e p a r t i e e s t c o n c e n t n 6 ed a n s L e s b o u e s r 6 s i d u e L t e s d e
m 6 m eq u e d ' a u t r e s m i c r o p o t [ u a n t s t e I s q u e d e s m d t a u x t o u r d s .
Les teneurs rencontr6es sont reLativement 6tev6es.
L ' 6 v e n t u e t L e u t i L i s a t i o n d e s b o u e s c o m m ee n g n a i s a g r i c o L e d o . i t
6tre envisag6e avec prudence.
L r a p p o r t d e P C Bd a n s L e m i L i e u n a t u r e l s e p o u r s u i t d o n c m a L g r 6
La l-69istation en vigueur concernant Leur emptoi et Ieur r6iup6rat ion,
S u m mray
Weobserved a considerable discharge of pCBinto the Dranse
r i v e n w i c h e m p t i e s i n t o L a k e G e n e v a ,d e s p i t e p u r i f i c a t i o n o f
w a s t e w a t e r s b y t h e T H o N o Nw a t e r t r e a t m e n t p l a n t . T h e a m o u n t
Laboratoire d' Ecotoxicologie . Ecole Nationale
B.P. 31 , 69752 Charbonnidres Cedex, France ,
V6t6rinaire
de Lyon,
184
of residues thus dischanged into the environment cornesponds
onty to a fnaction of those carried by the waste waters entering
the pLant. The other fraction consists in residuaI sIudgesas
welI as other poltutants such as heavy metats. The Levels of
t h i s c o n t a m i n a t i o na r e c o n s i d e r a b t e .
The possibLe use of these residuat sludges as agricutturaL
f e r t i L i z e r s h o u L db e c o n s i d e r e d c a r e f u L t y .
T h e d i s c h a r g e o f P C Bi n t h e e n v i r o n m e n t c o n t i n u e s / d e s p i t e t h e
present-day LegisLation with respect to their use as wetI as
their recycIing.
I NTRODUCTI ON
par un
du noyau diph6nyle
de substitution
Les PCB sont des d6riv6s
1). IIs sont cotrnercialis6s
d'atomes de chl-ore (figure
nombre variable
par leur degr6 de
caract6ris6s
sous forme ile rn6langes d'homologues
commerciale
1974). La d6nomination
chloration
moyen (HIiTZINGER et aL.,
aux
Aroclor
: Clophen en Allemagne'
des PCB varie
d'un pays i un autre
etc. Chaque fa-bricant
en France,
PhenocLor ou Pyralene
Etats-Unis,
eux de par leur
entre
plusieurs
propose,
m6langes diffErant
en g6n6ral,
40' 50 et 60 *
est d'environ
degrr6 de chloration
moyen. Ce dernier
DP41 DP5, DP6 (qui correspou.r Ies rn6langes frangais
respectivement
1248,
ArocLot
am6ricains
pondent
aux PcB commerciaux
sensiblement
A 1254 et A 1260.
ou clzHlo-ncln
ly
Clr
n et
Stvuctu?e
y reprdsentent
n=x.+y
1
Ftguze
gdndz'ale
des PCB
Le nornbre dtatomes
de chLore
remarquables
physico-chimiques
des propri6t6s
ces compos€s possedent
1930 : tr€s stables,
depuis
qui expliquent
Ieur vaste champ d'utilisation
etc.
caloriporteurs,
i
fluides
corune plastifiants,
ont 6t6 utilis6s
ils
conme isoont 6t6 et sont encore utilis6s
ils
trEs bons dielectriques,
et les transfonnater:rs.
Iants
dans les condensateurs
e:plique
Leur stabilit6
ment. Leur liposotubilit6
comportement
leur
explique
grande rdmanence dans Itenvironneleur tr€s
chimique,
d leur inertie
associ6e
6lev6e,
s'accunulent
: ils
naturel
dans Ie miLieu
Appott
de PCB dans Le Ldman
185
Leur caractCre
dans la fraction
lipidique
des organismes vivants.
(particules
sur Ies surfaces
hydrophobe Ies amdne 6galement d s'adsorber
( M O N O D ,1 9 8 3 ) .
en suspension dans I'eau et s6diments)
L'inert.ie
sont n6anmoins
chirnique des PCB et leur hydrosolubilit6
diff6rentes
Ia stabilit6
d'r:ne mol6cufe d une autre
r globalement,
augmente et I'hydrosofubilit6
diminue quand Ie nombre d'atomes de chlore
(r,ALMAz et KALr\rAz, 1979) (rur,p et HUTZINGER, 1978) . ceci explique
s'616ve
Ies diff6rences
de comportement existant
permet d'envisager
une 6tude qualitative
vements.
entre Ies mol6cules
de 1a contamination
de PCB et
des pr6ld-
Au plan toxicologj-que,
aigu€ faible,
Ies PCB possedent une toxicit6
peut
mais une toxicit6
chronique
beaucoup plus marqu6e. Cette dernidre
(o.M.S.,
s'exelcer
5 diff6rents
1917) (WASSERMANN
niveaux
et WASSERMANN,
7979), notannent
:
- puissants
inducteurs
Ia synthdse d'enzyrnes
sables du catabolisme
enzymatiques,
ils
entrainent
cataboliques
et, en particulier,
des hormones st6roides
;
- Ies fonctions
de reproduction
affect6es,
en particulier
chez
- dans certaines
d6pressive.
conditions,
ils
des animaux
les poissons
possCdent
au niveau
celles
peuvent,
du foie
respon-
de ce fait,
€tre
;
une activit6
immuno-
pendant de nombreuses ann6es, l-es PCB sont
UtilisSs
trds largement
actuellement
rencontr6s
dans Ia quasi-tota1it6
des polluants
des r6gions
d U g I O b E ( J E N S E N , 1 9 7 2 ) , ( P E A K A L L , 1 9 1 2 ) , ( W A S S E R M A NENt A L . , 1 9 7 9 ) ,
( M E S T R E Se t C O O P E R , 1 9 8 3 ) . C ' e s t a i n s i
que BELAMIE parle
"du caractEre
r:niversel
par les PCB" . La prise
de conscience
flg l4 q6nlami nation
de
1'ampleur
du problEme a amen6 I'interdiction
de leur utilisation
en
circuit
ouvert
des pays, depuis Ie d6but des ann6es 70,
dans l-a plupart
mais leur utilisation
en circuit
ferrn6 reste
importante,
En fait,
Irapport
naturef
est encore loin
de PCB dans le milieu
d'€tre
n6gligeable.
d Ia producMis a part le r61e jou6 par les pertes
tion,
les analyses
r6alis6es
attestent
dans de noribreuses villes
drune
pollution
chronique
est facilit6e
des eaux us6es. Cette constatation
par la g6n6ralisation
d des
des raccordements
des r6seaux dr6gouts
(DE ALENCASTRO et TARRADELLAS, 1983) .
stations
d'6puration
du L6man par les PCB (MONOD, 1983).
Nous avons 6tudi6
la contamination
g6ographique
sur Ia rive
de Ia contamination
Lr6tude
de Ia r6partition
au niveau
locale
frangaise
existe
une pollution
de ce lac montre qu'il
a Thonon,
situ6e
du delta
de traitement'
de Ia Dranse. Or, une station
sur Ia rive
frangaise
du
regoit
1a majorit6
des eaux r:s6es produites
L6man. Les effluents
se d6versent
dans Ia Dranse un peu en amont de son
(figure
de Ia Dranse, par
de PCB, au niveau du delta
delta
2). Lrapport
les effluents
d'6puration
de Thonon et l-a contamination
de la station
ont 6t6 6tudi6s.
station
des boues r6siduelles
de cette
186
Sc'Lences de L'eau 3, no 2
L' A r v e
5
0
a Situation
de La station
l0 kn
Ft,gw,e 2
Le Ldman
dtdpuration
de Thonon, o Delta de La Dranse
M A T E R I EE
L T METHODES
P 1 6 ld v e m e n t s
La station
dr6puration
de Thonon fonctionne
primaire,
classj-que
: d6grillage,
d6cantation
activ6es
d6cantation
secondaire.
et, enfin,
Ie
suivant
traitement
sch6ma
par boues
Des s6diments de Ia Dranse, situ6s
en amont et en aval de l-a station,
que des efffuents
en
ont 6t6 pr6lev6s
ainsi
liquides
de cef]e-ci,
juillet
1981, puis analys6s.
1a pr6sence
obtenus nous ont amen6 d rechercher
Les r6sultats
L'6volution
dans les boues r6siduelles
de Ia station
d'6puration.
teneur en PCB d.es boues a 6t6 suivie
de juin d septembre 1982.
de PCB
de la
Apport
187
M 6 t h o d e sa n a l y t i q u e s
d'6purades PCB d.ans les s6diments et Ies boues de station
L'analyse
types de
par rapport
a d'autres
particularit6s
certaines
tion pr6sente
utilis6e
dans notre
pour Iesquels
la m6thode analytique
pr6l6vements
( M O N O De t K E C K , 1 9 8 2 ) .
par ailleurs
a 6t6 d6crite
ta.boratoire
. L'exttaction
sur les pr6ldpar Ia m6thode SOXHLET a 6t6 pratiqu6e
de cellulose'
vements secs. 20 granmes sont pes6s dans une cartouche
T,e bal-Ion est pes6, puis
elle-mdme dispos6e dans la rampe d'extraction.
durant
est effectu6e
L'extraction
par 180 mI d'hexane pestipur.
rempli
organochlor6s
et l-es Iipides
les r6sidus
L'hexane contenant
24 heures.
jusqu'd
environ
5 mI, puis
est concentr6
extraits
et hydrocarbures
purifi6.
La pes6e du ball-on permet
sous flr:x d'azote
6vapor6 totalement
E 1'hexane du
extractibles
de la teneur en lipides
Ia <f6termination
par un volume pr6cis
sont repris
et l_es lipides
pr6l6vement.
Les r6sidus
sont transf6r6s
(en g6n6ra1, 10 ml).5
ml- de I'extrait
d,hexane pestipur
est recouvert
drune pellicule
d.ans un tube a bouchon viss6 dont Ie joint
est ensuite purifi6.
L'extrait
de teflon.
a La purification
d6bute, dans tous Ies cas, par un
des extraits
1 i 2 ml d'acide
sulfurique
concentr6.
sulfurique
d I'acide
traitement
agit6
Le tube est rebouch6,
hexanique.
i l-'extrait
concentr6
sont ajout6s
puis centrifug6
d 4 000 tpm pendant
pendant une minute,
vigoureusement
dans un nouveau
est recueillie
La phase hexanique surnageante
10 minutes.
tube
viss6.
d'6puration,
I'hydrolyse
issus des boues de station
Pour les extraits
ces
En effet,
insuffisante.
par l'acide
concentr6 s'av6re
sulfurique
par lrhexane
extraits
sans d.oute des hydrocarbures
boues contiennent
par lracide
La
sulfurigue.
d6truits
qui ne peuvent 6tre totalement
permet d'y rem6sur colonne de fl-orisif
des extraits
chromatographie
dier "
a 650 "c pendant 2 heures. Aprds refroidisseest activ€
Le florisil
jusqu'd
Au
son utilisation.
est conserv6 dans un dessicateur
rnent, il
d'hexane
la colonne est remplie
de f'extrait,
moment de 1a purification
(4 ? d'eau)
sont ajout6s'
d6sactiv6
pestipur"
5 grammes de florisif
Aprds
de sodium anhydre.
par 2 d 3 grammes de sulfate
puis recouverts
sont d6pos6s sur la
d purifier
2 mI d'extrait
6lution
de I'hexane,
est
est r6al-is6e avec 40 mI d'hexane et lr6luat
colonne" Lr6lution
par
puis repris
est 6vapor6,
L'6luat
i 6vaporerr6colt6
dans un ballon
purifi6
est
10 m1 d'hexane, puis concentr6 jusqu'd 2 ml. L'extrait
conserv6
dans un tube
viss6.
et dans
aquatiques
pr6sent
dans l-es s6diments
6l-6mentaire
Le soufre
avec I'analyse
des r6sidus
interfCre
d'6puration
Ies boues de station
dans
au moins en Partie'
En effet,
if se retrouve'
organochlor6s.
par 1'acj-de sulfurique
1'extrait
hexanique m€me aprEs 1a purification
ou une goutte
Des copeaux de cuivre
sur fl-orisil.
ou par chromatographie
apr6s l'61imihexaniques
dans Ies extraits
de mercure ont 6t6 introduits
sous forme de
alors
!e soufre pr6sent pr6cipite
des lipides.
nation
est, en
ou de sulfure
de mercure. La pr6cipitation
de cuivre
sulfure
une goutte
La m6thode employant
g6n6ral,
au bout de 24 heures.
compldte
pour les extraits
issus
en particulier
de mercure est 1a plus efficace,
( M E S T R E Se t D U D I E U Z E R E , 1 9 6 9 ) .
d'6puration
de boues de station
AprCs cette
analys6s.
derniere
6tape,
Ies
extraits
purifi6s
sont
prets
a 6tre
1BB
D AnaTgse chromatographique
i I'aide
ont 6t6 analys6s
.' fes extraits
5 capture
d'61ecphase gazeuse avec d6tecteur
d.'r:n chrornatographe-en
(source
les srrivantes
: colonne
6taient
Les conditions
: Nio').
trons
(longueur
avec un
: 3 rnm) remplie
2 m, diamdtre
int6rieu.r
en verre
sur
mElange d 4 ? de SE3s + 6 B de SP 2401 (phases stationnaires)
du four et
de I'injecteur,
Supel"co AW.DMCS 1O0/2OO. Les temp6ratures
6taient
respectivement
: 24O, 205 et 29O "C. Le gaz
du d6tecteur,
a 6t6 effectu6e
utilis6
6tait
I'azote
H.P. La quantiflcation
vecteur
frangais
donnant
par rapport
du DP5,, m6lange cormercial
d 3 pics majeurs
a partir
des
d ceux obtenus
les chromatogralunes
les plus senbtables
(figure
extraits
3).
Boues
DP6
3
Figtue
(DPe) et de PCB e&t!'aits
d.e PCB commel'cial'w
chxomatogz'arrnes
de Thonon. Reflwrque?
dtapu.yation
de La station
rdsidueLies
chromatograPhiques
de s Pro fils
La quantiftcation
pris
en cotftpte pout
O pics
des boues
La simLlar'td
a 6t6 employ6e pour les
liquide-tiquide
Une rn6thode dtextraction
effluentsliquidesdelastationd'6puration.500mId'effluentsont6t6
Les phases hexaniques
trois
fois par 100 rol d'hexane pestiPur'
extraits
a 6t6
total
L
'
e
x
t
r
a
it
d
6
v
a
p
o
r
e
r
'
dans un baflon
ont 6t6 r6colt6es
chromaet d'analyse
les etapes de purification
puis ont suivi
concentr6,
tographique
d6crites
ci-dessus.
Aooort
de PCB dnns Le Ldman
189
(nickel,
chrome, cadrnium,
m6taux lourds
Des analyses de certains
par le Labodes boues r6siduelles
a partir
ont 6t6 effectu6es
mercure)
de Limnolog'ie de Thonon (r.N'R'A',
de lrlnstitut
ratoire
de Chinie
Paris VI).
Universit6
RESULTATS
sur les s6diments de Ia Dranse,
des analyses effectu6es
Les resultats
et sur les efflud'6puration,
situ6s
en amont et en aval de fa station
1dans le tableau
figurent
ents de celle-ci
plus 6lev6es
cent fois
sont environ
en PCB des s6dirrents
Les teneurs
il ne fait
qu'en anont. Au vu de ces rdsultats,
en aval de la station
une source
repr6sentent
de Ia station
aucr:n doute que les effluents
pour le
de PCB pour Ia Dranse et, par voie de cons6quence,
inportante
dans les eaux
sont donc pr6sents
organochlor6s
L6man. Ces polluants
ne
Ia station
du lac (en effet,
frangaise
su,r la rive
us6es collect6es
source de PCB) en elle-m6me'
peut pas 6tre consid6r6e,
1
Tableau
de La Dranse,
des sddiments
contanination
de TLnnon. Estimation
station
dtdpuz'ation
effluents Liquides de cette station,
aEont
Sedinents
(ppb,/poicls sec)
en anpnt et en aual de La
en PCB des
de La terteut
Le 28.7.81. (ppb = Vg/kg)
aval
S6diments
(ppb/poids
sec)
356
Effluents
Iiquides
(PPb)
supSrieur
d 1
des effluents
au cours de I'analyse
des problaroes
Nous avons rencontr€
et
entre I'effluent
d'6mulsions
la formation
liquides,
en particulier
environ
a 6t6 effectu6e
De pIUs, l'extraction
le solVant d'extraction.
Or, DE ALENCASTRO et TARRADELLAS (1983)
3 semal-nes apres le pr6l6venent.
d 1'6tat
j
o
u
r
s
'
? des PcB se retrouvent
3
0
q
u
'
a
p
r
E
s
1
5
ont montre
I'effluent.
de verre qui contient
du r6cipient
adsorb€ sur les parois
a 6t6 consitrouv6e
; la valeur
Le r€sultat
est donc obtenu par d6faut
(tableau
1) '
r6elle
de la valeur
d€r6e conme linitp
lnf6rieure
Les analyses
effectuees
rEsultats
pr€sent6s
dans
d partir
Ie tableau
des boues
2.
r6siduelles
ont
abouti
aux
regoit
un aPport
serrble que Ia station
A la vue des resultats,
il
(ce point
demandea d traiter
continuel.
de PCB dans les eaux qu'elle
rait
neanrcins
confirm6
i €tre
Par une 6tude d plus long terme) . II
et le chrome sont
; le nickel
en est de rn€ne pout les m6tar:x analys6s
mercure.
Ie
et
abondants
que
cadnium
Ie
PIus
190
Sciences d.e Lteau 3, no 2
dans les pr6lEvements
les plus 6lev6es
se rencontrent
Les teneurs
juin
d.ans ceux d'aot3't et septefi)bre.
et les plus faibles
et juillet
constantes.
les concentrations
en mercure sont pratiquement
Les PCB retrouv6s
DPe (figure 3).
dans
l-es boues
sont
point
en tout
semblables
de
Seules,
au
2
Tableau
d.e La station
des boues t'1sidueLLes
Teneuz,s en PCB et mdtaun Lowds
sont efiprimAs en ppm parl llapport
de Thonon. Les rdsultats
d'dpu.z'ation
sec des boues (Ppm = mg/kg)
au poids
Dates
Contaminants
PcB (DPs)
24.6.82
916
a.7.a2
10
de pr6ldvement
1 3 . 7. A 2
qn
4.8 -82
6,7
7 4 . 8 . 8 2 1 0. 9 - 8 2
?q
412
NickeI
100
90
85
lb
20
22
Chrome
80
80
60
1f
14
18
Cadmiun
11
20
12
Mercure
2,5
2'4
4r8
6r7
2rl
D I S C U S ISO N
de la
que I'apport
de PcB par les effluents
montrent
Les r6sultats
sur la contamitrds
sensibl-ement
dr6puration
de Ttronon influe
station
en aval-. La remise en suspendes sEdiments de la Dranse, situ6s
nation
les
transport
l-ors des crues de Ia riviere
et leur
sion de ces derniers
2) .
dans le L6man (figure
am€nent, au niveau du delta,
par une contaminade PCB se traduit
Nous avons montr6 que l'apport
parties
de
que dans les autres
plus 61ev6e dans la r69ion
du delta
tion
(t'{oNoD, 1983) . Nous avons 6galement
remarqu6
l-a c6te frangaise
du lac
de Ia Dranse se differencient
que 1es PCB retrouv6s
au niveau du delta
moyen i ce
par leur
degr6 de chloration
r6gions
de ceux des autres
du delta,
originaires
est plus 61ev6 dans les pr6lBvements
dernier
(s6diments,
invertSbres)
macrophytes,
gueJ-le que soit
leur nature
par Ies PcB,
(l4oNoD' 1983). L'aspect
qualitatif
de Ia contamination
int6resainsi
trds
moyen, aPparait
6va1u6 par leur
degr6 de chloration
les cornpoEn effet,
les sources de pol-lution.
sant pour caract6riser
par des PCB dont 1e degr6 de chloration
sants du delta
sont contamin6s
Aooort
191
situ6s
dans les s6diments
des PCB retrouv6s
i celui
moyen est semblable
des
P
C
B
c
e
l
u
i
d
e
s
a
s
u
p
6
r
i
e
u
r
n
e
t
t
e
m
e
n
t
m
a
i
s
s
t
a
t
i
o
n
,
d
e
I
a
en aval
de Iagrandemajorit6
s 6 d i m e n t s s i t u 6 s e n a m o n t ( M O N O D ,1 9 8 3 ) . L ' o r i g i n e
par les
repr6sent6e
de Ia Dranse est donc clairement
des PCB du delta
d
'
6
p
u
r
a
t
i
o
n
'
p
a
r
1
a
s
t
a
t
i
o
n
eaux us6es collectdes
biologique
que le traitement
ont constat6
De nomlcreux auteurs
du
pas les mol6cules de PcB' La d6gradation
pratiquement
n'affecte
japonais)
par des boues activ6es
5OO (m6lange commercial
Kanechlor
similaires,
(KANEKO et a.L., 1976). Dans des conditions
est n6gligeable
diminuent
et d'un pentachlorobiph6nyle
d'un trichloro
Ies concentrations
(HERBST et AL,'
t977).
de 15 a 10 I au bout de 6 heures
respectivement
une souche d,e Pseud.omonas capabl-e
des boues activ6es,
LIU a iso16,
l22I comme source de carbone (LIU, 1981, 1982) '
d'utiliser
I'Aroclor
du nilieu
isol6es
font 6tat de souches bactEriennes
Drautres
travaux
1es mono- et dichloroassez rapidement
de d6grader
et capables
naturel
les triet t6trachlorobiph6nyles,
mais beaucoup plus difficilement
la d6gradapar mol6cule,
biph6nyles
: au-dessus de 4 atomes de chlore
(BAXTER et aL. ' 1975 ; YAGr et suDo, 1980) ' rr
tion
est n6grigeable
selon les espaces ; le
plusieurs
voies de d6gradation
pourrait
exister
sont les acides polychlorobenzoigues
plus souwent,
les produits
(FURUKAWAet MATSUMURA, 1976 ; SyLVESTRE' 1980) 516ve la r6sistance
du nombre de chfore
I,augmentation
Globalement,
peuvent
de m6me degr6 de chloration
de ia mol6cule,
mais 2 isomeres
aux biotransformations
diffdrentes
poss6der
des sensibilit6s
SYLVESTRE' 1980). HUTZINGER
( F U R U K A W Ae t M A T S U M U F I A ,1 9 7 6 ; L I U , ! 9 8 2 ;
mdlanges
de plusieurs
de d6gradation
les variations
et aL, ont 6tudi6
(tableau
3) '
cornmerciaux de PCB par des boues activ6es
pourcentage
conrneTcia;
3
Iableau
de d"dgrad.ation du biphdngLe
de PCB pa! des boues acttttdes
PCB
al.
mdlart4es
, 1974).
de d6gradation
Pourcentage
apr6s 47 heures
a6r6es
dans des boues activ6es
100
Biph6nyle
Aroclor
et de diffdrents
(HUTZINGER et
L22l
81
Aroctor 1016
33
Aroc:-or 1242
26
ArocLor 1254
15
donc bien que les PCB arrivant
expliquent
rSsultats
ces diff6rents
au moins en
u
s
6es se retrouvent
d
'
e
a
u
x
d
'
6
p
u
r
a
t
i
o
n
dans l-es stations
du
lule source de pollution
ce qui conslitue
partie
dans les effluents,
et
MARTIN
1983
TARRADELLAS,
;
(DE
et
ALENCASTRO
naturel
*iti.n
COSSELIN, t9'78 i BERGH et PEOPLES, 1977') '
192
En r6alit6,
les PCB sont surtout
concentr6s
dans les boues, de par
pour les surfaces
(DE ALENCASTRO et TARRADELTAS, 1983).
l-eur affinit6
La pr6sence
de PCB dans les effluents
serait
due d leur adsorption
sur
Ies particules
solides
nrayant pas s6diroent6 lors de 1a d6cantation
finale.
La comparaison
de nos r6sultats
avec d'autres
auteurs
montre que Ia
contamination
des boues r6siduelres
de 1a station
d'6puration
de Thonon
est relativement
(tabteau
6lev6e
4).
Tableau 4
Teneuz,s en PCB des boues z,dsiduelLes
Lieu
Suisse
Zurich
Ann6e
Concentration
dans boues
s6ches (ppm)
t979
2rg
Gendve
716
Lausanne
0,85
Bdle
2,4
La Chaux-de-Fonds
0,36
err6do
Canada
IY
(Ontario)
0,90
I6
1976
de diffdrentes
0,60 a 6
(JZ
or,'tgines
R6f6rences
BURGERMEISTER et
TARRADELLAS, 19BO
MATPSON et
PAHRENet
IiIYGREN, 1975
aL.,
!979
VIl-teS'
u.s.A.
1976
0,01 a 23
FURR e,
Thonon
t982
3,9 a 10
Notre
aL.,
!976
6tude
Le niveau
de contamination
des boues de la station
de Thonon est du
philadelphie,
m6me ordre que celui
drAtlanta,
Denver, Los Angeles,
Gendve, B51e et Zurich,
mais paralt
plus 61ev6 que celui
de Lausanne.
cette
observation
est assez remarquable
car Thonon et ra rive
frangaise
du L6roan sont beaucoup moins industrialisSes
que les aggloro6rations
americaines
et suisses
que nous venons de citer.
Le'degr6
de chloration
des pCB retrouv6s
dans les boues est 61ev6 et.
trds proche de cerui
du Dp5. L'hydrosolubilit6
6tant d peu prEs inversement proportionnerle
au degr6 de chrorati-on
des differents
honologues,
I'adsorption
des PcB sur res particures
plus imporsolides
est d'autant
que Ia. chloration
tante
augmente (MARTIN et GOSSELIN , j,g7g). Ceci
explique
sans doute llaspect
quaritatif
de ra contamination
des boues ;
Ia biotransfornation
des mol-6cul-es les Eroins chlor6es
lors
du traLtement
bioloqique
par l-es boues activ6es
peut intervenir
6galement.
Globalement,
le type de pCB arrivant
probabrement
a un m6lange d'homologues
a la station
moyennement
correspond
donc
que
moins chlor6s
Aooort de PCB dans Le Ldnan
retrouv6
dans les boues.
celui
plus chlorSs
sur fes boues est
L'adsorption
I'hypothEse
102
pr6f6rentielle
des PCB les
Ia plus probable'
que Ia teneur en PCB des effluents
d6pend fortement
Il est donc clair
qui perturberaient
Ia
sol-ide. Les facteurs
de leur charge en matiere
(temps de s6jour
trop court de Ireau dans 1a
de cell-e-ci
s6dimentation
par exemple) perturberaient
aussj- Ia s6paration
des PcB et
station,
(les boues).
Ainsl,
DE ALENcASTRo
dans la phase solide
Ieur concentration
en PCB des effluents
et TARRADELLAS ont montr6 que les concentrations
que celles
plus faibles
d'6puration
suisses
sont nettement
des 3 stations
l-a diminution
est de 54 ? a 87 g.
des affluents.
Mais, selon la station,
dans laguelle
Ia
6puration
est observ6e avec Ia station
La meilleure
sddimentation
des natieres
solides
est 6qalement trCs bonne (DE
ALENCASTRO et
TARRADELLAS, 1983).
Or, la mauvaise s6dimentation
est un problEme chronj-que
de traitement
de Thonon. Si cette
situation
s'am6liorait,
de PCB d6versSs dans la Dranse serait
sans doute fortement
de I'usine
Ia quantit6
diminu6e.
L e p r o b l E m ed u d e v e n i r d e s b o u e s
avec Ie systEme de traitement
Les stations
d'6puration
fonctj.onnant
qui,
par boues activ6es
produisent
tonnage de d6chets solides
un fort
peut
aprds d6shydratation,
6limination
doivent
etre 6l-imin6s.
cette
prendre
publique,
la forne d'r:n transfert
Ia destruction
en ddcharqe
en incin6rateur
conme engrais
municipal,
mais aussi I'utilisation
agricole.
De nombreux auteurs ont montr6 les risques
les PCB s'int6grer
de voir
A partir
de boues de stations
d'6puration
dans Ies r6seaux trophiques
(DAVIS et aL.,1981
1981 ;
c o n u D ee n g r a i s
utilis6es
; H A N S E Ne t a L . ,
1979). Le m6me problEme se
L A W R E N C Ee t T O S I N E , 7 9 7 7 ; P A H R E N e t a L . ,
pose pour les m6taux lourds.
n6cessite
des conditions
des PcB par incin6ration
La destruction
(au moins 2 secondes d plus de 1 200 oC) qui ne sont jamais
sp6ciales
d'ordures
m6nag6res. RAPPE
classiques
reroplies par les incin6rateurs
sont,
dans ces conditions
observE que les PCB incin6r6s
a drailleurs
quels dans l-'atmosphdre,
mais
du temps, vaporis6s
tels
la plupart
comPopeuvent
en polychlorodibenzofuranes,
6galement
etre transfcrmds
a celle
des PCB (RAPPE, 1979) .
s6s dont Ia toxicit6
est bien sup6rieure
L e s P C 8 ,p r o b l C m ed u p a s s € . . . e t d u p r e s e n t
les conditions
d'emploi,
1975 d6finit
I'Arr6t6
du 8 juilleE
En France,
des PCB (J.O. du
ou r6cup6ration
et de destruction
de collecte
les utifisations
en
25 juillet
1915\. Seules sont encore autoris6es
sont de l'ordre
de
syst€me clos
; fes consommations actuelles
pour les condenpour l-es transformateurs,
300 tonnes/an
1700 tonnes/an
conne fluides
calorisateurs
50 tonnes/an
sont utilisdes
et environ
(en dehors des industries
et comme fl-uides
porteurs
alimentaires)
(uniqueroent
pour les travaux
miniers).
Deux
hydrauliques
de s6curit6
'
(7000 tonnes/an)
: Rh6ne-Poufenc
usines
fabriquent
des PCB en France
(
J
a
r
r
i
e
)
.
(Pont de Claix)
et P6chiney-Ugine-Kulmann
La vidange
et la reprise
clos est donc obligatoire.
des PCB usagds
La l6gislation
ou contenus
dans des systdmes
relative
aux instal-lations
194
de base
dont les textes
de I'environnement
class6es pour ta protection
du
d'application
7976 et son ddcret
sont Ia Loi du 19 juillet
les
21 septembre L971 (J.o.
du 8 octobre
1977) permet de r6glementer
au niveau des usines de fabrication
rejets
de PCB dans I'environnement
ou de r6g6n6ration
de destruction.
et des centres
commune de
PRODELEC (filiale
les Soci6t6s
En matidre
de r6cup6ration,
d elfes
deux
Rh6ne-Poul-enc et PCUK) et DAFOSSE & BAUDASSE r6cupdrent
r6g6n6r6s,
le reste 6tant
environ
500 tonnes de d6chets en partie
A5frlri
f
des PCB : la Soci6t6
Trois
centfes
sont aqr66s pour Ia destruction
et la soci6t6
TREDr e saint-vufbas,
PRoDELEC a Pont-de-claix
ia soci6t6
repose sur une
Le proc6d6 de destruction
CHLOE-CHIMIE i Saint-Auban.
(environ
1 200 oC) . La
des d6chets a haute temp6rature
incin6ration
faibl-e
pollution
est relativement
atmosph6rique
ainsi
engendr6e
de PcB par an (total
puisqu'elle
ne d6passg pas quelques kilogrammes
est donc une
des 3 Soci6t6s).
Dans ces conditions,
lrincin6ration
pas son adoption
bonne m6thode, mais son cofit trds
61ev6 ne favorise
par tous les pays. certains
peuvent
etre entrepos6s
contamin6s
d6chets
dans des d6chargtes agr66es (importance
de fa nature du terrain).
de producLa l6gislation
et les moyens mis en oeuvr.e (peu de centres
ce qui permet un meilleur
tion,
de r6cup6ration
et de destruction,
efficace
paraissent
de Ia
contr6le)
donc bien adapt6s A une fimitation
p6n6tration
des PCB dans le mi]ieu
nature.I.
En r6alit6,
optimiste.
plusieurs
constatations
obligent
d temp6rer
cette
version
des eaux
Tout drabord,
de Ia qualit6
le dernier
inventaire
nationaf
(1981) laisse
assez
de surface
apparaitre
des niveaux de contamination
(les
61ev6s des poissons
des cours d'eau frangais
de l-a quasi-totalit6
par ces
poissons
de pollution
sont d'ail-leurs
de bons indicateurs
par notre laboratoire
r6sidus
bioaccumulatifs).
Les analyses effectuds
a partir
des poissons
riviere,
Ie Furans (Ain) ,
du L6man et de la
a.bondent dans ce sens (xECK et RAFFENoT, 7919 ; MoNoD et KECK, L982) .
naturel
Ensuite,
trCs important,
I'apport
de PcB au milieu
et point
se poursuit,
Notre 6tude sur Ia station
dr6puration
de Thonon en est
I'illustration,
de 1'activit6
Le caractere
rel-atj.vement peu industriel
i penser qu'un
du L6man faisse
humaine s'exerEant
sur Ia rive
frangaise
tel constat
pourrait
des r6gions.
6tre tir6
dans la plupart
En Suisse,
oi Ia r6glementation
est au moins aussi s6vdre qu'en
dgal-ement.
France,
se poursuivent
Ies rejets
de PCB dans I'environnement
En 1982, DE ALENCASTRo et TARRADELLAS ont mesur5 fes concentrations
d'6puration
: d
en PcB des eaux us6es au niveau des trois
stations
Ie d6bit
de PCB
Fribourg,
de Fribourg,
Bienne et Morges. A lrexception
(c'est-A-dire
des actiA I'entr6e
des stations
Ie d6bit de lreau
suit
vont de 0,08
vit6s
m6nag6res et 6conomiques).
Les teneurs d I'entr6e
e o , 4 7 p p m ( D E A T E N C A S T R Oe r T A R R A D E L L A S , 1 9 8 3 ) . B U R G E R M E f S T B Ae t a L . ,
de Ia rive
ont mis en 6vidence
des s6diments
locales
des pollutions
de 1'activit6
humaine
suisse du L6man, corr6l6es
avec I'importance
( B U R G E R I E T S T E Re t a L . ,
actuefriveraine
1983) . Ces auteurs poursuivent
1'origine
des PCB
lernent leurs
investigations
et tentent
de d6couvrir
parvenant
villes
sui.sses. Les premiers
dans les eaux us6es de plusieurs
r6sultats
vont d I'encontre
de quelques id6es bien 6tablies
; en
Appott
de PCB dans Le Ldnnn
particulier,
Ies eaux us6es les pfus contamin6es
sont le plus souvent
issues non pas des quartiers
industrial-is6s,
mais de quartiers
d,habi(DE ALENCASTRO et TARRADELLAS,
et des eaux de ruissellernent
tatj.on
communication
personnelle)
.
II senlcl-e donc, d I'heure
que l,apport
actuelle,
de pCB dans le milieu
naturel
corresponde
beaucoup plus d I'existence
de sources diffuses
(cons6quence du larqe 6ventail
d'utilisation
de ces produils
durant les
50 dernidres
(1e plus souvent
ann6es) qu'd des scurces ponctuelles
drori-gine
industriel-Ie).
Le probldme de 1'6limination
des pCB des
vacfa Anna nnc5 et sera probablement
circuits
dits
"ouverfcrr
difficile
a r6soudre.
C O N C L UI S
ON
Par 1'6tude
men6e au niveau de la STEP de Thonon, nous avons montr6
que 1'apport
de PCB dans 1'environnement
aquatique
se poursuit
malgr6
la 169islation
en vigueur.
En raison
des niveaux
de contarn_ination
relativement
6lev6s
d6ji
rencontr6s
dans Ia plupart
des 6cosystdmes,
en particulier
aquatiques,
et de la r6manence de,tels
cornpos6s, iI est a craindre
que ces mo1€cules
representent
un exemple type de micrcpolluants
organiques
pendant
encore de nombreuses ann6es. Les risques
biologiques
A longr Eerme De
doivent
donc pas 6tre n6g1ig6s.
REMERCI EMENTS
Lrauteur
remercie Monsieur BLANC, Ing6nieur
de Thonon, pour son aide lors
des pr6l6vements
pour 1'analyse
des m6taux lourds.
d l-'Institut
de Limnol-ogie
de boues r6siduelles
et
796
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ducomportement
Etudepartragage
:
d'unelagune
d'6puration
dubassin
inlluence
delag6om6trie
behaviour
of thehydraulic
Studybytracerexperimentation
pond
of a wastestabilization :
influence
of thebasingeometry
Y. RACAULT*,
P. B0UTIN*
et J. D0UAT*
R6sum6
L e c o m p o r t e m e n th y d r a u I i q u e d ' u n e L a g u n ed ' 6 p u r a t . i o n a 6 t 6
6tudi6 par tragage au Iithium avant et aprds modification de
[ a g 6 o m d t r i ed u b a s s i n p a r [ a m i s e e n p l a c e d e c t o i s o n s . 0 n a
suivi les concentrations de traceur en sortie,et,
tors du
prenier traQage, sur un r6seau de points r6par.tis dans te
bassin. Pour [e catcul des DTS,on a tenu comptede ta variabil.it6 des d6bits en consid6rant Les volumes cumut6s. Les
c o u r b e s d e D T S o n t 6 t 6 a j u s t 6 e s s u r d e s r n o d d L e sc o n n u s . D a n s
t e s d e u x c a s , t e s c o n d i t i o n s s o n t p r o c h e s d u m 6 t a n g ep a r f a i t ,
avec des zones stagnantes ptus importantes aprds ctoisonnement.
L e r 6 t e d u v e n t s e m b t e c a p i t a t . L e s c o n s 6 q u e n c e sp o u r L t 6 t u d e
et ta conception des instattations sont discut6es.
ry
Summa
The hydrauLic behaviour of a stabiIization pond was studied
with tithium as a tracer before and after the basin geometry
was modified by partitions. Lithium concentrations uere fol_Lowed
at the outtet and, during the first triat,
on a network of
points troughout the who[e basin. To determine residence-time
distributions, variations of fLow-rate were considered througn
C.E.M.A.G.R.E.F.G
, r o u p e m e ndt e B o r d e a u x , S e c t i o n " Q u a l i t 6 d e s E a u x " ,
B.P, 3, F 33610 Cestas Principal.
198
m a s s e dv o L u m e s . c u r v e s w e r e f i t t e d t o c o n v e n t i o n a L m o d e t s . I n
b o t h s i t u a t i o n s , t h e d e s c l i p t i o n i s n e a r c o m p L e t em ' i x i n g , w i t h
d e a d s p a c e s m o n ei m p o r t a n t a f t e r p a r t i o n - i n g - T h e r o L e o f w i n d
o n m i x i n g i s e m p h a s i z e d . C o n s e q u e n c e fso r p l a n t s t u d y a n d
design are then discussed.
I - T T N A L I T EDsE L ' E r u p r
des eaux, le comporde traitement
des unit6s
de la plupart
conne celui
de lagunage reste mal- connu. Crest
des bassins
Lement hydraulique
des ph6nondnes qui
pour la compr6hension
pourtant
un 616ment important
ge d6rculent
et leur calcul.
pour leur conception
dans ces ouvrages,
d pr6ciser
qui peuvent contribuer
des exp6rimentations
D,orf I'int6r6t
mais dans
du tragage,
appel i Ia technique
font toutes
Elles
cepoint.
en vrare
: instal-lations
diff6rentes
exp6rimentales
des conditions
ne
Si 1es premidres
de laboratoire.
ou moddles r6duits
grandeur
en revanche,
des param€tres,
guere de maitriser
Ia plupart
permettent
n6me non
1'ensenrble des variables,
intdgrent
automatiquement
elles
le
en quelque sorte
constituent
el-Ies,
Les maquettes,
explicit6es,
d6finies
exp6rimentales
' maj-s
: conditions
du cas pr6c6dent
n6gatif
de ph6nomdnes
hydrauliques
pour simuler
les cons6quences
difficult6s
thermique
conme Ia stratification
m6t6orologiques,
1i6s aux conditions
des couches
(DRAKIDES et DJAD]ADININGRAT, 1981) et 1'entrainement
1973), dont Ie r6le apparait
p a r I e v e n t ( W A T T E R Se t a L . ,
superficietl-es
pcurtant
d6terminant
(uItr,tiANN,
1979) .
fondamenpr6sente
des inconv6nients,
r6elles
d'installations
Le suivi
particuliarement
une manipulation
taux et de comrDodit6, qui en font
ne
des modEles thSoriques'
d partir
difficile
d,interpr6tation
lourde,
que
alors
regus,
des d6bits
que par suite
de f irr6gularit6
serait-ce
(WEN et FAN, 1975), et de la
leur constance
ces mod€les pr6supposent
i peu prds irremplaqable
11 sernble cependant
dur6e des observations.
ou de distordre
d'ignorer
dans 1a mesure orl on ne peut le soupgonner
facteurs.
certains
de ce genre
Une op6ration
de
des effluents
traitement
fa
bassin de lagunage offre
ce qui supprime tout risque
de
sr:r f installation
a 6t6 entreprise
(Gironde),
dont le
Ia commune d'Hostens
6t6 imperm6abilis6'
particularitE
d'avoir
dans Ie sable sous-jacent'
d'infiltration
Cornportement hydxaulique
100
d' une Lagune
2 - l e s o p E R A T I o NDSE T R A C A GEEN s l r E R E E L
2-I
A p p r o c h e sp o s s i b l e s
sont Possibles
Deux approches
du comportement
l-a connaissance
pour suivre
hydraulique
le
:
tragage
et
parvenir
d
conme une
orl la lagune est consid6r6e
I'approche
"G6nie chirn-ique",
et Ia
6tant
I'entr6e
d'observation
Ies seuls points
noire',,
"boite
la
on suit
r6alis6e,
du syst€me. Dans ce cas, dEs I'injection
sortie
pour observer
suffisante
pendant une p6riode
en sortie
concentration
des r6sultats
L'exploitation
du traceur.
le depart de la majeure partie
(
D
T
S
)
i
n
dications
e
t
d
e
s
s
6
j
o
u
r
d
e
t
e
m
p
s
d
e
s
d
i
s
t
r
i
b
u
t
i
o
n
l_a
fournit
sans
ou des courts-circuits,
des zones stagnantes
sur I'importance
au calage sur
permettre
de les localiser
; elle peut aboutir
toutefois
interpr6tadont Ia valeur
de "modEles",
exp6rimentaux
les r6sultats
-
tive
et
explicative
reste
limit6e
;
,,descriptive",
de
- Itapproche
d'un rSseau de points
ori 1'expl0ration
zones
de localiser
du traceu.r,
Ia progression
mesure permet d'observer
obtenue est 6vidernment pl-us
L'information
et zones Stagnantes.
actives
de pr6lEvement
de la mise en place d'un dispositif
au prix
d6tai116e,
des 6chantillons
et de 1a multiplication
que prEc6denrnent
plus lourd
d lranalyse.
destin6s
Les deux m6thodes ont 6t6 utilis6es
a Hostens ; pour Ie
traEage effectu6
en sortie.
des concentrations
pour Ie
simultan6ment
limit6
second, on s'est
premier
au suivi
2 - ? L e s l i m i t e s d e s O t u d e sp a r t r a q a g ee n s i t e r € e l
pour Ia
essentielun probleme
d6s maintenant
d'examiner
Il convient
i I'interexp6riEentales
pos6es par les conditions
: 1es limites
suite
d'eaux rdsiduaires
de traitement
pr6tation
dtun traEage sur un dispositif
en service.
la
pose, en principe'
des r6acteurs
de I'hydraulique
La th6orie
de 1'6couconservatif
et le caractere
d'alimentation
constance du d6bit
d'alimentation
orl les conditions
En G6nie chimique industriel,
lement.
hypothese ne
cette
d'essais,
a l-roccasion
surtout
sont maitris6es,
d'une d6convoau prix
est possible,
S'iI
pas un handicap.
constitue
qui ne suive pas les sch6mas
de traceur
une injection
d'admettre
lution,
classiques(impulsionou6chelondeconcentration)rler6gimehydraua cette
pour 6chapper
et les tentatives
est exig6,
uniforme
lique
en compte
Ia prise
: dans Ie cas g6n6ra1,
ont 6t6 rares
contrainte
d des
et surtout
rebutants,
a des calculs
conduit
variable
d,un d6bit
expressicnsipeuprEsinexploitablespourlad6terminationaposteriori
d.es reacteurs.
des caract6ristiques
d'un
uniforne
I'alimentation
d'assurer
est presque impossible
or il
par
compromis
est
des
dSbits
conservatif
caract€re
et Ie
lagunage,
et de f infilde 1'6vaporation
de Ia pluie,
simultan6e
f intervention
tration.Si,aHostens,I'imperm6abilisationdelacuvettesupprime
regus et 6vacu6s n'en sont pas moins
Ies d6bits
facteur,
ce dernier
Seiences de Lteau 3, no 2
200
tenant
compte
aprds un lissage
le restent
extr€mement
variables
; its
des moyennes par
du systEme, par exemple en calculant
de f inertie
th6oriques
Ioin des conditions
d6cade. Ctest dire qu'on se trouve
des rooddles.
cl' dtablissement
2 - 3 M o d E l e s" e x i g e a n t s " - M o d E l e s" t o l 6 r a n t s "
aux
de se rattacher
cas, it est cependant possible
Dans certains
comme variable
en prenant
des: r6acteurs
de I'hydraulique
th6ories
depuis
l-e d6but
contr6l6e
non pas Ie temps, mais Ie vol-ume 6coul6
le cas avec fes deux
ais6ment que c'est
de 1'exp6rience.
On v6rifie
agit6
piston
et m6lange parfaitement
; cette
6coulements
"id6aux",
m€me
de ces modEles,
propri6t6
reste
exacte pour des associations
associations
combin6s avec des volumes morts et des courts-circu-its*,
Ia
au contraire
RequiErent
que nous qualifierons
de "tol6rantes".
des dchanges de matiCre
tous les mod€Ies imptiquant
constance
des d6bits
etc.).
(par diffusion,
6change entre comPartiments,
a un taux constant
a leur
tour
"tol€devenir
peuvent
cependant
Ces mod6les "exj-geants"
d'echanges
a priori,
plausible
rants"
en introduisant
I'hypothase,
traversier.
donc au d6bit
proportionnels
d'entrainement,
i 1a vitesse
ne semble pas accephypothBse
ult6rieurement'
cette
Come on le verra
est
dont Ie liquide
car les vitesses
table
dans Ie cas des lagunes,
que de Irintervention
moins du transit
de I'effluent
anim6 y r6sultent
celJe
du vent.
exterieurs,
notanment
de facteurs
d'une certaine
g6n6rale
"robusreste cependant celle
L'iurpression
curnules,
les d6bits
retient
coune variable
tesse" des modeles Iorsqu'on
chaque
effectuee
qui sera syst6natiquement
transformation
W = Jte(t)dt,
d'un mod€le "tol6rant",
Dans I'hypothdse
fois qu'elIe
sera possible.
des volumes
penDet de passer directement
changement dt6che1le
un simple
a
0 = W,/V (V = volume du bassin)
' sans avoir
curnul6s W au temps rdduit
avec
i calculer
t = V/Q, impossible
intervenir
l_e temps de s6jour
faire
pour un tragage
utlde concentration
en impulsion
varj_able**.
r:n d6bit
r6duites
1e passage en coordonn6es
Iisant
une masse M de traceur,
norm6e, qu'ir
(co = M/v), donne une fonction
(0, Y), avec Y = c/co
des temps de s6jour
comme une distribution
possible
de traiter
devient
(D.T.S.).
*
T r d s c o n c r d t e m e n t , q u ' o n i m a g i n e l e r e m p l a c e m e n td e I ' a l i m e n t a t l o n
im6srrliErc oar une alimentation constitu6e d'arriv6es au d6bit
maximal s6par6es par des cr6neaux e d6bit nul, pendant lesquels 1a
situation se trouve en quelque sorte fig6e. Ceci supposeque
I'importance des zones stagnantes et rles courants de court-clrcult
.n'est pas affect6e par les dEbits.
** La
du
22
25
capacit6 rlu bassin, 3 200 m3, correspond d 26 Jours d'6coulement
6 d 6 c e m b r e1 9 8 1 a u 1 e r j a n v i e r 1 3 8 2 , e 4 7 j o u r s d u 6 j a n v i e r a u
f1vri-er, E 73 jours du ler mars au'13 mai, d 120 jours du
mai au 23 seotembre1982,,.
Cornportement hydrauLique
d I une Lagtme
201
D'HosreNS
3 - te BASSIN
abrit6e
landaise,
de Ia for€t
cet ouvrage
Creus6 dans une clairi€re
(des eaux
par un r6seau sEparatif
est alimente
incompletement
6tanche
par Les canalisations
sont recueillies
de nappe et des eaux pluviales
par deux postes de relevement
d'eaux us6es).
Le d6bit
est repris
et
(d6canteur-digesteur)
primaire
traverse
avant de gagner
un traitement
le bassin unique de lagr:nage. Les eaux y sont adnrises par une canali0,5 m sous fa
sation
@ 20O nn, Ionque de 4 m, d6bouchant d. environ
pentagonale,
par une
le bassin est divis6
surface.
De forme g6n6rale
in6gaux.
Il pr6sente
les caract6ristiques
digue en deux ccmpartiments
(figure
suivantes,
v6rifi6es
1) :
sr:r le terrain
-
surface
au miroir
-
volume
-
profondeur
-
surface
Avant
goulotte
= 2 5OO m2,
= 3 200 m3,
moyenne = 1,37
de lrimpluvium
rejet
d lrexutoire,
de trop-plein.
m,
direct
= 2 750 m2.
f'effluent
est
repris
en surface
par
NIVEAUOU
0
612m
Figuz,e 1
Le bassin de Lagtatage dtHostens (Gironde)
BathymdtrLe et enplacement des chicartes pour Le 2dme trapage
202
4 - U E T H o D o L o GEI E
XPERIMENTA
ELTED ' I N T E R P R E T A T I o N
4-L Le traceur
(une centaine
de jours)
et
La dur6e pr6visible
de fa manipulation
aux colode recourir
forte
charge algale
de I'effluent
interdisent
rrnfc
T6
lifhilrh
(< IO Vq/L\ , a
absent des eaux regues
-ratiquement
(soIubilit6,
paru pr6senter
.inertie,
absence de
les qualit6s
requises
par spectrophotom6trie
toxicit6,
dosage commode) . fI a 6t6 d6termin6
a traiter,
d 6mission
de flamme. Etant donn6 l-e nonbre dr6chantillons
dos6s, pourtant
on a pr6f6r6
la lecture
d fa m6thcde des ajouts
directe
ptus pr6cise.
a 6t6 effectu6
directement
sur 1'eau de Ia
Lr6taLonnage
La rel-ation
entre
lagune afin
dr6liminer
d'6ventuelles
interf6rences.
1ue
et Ia valeur
Ia quantit6
de lithium
introduite
dans 1'6chantil1on
est serr6e (pour n = 23, y = 0,875 x - 11,2 VS/L, avec r = 0,9991).
Ia
4-2
Injection du traceur
donc
et de densit6,
De faqon a limiter
fes diff6rences
de tempdrature
les risques
de lithium
d envide s6gr6gation,
une solution
de chlorure
ron 2 g/L (en sel - masse volumique de Ia sofution
d 10 oC = 1,0OOI2 g/nL,
= 4.10-*)
soit Ap/p
a 6t6 pr6par6e avec d.e I'eau pr6lev6e imm6diatement
1,5 m" d'eau
auparavant
dans Ia lagune. Ont 6t6 dissous dans environ
pour le premier
2,55 kq pour Ie
3,30 kg de chlorure
essai,
de lithium
dans
second, Lrinjection
a 6t6 effectu6e
d la sortie
du pr6traitement
a dur6 chaque fois
Ie tuyau dralimentation
Lrop6ration
de la lagune.
environ
90 min, afin
de jet.
de r6duire
I'effet
4 - 3 E q u i p e m e ndte l a l a g u n e
4-3-1
Mise
en pJace
du quadriTTage
de
points
de pr4Tdvement
d'eau
Lors de la premiEre campagne, pour r6aliser
des pr6ldvements
dans la lagune m6me sans trop perturber
I'6coulement,
un r6seau de
1a bouteille
cAbles porteurs
a 6t6 mis en place au-dessus du bassin,
(d clapet)
pr61€vement
et d 1a profondeur
6tant
immerg6e i 1'endroit
pr6vus gr5ce i un systdme de t6l6ph6rique.
4-3-2
Modification
de fa
g6om4trie
de la
de
Tagune
de se
et de tenter
hydraulique
Dans Ie but d'allonger
Ie parcours
on a
rapprocher
de conditions
favorisant
un 6coulement en piston,
de la lagune. Ces chicanes
ensuite
disposS quatre chicanes
en travers
suspendue aux cdbfes
sont constitu6es
d'une feuille
de plastique
porteurs
pour le prenr-ier traEage'
de manidre d emp6cher
Iest6e
utifis6s
du bassin.
Une cinquidme
tout passage par fe fond ou contre
les parois
fa
de Ia digue pour diviser
cloison,
install6e
dans Ie prolongement
par le vent
lagune ne d.eux compartiments
ind6pendants,
a 6t6 d6chir6e
et a dtr etre retir6e
le lendemain de l-'iniection.
Cornport ement itgdraulique
4-3-3
d' tme Lagune
203
Mesure des d6bits
ont
d'entr6e
l-es d6bits
de mesure directe,
Faute d'une possibifit6
des
des temPs de fonctionnement
de ltenregistrement
6t6 6valu6s a partir
et de
des temps de remplissage
La mesure r6p6t6e
pompes de relevement.
moyen de
Ie d6bit
a permis de calculer
vidange des baches de reprise
de cette
la pr6cision
m6diocre,
chacune des pompes. Quoique relativement
6l6rnents
de Ia nanipulades autres
avec celle
m6thode a paru cohdrente
pour les calculs
d'interpr6utilis6s
de sortie,
tion.
Quant aux d6bits
d'un chenal
a exig6 L'installation
leur ddtermination
du tragage,
tation
a
triangulaire
termin6 par un d6versoir
de mesure, canal rectangulaire
int6graet d'un dispositif
i bulle
bulle
30", 6quip6 d'un limnigraphe
Ie pr6leveur
C'est dans ce canal- que plonge Ie tuyau alimentant
teur.
instantan6toutes
les 45 minutesqui r6alise
un pr6ldvement
automatique,
4-3-4
Donndes net6otofosisues
sur un pluviometre
ont 6t6 lues directement
de pluie
Les hauteurs
des vents
La direction
et f intensit6
en bordure du bassin.
install6
De m6me, Ia
que pendant Ie second tragage.
pu 6tre enregistr6es
n'ont
sondes disposdes
de trois
A I'aide
a 6t6 suivie
de l'eau
temp6rature
- 40 cm, - 120 cm), et enregistr6e
(subsurface,
sur une m6me verticale
en continu du 26 mars au 15 juin 1982.
4 - 4 D 6 r o u l e m e ndt e s t r a g a g e s
a commenc6 1e
un traEage
Sr:r Ia lagune dans sa forme initiale,
jusqu'au
a 6t5 suivie
du Iithium
30 novembre 1981 et la concentration
campagne a comport6 deux op6rations
20 f6vrier
1982 (84 jours) . cette
:
simultan6es
-
Ie
pr6ldvement
d'6chantilfons
d fa
sortie
du bassin,
- un suivi
de 40 emplacements
a partir
de Ia lagune,
de I'ensemble
(figure
2) .
sur 9 transversales
mesure r6partis
de
NIVEAUOU
Figtue 2
Position des etnplacements
de mesute (1er tragage)
06?m
204
quotidiennement
4 6chantillons
on a constj-tu6
En sortie
de bassin,
de 45 nin,
d intervalles
de 8 pr6lavements
instantanes
moyens a partir
on a g6n6raleau total
soit
Sur Ie bassin lui-m6me,
327 dchantillons.
6chelonn6s
en profonment r6al-is6
en chaque emplacement
3 pr6ldvements
'7,
5,
I et 9, qui
deur (0,3 m, 0175 m, l,2O m) , sauf sur l-es profils
104 points
pas comport6
: au total
n'ont
de pr6l6vement
a mi-hauteur
on a r6alis6
de mesr:re, Au cours de Ia premidre
semaine du tragage,
de pr6ldvements,
au cours de Ia seconde semaine' une
3 s6ries
2 s6ries
2 s6ries
par semaine au cours des quat::e semaines suivantes,
enfin
s6rie
7 144 6chantillons.
a intervalle
repr6sentenL
d.e 2 semaines. Ces 11 s6ries
6tendu du ler mars au
Au cours du second tragaqfe, qui s'est
en sortie,
l-es concentrations
23 septenbre
7982, seules ont 6t6 suivies
par jour pendant 6 semaines, puis d'un
d raison de 4 dchantillons
par jour seulement pendant 5 mois (301 6chantillons).
6chantillon
Une
cinquantaine
ont 6t6 effecinstantan6s
compl6mentaires
de pr6levements
tu6s pendant les six mois suivants.
d'observation
Cette longue p6riode
pendant
le printerops
a 6t6 impos6e par Ies faibles
d6bits
enregistr6s
et l'6t6.
4 - 5 E x p l o i t a t i o n d e s d o n n 6 e sd u q u a d r i ll a g e
les zones
Le quadrillage
a 6t6 congu pour permettre
de localiser
staqnantes
et Les courants
de court-circuit.
On a escompt6 y parvenir
pour chaque
en tragant
les cor:rbes d'6gale
concentration
en lithiun
campagne de pr6ldvement
lr6volution
de leur r6seau. Dans
et en analysant
pour chaque point
r:ne d6marche plus synth6tique,
6galement
on a calcul6
par :
un "temps de r6sidence",
6va1u6 ind6pendamment
du d6bit
@ - @
Ti
= I otci (t)
dt,zl s ci (t)
dr,
Ci 6tant
la concentration
mesur6e au point
i et au lemps t. Comme 1a
p6riode
pour que les
d'observation,
reste
insuffisante
bien que longue,
teneurs r6siduelles
puissent
en lithiun
6tre tenues pour nSgligeables,
on a ajust6
les "queues de courbes"
n6gatives
sur des exponentielles
pour achever lrint6gration.
des d6bits,
ces
A cause de la variabilit6
qu'en valeur
relative,
ne doivent
6tre consid6r6s
"temps de rdsidence"
connoe les indices
d'une tendance.
4 - 6 E t a b l i s s e m e ndt e s c o u r b e sd e D . T . S . - A j u s t e m e n at d e s n p d E l e s
g6n6raleEn site r6el,
Ie bilan
est rarement 6quilibr6,
du traceur
: apr€s extrapolation,
r6cup6r6e
atteint
ment d6ficitaire
J-a fraction
(obligatoirement
Ia distribution
norm6e) des temps de
n. Pour obtenir
en ajustant
s6jour,
il
faut donc proc6der
d. une premiere
correction
fictivement
en proportion
intro$uite,
c'est-d-dire
Ia masse de traceur
y = C/rFo,
en prenant
de = 1.
cornme variable
de fagon que J6f(e)
Le cal-cut du temps moyen (r6duit)
des valeurs
de s6jour 6 donn. ici
infErieures
d I'r:nit6,
sugg6rant
1a pr6sence de volumes morts,
V- = V(1 - 6). Afin de poursuivre
tous les modeles
I'interpr6tation,
ciSmparatifs
auxquels
il- sera fait
appel supposant
0 = 1, une seconde
A ramener
correction
initiale,
doit
€tre apport6e
sur l-a concentration
au seul volume participant
activement
Va = 0.V. La DtrS
d 1'6cou1ernent,
Conrportement LtydrauLique dt une Lagune
205
0' = 8/6 sg y' = yd :
avec 1es variables
€tudi6e
sera donc finalenent
Ies irr6gutaritds
su, des noddles th6oriques,
C6,znco. Pour I'ajustement
qui marquent
interdisent
Ia courbe exp6rinentale
de
et 1es accidents
pour 6valuer
r6elle
les coeffiaux moments de Ia distribution
recourir
drappr6cier
la qualit6
de
du mod€Ie. on a estim6 suffisant
cients
par sirnple compalaison
visuelle.
I'ajustement
EXPERIMENTAUX
5 - nEsut-TATS
5-1 Premiertragage: Iagunedanssa formeinitiale (30 novembre
198120 f6vrier 1982
5-1-1
M6t6orologie
Les donn6es pluviom6triques
sont r6sum6es par Ia figure
3. A souligner
Ie caractCre
d fait
du mois de d6cembre 1981, avec
tout
exceptionnel
ph6nom€ne diune p6riode
de lrordre
286 m de pluiel
de retour
de 50 ans.
La temp6rature
entre
de I'eau
a vari6
de 5 i L2 "C, avec des 6carts
surface
et fond allant
de 0,5 a 5 oc,
Figure 3
Plutsion1tv,ie merlsuelle pendartt La dunde
de traeage (rpuernbz,e 1981 des opdtwtions
septemb"e 19B2).
5-1-2
Debits
(pompage et pr6cipitaregus
La figure
4 donne le cumul des dSbits
a 1a pluviosit6,
Ii6s
et
tions).
des apports,
On note I'irr6gularit6
(en
direct
du bassin
I'importance
de I'impluvium
de Ia contribution
sont
- Les debits
de sortie
d€cernbre, Ie quart
du voh:me de celui-ci)
du r6gime
des conditions
represent€s
par Ia figure
5 : nous sonmes loin
permanenc.
206
Scienees de Lteau 3, no 2
Ftgw,e 4
cwn'Llds
Ddbits d I altmentation
pendant La pdriode du 1er tragage.
Figure 5
Ddbits en sortie de Lagune
pendant La pdriode du
7er tTagage.
5-1-3
BiTan
hgdraulique
Ie bilan
hydraude Ia cuvette,
Compte tenu de f imperm6abilisation
- 6vapo= volume pomp6 + pr6cipitations
Iique
sr6crit
: volume sortant
et les volumes mesur6s en sortie
La diff6rence
entre
les apports
ration.
sur le d6bit
avec f incertitude
A 10 8, 6cart compatible
est inf6rieure
du d6bitmetre.
des pompes et la pr6cision
5-1-4
Exploitation
du quadrilTage
d 2, 5, I
concentration
La figure
6 repr6sente
les courbes d'6gale
Les courbes
d'une moyenne sur chaque verticale.
a partir
et 12 jours,
7 pour quelques
sur Ia figure
sont report6es
d'6gal
"temps de r6sidence"
du bassin.
compartiment
du premier
sections
transversales
Comportement hyfu'auLique d' une Lagune
207
6
Figure
(en yg/L de Li)
en traceut'
Courbes dt€gaLe concentz'ation
aprAs L'iniection
et 10 jours
B jotns
5 iou.ns,
2 jotlz's,
(rsaLetu moaenne sltr urle uerticale)
5-1-5
Concenttations
mesurees en sortie
de bassin
dans l-a
du traceur
d'un m6lange homogene irun6diat
Dans lrhypothese
atteindrait
du lithium
Ia concentration
du volume de Ia lagune,
totatit6
du temps des valeurs
graphique
en fonction
t6B US/I (Co), Le report
sont
traces
(figure
8) montre que les premieres
mesur6es en sortie
et que la
moins de 24 heures aprEs I'injection,
observ6es trEs t6t,
150 Ug/1 en 6 jours'
: 100 Uq/l en prEs de 4 jours,
mont6e est rapide
marqu6e
intervient,
Aprcs un maximum e rco Vg/I a 8,3 j, la d6croissance
(206 Vg/I vers 72t5 ), 166 U9l1 a 27 )),
mais brefs
intenses,
d'incidents
(10 m,/s en moyenne
de d6cembre
venteux
qui suivent
de peu les 6pisodes
de 25 m/s),
Ie 11 et Ie 23/24, avec des rafales
svr 24 heures cons6cutives
pluies.
chaque
accompagn6 de fortes
(mais non Ie second) 6tant
Ie premier
de
subs6quente
compens6 par une l6gEre depression
pic est partietlement
pour des teneurs
a 6t6 interrompu
Le suivi
la courbe des concentrations.
r6sidueltes
de I'ordre
de 10 UgLi,/I.
208
.
Sciences de L'eau 3
lOm
no2
.
,
lOm
,
,-,ii "''e
''[$i
W f-.J
@
@
2m
tzdu.re /
colurbes dtdgal "ternps d.e rdsidencet'
(en heu.z,es) sut Les profiLs no 2, 4 et
6 (cf. figure 2). En traits
pLeins,
interpolation
d Ltintdrieut:
du
rectarqLe des points de mestrne I en
pointilld,
entz,apoLation.
@
concenlrolion Li en
f s'l-'
TTYY
Y vilessemoy.du rrenl)7 rn/s
Y
)9m/s
en heune
200
100
600
800
10m 12m 1100 16m
€m
20m
Fi..gure I
Premtez, tragage : coneent?ations en Lithiun d La sortie du baesin
en fonetion du ternps rdel, auec ind.ieation des jouz,ndee de uent font.
Conrportement hydrauLique
dtune
LagurLe
209
5 - 2 S e c o n dt r a q a g e : l a g u n ee q u i p 6 ed e c h i c a n e s( 1 e r m a r s 2 3 s e p t e m b r e1 9 8 2 )
5-2-1
M6t6oroJogie
On se reportera
a Ia figure
3 pour une synthdse
des donn6es pluviom6triques.
A noter un mois d,avrif
sans aucune pr6cipitation.
Sauf en
mars, les apports
dj-rects dus d Ia pl-uie (160 d.22O m3/mois) ne compensent pas lrdvaporation,
qui a vari6 d,e 2,5 a 5,5 mm,/j (6 a 14 n3/)) .
Au printemps,
les temp6ratures
nocturnes
sont trCs inf6rieures
aux
temp6ratures
diurnes,
et on a pu observer
d plusieurs
reprises
des
ph6nom€nes drinversion
dans Ie bassin
: en cours de nuit,
Ia temp6rature de l-a surface
plus faible
devient
que celle
A mi-hauteur,
puis Ia
d6passe d.e nouveau en fin de matin6e.
La tranche d'eau supdrieure
do.it
donc 6tre anim6e de courants
de densit6.
La journ6e du 2 mars a 6t6
marqu6e par des coups de vent violents.
5-2-2
D6bits
Seuls les d6bits
en sortie
de l-agune ont 6t6 enregistr6s
(figure
9).
AprEs un premier mois caract6ris6
(61 mi/j
par des d6bj-ts 6lev6s
en
moyenne), 1'6coulement
fluctue
au-deld de 40 jours
de part et drautre
d'une valer:r moyenne de 27 m3/j. Avec un mode de I'ordre
de 20 m3/j,
journariers
la distribution
des d6bits
peut 6tre ajust6e
sur un modEle
Iog-normal.
La variabilit6
au cours de Ia journEe est r6v6l6e
par le
fait
que 43 t des d6bits
horaires
sont inf6rieurs
d 0,5 m3lh.
Figuz,e 9
Ddbits jow,rnLiers
d.
La sortie de La Lagtme
(pdr"tode du 2dme tuagage).
0l_03.02
5-2-3
Concenttations
mesurees en sortie
23.09-62
de bassin
2 55O q de chlorure
(4Ll g de Li),
de lithir:m
ont 6t6 injectSs
donnant Co = 728,5 1l,g/L. Le traceur
apparait
presque aussien sortie
t6t aprds f injection
(figure
10). Le maximun (138 Ug/I)
est rapidement atteint,
en 2 semaines environ.
La concentration
ddcroit
ensuite
r6guli€rement
maj-s, au-deld
de 4 nois,
s'installe
une train6e
d peu
prds uniforme,
jusqu'd
qui perdure
t'interruption
du suivi
syst6matique
Ies observations
uLt6rieures
montrent
1a reprise
de la d6croissance.
,
21A
Sci.ences de L'eau 3
no2
Y vilesse moy. du vent )7 rn/s
Figt'u'e 10
Second tragage - Concentrat'Lons en Lithiun d La sortie de La Lagune
temps TdeL, aoec ind.ication de La jourruie de oent fort
ert fonction'du
(premidres heures du bnaqage),
6 - TNTERPRETATIoN
6 - 1 P r e m j e rt r a E a g e( 6 t a t i n i t i a l
6-1-1
de la lagune)
Mouvement du traceur
(figure
un
6) r6vdlent
d.2 jours
Les courbes d'6gate concentration
(
M
/
V
)
d
e
d
6
p
a
r
t
m
o
y
e
n
n
e
c
o
n
c
e
n
t
r
a
t
i
o
n
L
a
m
6
l
a
n
g
e
i
n
i
t
i
a
l
'
m6diocre
100 pg,/I,
or, on ne d6passe qu'en un point
168 Vg/L;
atteindre
devrait
vers 80 1-.tg/l . rI faut
se tenant
Ia moyenne aux abords de f injection
dans Ia
surtout
6ta16 au fond du bassin,
s'est
supposer que Ie traceur
6t6 tramince pour ne pas avoir
en couche suffisamment
zone d6prim6e,
nappe
de cette
: I'6paisseur
de pr6l6vement
vers6e par l-a bouteille
A
6tant effectu6
d' O,2 m, Ie pr6levement
inf6rieure
serait
"rampante"
comprise entre 1,2
compartiment
du premier
1,2 m pour rrne profondeur
et on
suivants
au cours des jours
eL 1,4 m. Le m6lange s'am6liore
ou du moins
du bassin,
de I'ensemble
constate
une rapide homog6n6isation
moyennes calcul6es
les valeurs
: apr6s 12 jours,
explor6es
des r6gions
Compoxtement
hAdrauLique
dtune
Lagune
se tiennent
toutes
dans la plage 118 - 137 VS/L (t 7 ? par
Ia moyenne g5n6rale).
Lrincertitude
sur les dosages 6tant
6 z, on est en droit
de srinterroger
sur la siqnification
aussi minimes.
si,
dans une certaine
mesure, la coh6rence
successifs
peut rassurer,
r'hypothase
d'un artefact
nrest
a 6carter
totalemenL.
211
rapport
a
de 1'ordre
de
de diff6rences
des sch6mas
cependant pas
La couche rampante n'est
probabl-ement
pas int6gr6e
rapidement
d
fr6courement.
Deux indices
re lai-ssent
penser
: la teneur en Eraceur
augmente aux abords de I'ouvrage
de reprise,
et surtout
les der:x
p6riodes
de temp6te de d6cembre ont 6t6 suivies
de d6parts
importants
de lithium,
ce qui suggdre I'effet
de ph6nomEnes (appel hydraulique
par
mise en vitesse,
formation
de roureaux
sous I'action
du vent)
remontant
en surface
des 6l_6ments des niveaux
profonds,
une constatation
importante
est I. absence apparente
d.e zones morE.es :
elles
ne pourraient
qu'6tre
localis6es
au fond du bassin,
ce qui serait
en contradiction
avec I'existence
proba-bre d.'une couche rampante, entrainant temporairement
une fraction
notable
du traceur.
L'homog6n6it6
est
confirm6e
par ilexamen des courbes d'6gar
en plan
"temps de r6sidence,',
comme pour des profils
quelques r6serves
successifs,
qu'on puisse
faire
sur la l6gitimit6
des calculs
qui ont permis de les tracer.
chacun des
deux compartiments
du bassin
apparait
relativement
homogEne, sans 6coulement pr6f6rentiel
marqu6, tandis
que, sur res coupes transversal-es,
une tendance
est observ6e
i des cheminements
un peu plus rapides
en
profondeur,
parfois
aussi Ie long des parois
(figure
7) .
ces r6surtats
montrent
globalernent
assez proche
que r'6courement
dans
d'un m6lange parfait.
6-1-2
ajustement
Interprdtation
et
des courbes
ra masse des eaux est
de D.f.S.
Lrextrapolation
de Ia "queue de courbe" permet d,6ta.bli_r Ie bilan
du traceur,
dont ta r6cup6ration
est total_e (93,6 t a g4,3 j, derni€re
va]eur
exp6rimentale
+ 7,5 ? par extrapolation).
La DTS ddtermin€e
a
partir
des vorumes cumur6s montre un temps moyen de s6jour
o = 0,g97 < 1,
indice de la pr6sence d.'un vol_ume mort d'environ
330 m3 (figure
11).
Lorsqu'on
passe a ra DTS por:r re volume actif,
res modEres "to16rants"
plus
l-es
courants
se montrent
incapables
de d6crire
ra courbe obtenue.
La recherche
d'un ajustement
sur des modEres plus comprexes, constitu6s
de compartiments
in6gaux
en nombre sup6rieur
d, 2, a paru injustifi6e
:
ra d6termination
des coefficients
et des exposants de sornrnesd'exponen*
(en nombre 6gal d celui
tiel-les
des compartiments)
est incompatible
avec res fluctuations
de ra courbe exp6rimentale,
et tes hypothdses
sur
les caract6ristiques
du systdme qui auraient
pu en €tre d6duites
auraient
6t6 par trop hasardeuses.
Avec res moddles "exigeants",
de bons r6surtats
ont
un plston
diffusionnel
ferm6 avec un nonbre de p6clet*
* Le nombre de P6clet indexe Ie
mouvement propre de l ' e a u .
rapport
des actions
6t6 obcenus pour
p6 = 0,3 et
de diffuslon
au
2L2
pour un rnodele d'Hovorka*
surtout
fa = 0,42) (figure 12).
a deux unit6s
(n = 2, K = L,25,
o.1
Figure 11
des tentps de sdjotr
Pz,emietrtragage : courbe de distribution
pow Le uolune iotal du bassin (ertrapolation au-deLd' de 2'2 8) '
6 - 2 S e c o n dt r a E a g e( l a g u n e 6 q u i p 6 ed e c h i c a n e s )
6-2-1
BiTan
du ttaceur
jusqu'd
pr€s de
d'observatj-on
de Ia p6riode
Malgr6 1a prolongation
I'extrar
6
c
u
p
6
r
6
s
,
d
i
r
e
c
t
e
r
0
e
n
t
6
t
6
o
n
t
I
du tracerE
5 OO0 heures,73,5
avec
au total
7,9 z, soit
n = O,8I4 ; ceci contraste
polation
ajoutant
prelCvements
Des
premiere
manipulation.
de
Ia
6quilibrd
Ie bilan
profondeurs
et i diverses
points
du bassin
ponctuels
en plusieurs
au fond de la cuvette,
6lev6es
de lithium
des concentrations
montrent
(60 a B0 pg/I
aprEs 27
centimCtres
de quelques
sur une 6paisseur
les temperatures
Ie compartimentage,
d6bits,
Les faibles
semaines).
de pr6lEvements
une cinquantaine
Ie m6lange.
6tevSes ont d6favoris6
* C e m o d D l e ( H O V O R K A1,9 6 1 ) a s s o c i e n u n i t 6 s i d e n t i q u e s c o m p o r t a n t
c h a c u n e r J e u xm 6 l a n g e u r s , I ' u n p a r c o u r u p a r 1 e c o u r a n t p r l n c i p a l Q '
de volume f uV/n, 1'autre en d6rivation, de.volume (1..- f l,V/n' 6changeant avec fe premier 1e d6bit KQ. L'hypothdse d'unit6s identiques
f int6gration et surtout la d6terminatlon
est rlestin6e b faclliter
des coefficients f- et K B partir de la courbe de 0TS'
Conrpoz,tement hydrauLique
d' une Lagune
213
complEmentaires
effectu6s
au cours des six mois post6rieurs
d f interpas permis drobserver
ruption
du suivi
continu
nront
la sortie
de la
nasse manquante
: la d6croissance
des concentrations
se poursuit
r6gulidrement.
Le cinquiene
de la masse du traceur
se trouve
donc s6questr6
au fond de la lagr:ne.
rnccEleen pislon diffusionnelovec P6=0.3
Figute L2
Pnemien tmgage - Coutbe de WS pou! Le oolwne actif
da bassin
et tentatiue
su? un nod)Le en piston diffusionnel
d'ajustement
ferrnd
et sw un modAle dtHouorka.
6-2-2
Distribution
des tenps de s6jout
pour tenir compte de ce d6ficit,
AprCs correction
la courbe de DTS
donne 0 = 0,748 (figure 13) et-suggCre donc la pr6sence d'un voh:me
stagnant important (Vr = g1g nr). Come pr6c6dement,
un ajustement de
bonne qualit€
n'a pu €tre obtenu qu'avec un mod6le en piston diffusionnel ferm6 (P6 = 1,0) et un nodEle d'Hovorka (n = 2, k = 0,2O, fa = 0,70)
(figure 14). On notera cependant une description
n6diocre de Ia montde
perturb6e,
par f intervention
initiale,
setrble-t-il,
d'un ph6nomEne de
court-circuit
donnant une pointe marqu6e d 0'= 0,10, sans doute 1i6
aux coups de vent du 2 mars 1982.
6-3 Comparaisons
pour les deux exp6riences,
peut
La r6cup€ration
in6gale
du traceur,
apparaitre
pour Ia seconde.
m6diocre
Cette constatation
est pourtant
fr6quente
: ainsi,
on a pu rapporter
des d6ficits
de 45 et 23 t sur
des bassins
ot on a observ6
rectangulaires,
1'accumulation
du traceur
(un colorant,
r€duit
1es risques
de variation
dont l-rutilisation
de la
nasse volumique)
dans les cuvettes
r6sultant
des irr6gularites
du fond
( W A T T E R Se t a L . ,
des bassins
t973).
21-4
y=C/7Co
0.9
0.8
o.7
0.
0.
0.
0=Wv
Figtve 13
p-fS pory Le- uoLume total
Second traQage - Cottvbe de
(entxaPolation au-deLd de 2'2 8) '
du bassin
v'=C6./',Co
0.
g=g/-O
Ftgtne 14
du ba.ssin
Second tragage - Cowbe de OifS pow -19 uolume actif
sw tm moddle en piston diffusionnel
et tentatiue" d'aiustement
et sur tm modAle d'Hooorka'
Cornportement hydraulique
d I une Lagune
91q
A Hostens,
le d6lai
entre f injection
du traceur
et son apparition
en
sortie
nrest que de quelques heures,
lndice
d'une diffusion
rapide,
elle-m6me confirm6e
par les faibles
nombres de PSctet intervenant
dans
l-es moddles : les ph6nom6nes de diffusion
I'emportent
Iargement
sur l_e
mouvement propre des eaux. Quelles que soient
les conditions
d'alimentation,
l-a zone active
se trouve dans des conditions
de I'Ecoulement
trds proches
de celfes
du m6lange parfait,
le premier
tragage
montrant
un brassage encore plus intense
que Ie second (P6 = 0,3 et 1,0 en
piston
diffusionnel).
f,e rpdefe d'Hovorka
ne va pas d I'encontre
d,e
cette
interpr6tation,
puisqu'on
observe la r6duction
des 6changes entre
compartiments
: K tonbe de 1,25 a 0,20. Simultan6ment,
les zones
stagnantes
sont pass6es de 3OO i 800 mJ.
Lrorigine
d diff6rents
- Ia
-
diff6rence
de cette
qui cnt
facteurs,
modification
de Ia
de comportement peut 6tre
jou6 de concert
ici
:
gr6om6trie
l-es conditions
saisonni6res
ment et temp6rature).
attribu6e
de 1a lagune,
(d6bit
d'alimentation,
vent,
ensoleille-
La mise en place
de chicanes
a certainement
contribu6
a augmenter
Ia
proportion
de zones stagnantes,
en cr6ant
des culs-de-sac
et en compartimentant
l-'6coulement.
Si on met en balance les cons6quences d6favorables
de ce ph6nomene et la m6diocre am6lioration
du nombre de p6clet
de lr6coulement,
on conviend.ra que Ie bilan
de I'op6ration
est n6gatif
: l-e ddplacement
du maximum de l-a courbe de DTS de 0 = 0,14 a
0 = 0,24 ne compense pas Ia chute ae 6 de O,9O a 0,75,
avec 1a formation
de 500 rnr suppl6mentaj-res
de vol-ume morE.
On peut s'interroger
sur Ia r6a1it6
des zones stagfnantes individual-is6es par le cal-cul.
].eur existence
n'a pas 6t6 confirm6e
par I'exploration
du bassin l-ors du premier
tragage
: iL est vraj- que si elles
6taient
prEs du fond, elles
l-ocalis6es
ne repr6senteraient
gurune
tranche dreau inf6rieure
d 10 cm en moyenne, ignor6e par Ia bouteille
de pr616vement.
Surlout,
il est sans doute plus conforme d Ia r6alit6
de supposer
des volumes dont I'emplacement
et Itimportance
varient
avec
Ia direction
et Irintensit6
du vent,
6changeant Ientement
de Ia natiere
avec Ie courant principal,
cette
ne pouvant €tre saisie
"divagation"
par des m6thodes aussi globales
que Ie traEage,
m€me avec I'exploratj_on
d'un r6seau de points.
11 convient,
en outre,
de noter que Ia formation
et Ia stagnation
par
de ces zones inactives
sont 6vidernment favoris6es
Ie compartimentage.
L'essentiel
de I'6coulenent
se comporte donc comme une masse presque
homogdne. Le mouvement propre
des ear:x 6tant
incapable
d lui
seul,
et
de loin,
d'assurer
la turbulence
n6cessaire,
L'intervention
dragents
ext6rieurs
doit
6tre postul6e.
Lrobservation
directe
des courants
de
surface
par un vent m6me mod6r6 (quel_ques metres par seconde)
induits
suffit
a montrer
f importance
de ce paramdtre,
d6jd soulign6e
a maintes
reprises,
par les probables
confirm6e
remont6es
de Ia nappe rampante
not6es rors des temp€tes de d6cembre 1981. pans re site
abrite
d'Hostens,
Le vent semble cependant avoir peine a annihil_er
une stratification
thernique
bien 6tabl-ie.
II pourrait
ne pas en €tre de m€me sur des
bassins plus vastes et bien d5gag6s. Un autre phSnom6ne d consid6rer,
du moins en saison chaude, est lrinversion
nocturne
de temp6rature
entre
l-e fond et Ia surface,
g6n6ratrice
de courants
de convection
dont
f importance
pour Ie brassage
doit
appr6ci6e
€tre
en consid6rant
le
temps de s6jour
des eaux, suffisant
por:r amplifier
Ie r6le
de manifestations
en apparence mineures,
21-6
EN
T
7 - C O r u S E O U E NPCREAST I O U EPSO U RL , E T U O E ,L A C O N C E P T I O
L E C A L C U LD E S I N S T A L L A T I O N S
des bassins
attendues
d'6Puration
des performances
Pour lr6valuation
connues du
bien
formules
des
g6n6ralement
extrapol6
on a
de lagunage,
i des
r6f6rence
ou explicitement
inplicitement
faisant
G6nie chimique,
de
Marais
celle
probablement
est
connue
La
d'6coulement.
rnodEles
PIus
avec
d'un roelange parfait'
(MARAIS, lg74),
qui repose sur I'hypothEse
Au vu des essais
maniable.
i une expression
d'aboutir
lrhvantage
diffusionnel
i un rnodEle de piston
que I'ippe}
apparait
il
d'Hostens,
d'amdlioration
sans aPporter
le calcul
(TIIIRUMURTHI, lg74) complique
des constantes
la forme et les valeurs
tant
sontincertaines
effective,
(d6bits
et
Les ParamCtres
et variables
d'6lirdnation,
de Ia cin6tique
regus).
pollution
Lesotr€rationsontr6v6l6quelecomPartimentagen'am6liorepasla
Les
le voh:roe des zones stagnantes'
qu'il
tend d accroitre
DTS, alors
des agents n6t6odoninant
que, compte tenu du role
dur6es Sont telles
ne
des r6acteurs
de 1'hydraulique
classiques
les concepts
rologiques,
en ignorent
car ils
de lagunage,
aux bassins
sont guere extrapolables
I'emportent
les mouvements al6atoires
En fait,
sp6cifiques.
Ies ficteurs
des
d6bits
I'arriv6e
de
g6n6ral
r6sultant
mouvement
Ie
de beaucoup sur
a traiter.
que les courtsrcntre
sinple
un calcul
du nod61e de Marais,
A partir
que
que les esPaces morts ' P1ut6t
sont encore plus d redouter
circuits
rtpistonrr'
I'5tude
type
du
6coulement
un
d'obtenir
Proche
de tenter
les stagnations
de limiter
devra donc s'efforcer
des bassins
hydraulique
Ies
s
6
jour'
d
e
d
u
t
e
n
p
s
1
'
6
c
h
e
l
l
e
A
I
e
s
c
o
u
r
t
s
c
i
r
c
u
i
t
s
.
et su.rtout
lr€coumodifier
suffisament
du vent peuvent
de la direction
variatj_ons
alors
Ie voh:me des culs-de-sac,
au volume actif
lerDent pour incorporer
n6anmoins
faut
I1
srrite'
par
la
repris
qui
seront
se creentp
que dtautres
de
pas I'isolernent
qui ne favorise
une forme g6on€trique
rechercher
illusolre
q
u
t
i
l
6
t
a
i
t
a
m
o
n
t
r
e
d
r
H
o
s
t
e
n
s
l
,
'
e
x
p
€
r
i
e
n
c
e
masses stagnantes.
des eaux ou
Ie trajet
d I'exc€s
y parvenir
en contournant
d,escompter
Ie systCme d'6pis.
en compliquant
de la
En raison
est plus contraignante'
de court-circuit
La condition
une
par
vent'
Ie
induites
d'6coulement
des
directions
variabil-it6
compte tenu de Ia direction
satisfaisante
en apparence
configuration
cl-rconsdans d'autres
d6favorable
pourra
5e r€v6ler
des vents dominants
du t1rye "aller
un trajet
imposant
utt" chicane
tances net6orologiqn.".
aux vents dominants,
perpendiculairement
si possible
orientee
et retour",
dr€tre
l'avantage
avec
principe,
en
convenabte
une
disposition
constitue
qui guide les ear:x' Enfl-n'
l6gcre
une cloison
si clest
peu on6reuse
pour IrLndividuaindispensable
des bassins,
hydraulique
i, independance
Iisationdebioc6nosesdiff6renci6esdontlasuccessionassureraun
ne Peut 6tre obtenue Par un simple
d'6puration,
satisfaisant
niveau
une coupure plus efficace'
pr6voir
faut
: iI
r6trecissement
Conportement hydnaulique
dt une Lagune
217
8 - corucr-usloN
Le suivi
par tragage de Ia lagune d'Hostens
a apport6
Ia preuve que,
compte tenu de I'action
dominante
du brassage
dO au vent et aux couranrs
global
de convection,
le comportement hydraulique
drun bassin ne s'6cargu€re du m6lange parfait
tait
et que 1e cl-oisonnement
obtenu par Ia
mise en place de quelques chicanes nram6l-iorait
pas 1a situation,
bien
au contraire.
Les th6ories
classiques
de lrhydraulique
des r6acteurs
pas 6tre appliqu6es
ne doivent
sans restrictions
d. ces ouvrages,
ce qui
peut renettre
en cause quelques
admises.
dj.spositions
courannent
REMERCI EMENTS
Ce travail
a b6n6fici6
d'un fj-nancement par le Conseil
G6n6ral de la
que nous tenons A assurer
Gironde,
de notre
gratitude.
Nos remerciements
vont egalement d Monsieur Ie Plaire drHostens pour les facilit6s
qu'il
nous a accord6es.
R E F E R E N cB
EISB L I o G R A PoHUI E S
DRAKIDES C., DJAD]ADININGRAT A. EtUdE dE
et de
I'influence
de Ia stratification
l'6vaporation
sur la caracterisation
de I'dcoulenent
en Iagunage dans le cas
de nodCles de laboratoire,
dans "Atti
del convegno internazionale
su Fitodepurazj-one e inpieghi
delle biomsse
prodotte'r,
Pam,
Centro Ricerche
prodwlonl
aniEli,
degli
Universita
studi,
1981, 299-3L9.
TIIIRUMUATHI D. Design criteria
ponds. J. Hat.
stabilization
Fed,, 1974, 9, 2094-2106.
for
P)LL.
waste
Contr,.
UHLI'IANND. BOD rercval
rates of waste
ponds as a funcLion
stabilization
of
Ioading,
retention
time,
teDperature
dd
hydraul-ic flow patterns.
tlat. Res,, 1979,
2,193-2OO.
HOVORKAR.B. An aslDnetric
residencetine distrlbution
rcdel
for flow
syst@s.
Ph. D. Itlesis,
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W A T I E R SG . 2 . , M A N G E L S O N
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systens and chemical- reactors.
rnc., New York, 1975, 570 p.
flow
M, Dekke!
Revuefrangaisedes SCIEilCES
0E I'EAU,3 (19841
et confErences
Colloques
Meetings
FONTAINEBLEAU
3-Z juin'1 985
Symposium International
APPROCHE
S T O C H A S T I O UD
EE S
E C O U L E M E N TSSO U T E R R A I N S
du
Organis6 par 1e GRfC0 d'hydrologie
C N R Se t I ' E c o l e d e s M i n e s d e P a r i s
dans 1a s6rie des 16unions internationales
du comit6 des f'lil-ieux Poreux de 1'Assode Recherche
ciation
Internationale
Hydraulique tAIRHI .
de 1'appui
b6n6ficie
Cette manifestation
des
internationale
de I'Association
H r i r l r n z 6 n ln o r r e s I A T H I, d e I ' A s s o c i a t i o n
des Sciences Hydrologiques
internationale
TAIHS), du bureau de Recherches G6ologiques
( B R G I Y ) .d e 1 ' I n s t i t u t
Frangais
et llinidres
de la Soci6t6 Hydrodu P6trole tlFPl,
tcehninrre rle France (SHFI et de I'lJNESC0.
o
r \Ê^ r- r^ ri E t E- ^r -r -E^r^L+r-E t t L D .t
G. de IVIARSILY
I EG
G R E D OI-] Y D R O G E O L O
Ecole des lulines de Paris
G6ologique
Centre d' informatique
35, rue Saint-Honor6
7 7 3 05 F O N T A I N E B L E A C
UE
- DEX
FRANCE
TEL. t 6) 422.48 ,21
T e l e x : N I N E F O N6 0 0 7 3 6 .
ReyuefrangaiEedes ScIEilGESllE I'EAU,3 (198412lg-240
parflottation
Etudedela clarification
Application
i las6paration
delibrespapetiires
Studyof clarifying
byflotation,
applied
to cellulosic
fibersuspensions
M , B O U K L I - H A C E NTE
I .XR, E N A U D *
R6sum6
L a q u a n t i t 6 d ' a i r r 6 c u p 6 r a b L es o u s f o n m e d e b u l L e s o a r d 6 t e n r e
d ' e a u p n e s s u r i s 6 ea i n s i q u e t e d i a m B t r e d e s b u I L e s p r o d u i t e s
s o n t m e s u r 6 ss u r u n e i n s t a L L a t i o n p i L o t e p o u r d e s p r e s s i o n s
de service comprises entre 2 et 1O bars. Le facteur de satun a t i o n p e u t a i n s i 6 t r e d 6 t e r m i n 6 d e m 6 m eq u e L ' e f f i c a c i t 6 6 n e n g 6 t i q u e d u g 6 n 6 r a t e u rd e b u L L e s ,n o t i o n i n t r o d u i t e A L ' a i d e
d ' u n m o d d l eq u i r e [ i e L e d i a m d t r e m o y e nd e s b u l - L e so b t e n u e si
La oression de ser"vice.
La clarification
p a r f t o t t a t i o n d e s u s p e n s i o n sd e f i b r e s p a p e tidres, 6tudiee sun une instaLLation piLote dont Le facteur de
s a t u r a t i o n e t L ' e f f i c a c i t 6 6 n e r g 6 t i q u e s s o n t i n d 6 p e n d a n t sd e s
c o n d i t i o n s e x p 6 r i m e n t a I e s , p r 6 s e n t e u n e e f f i c a c i t 6 m a x i m u mp o u r
u n e q u a n t i t 6 d e c o L L e c t e u n d o n n 6 e p o u r u n n a p p o r " tf L u x d e b u L I e s
s u r f l u x d e s f i b n e s v o i s i n d e 2 0 0 . U n m o d d t ed e f [ o t t a t i o n d o n r
tes variables sont les flux de bul[es et de particules solides
a e t 6 d 6 v e l o p p 6 : i L t i e n t c o m p t ed e L a f i x a t i o n d e s b u l L e s
sur Les particuLes, de La coaLescence
de butLes sur Les agr-6gats et de La destruction des agr'6gats; iI permetde repr6s e n t e r q u a L i t a t i v e m e n tI e s r 6 s u L t a t s o b t e n u s "
Laboratoire G6nie des Proc6d6s Papetiers, Ecole FranQaise rJe
Papeterie, B,P, 65, 38042 Saint-lvlartin d'Hdres
220
Summa
ry
The quantity of ain recoverable in the form of bubbtes by
e x p a n s ' i o no f p r e s s u r i s e d w a t e r , a s w e l L a s t h e d i a m e t e r o f
t h e b u b b t e s p r o d u c e d , a r e m e a s u r e do n a p i L o t p l a n t w i t h a
working pressure incLuded between2 and 10 bars. Thus, the
saturation factor can be determined as welI as the energetic
efficiency of the bubbtes generator. This notion has been
introduced with the aid of a model which connect the mean
diameter of the bubbles obtained with the working pressure.
T h e c I a n i f i c a t i o n b y f t o t a t i o n , o f , s u s p e n s i o n so f c e t l u I o s i c
fibens, studied on a pilot ptant which saturation facton and
e n e r g e t i c e f f i c i e n c y a r e i n d e p e n d e n to f e x p e r i m e n t a I c o n d i t i o n s ,
p r e s e n t a m a x i m u me f f i c i e n c y f o r a g i v e d q u a n t i t y o f c o l [ e c tor and the ratio of the flow of bubbles to the flow of fibres
c t o s e t o 2 0 0 . A f t o t a t i o n m o d e lw h i c h v a r i a b L e s a r e t h e f L o H s
of bubbles and solid particLes hasbeen worked out ; it takes
into accountthe fixation of the bubbleson the panticles,
t h e c o a t e s c e n c eo f t h e b u b b [ e s o n t h e a g g r e g a t e s a n d t h e
d e s t r u c t i o n o f t h e a g g r e g a t e s ; i t a t L o w st o g i v e a q u a [ i t a tive analysis of the obtained resutts.
I NTRODUCTI ON
par flottation
qui fait
appel
La sEparation
est un proc6d6 gravitaire
apparente
non pas d Ia densit6
r6elle
mais a Ia densit6
des particules
Selon Ia
de celles
sur lesquelles
sont fix6es
des buLles gazeuses.
sur
dimension
des particules
diamCtre
des bulles
d s6parer,
Ie rapport
qui conduit
est diff6rent,
taille
des particules
au maximr:m d'efficacit6
que quelques microns de
Ainsi,
lorsque
les particules
d s6parer n'ont
(enrichissement
diandtre
Ies bulles
sont
utilis6es
des n-inerais),
alors
d'une
beaucoup plus grosses que Les particules
s'agit
solides,
il
par moussage. Lorsque
est
separation
d s6parer
des particules
Ia taille
(traitement
sup6rieure
i 100 rricrons
les bulles
utilis6es
des eaux),
plus petites
que les particules
doivent
Ctre sensiblement
; iI s'agit
par flottation.
alors
d'une clarification
quelques
Les fibres
papetiCres
entre
est comprise
dont l-a longueur
centaines
est en
et quelques
mill-iers
de microns
et dont le diametre
plus petit
peuvent
par flottation
moyenne cent fois
€tre
s6par6es
(HELENE) en pr6sence d'un poly6lectrolyte,
qui
appe16 collecteur,
modifie
les propri6t6s
la
superficielles
et rend possible
des fibres
fixation
de bulles
La clarification
de faible
diamCtre d leur surface.
par flottation
de ces fibres,
est de lrordre
dont Ia masse volurnique
de 1,5 g.cm-',
mais qui, sragr6geant,
des fl-ocs de masse
constituent
fr6quemnent
un proc6d6
volumique
apparente
voisine
de 1 g.cm-",est
dans les
papetiere
pour r6cup6rer
les fibres
utilis6
dans I'industrie
(HURST-GALL).
effluents
de machines d papier
221
par fLottation
Clatification
des paramdtres
agissant
de telles
fibres.
Son but
d Ia s€paration
s6lective
Cette 6tude est consacr6e d I'identification
par flottation
sur Ie rendement
de s6paration
est de permettre
lrextension
de la flottation
des fibres.
qui assurent
Les bulles
la flottation
des particules
a sdparer
sont
par d6tente
habituelleroent
produites
d'eau pressurisSe
satur6e
en air.
Deux typ€s d'informations
ces bulles
concernant
doivent
6tre
disponibles
si l'on
d6sire
nodEliser
Ie proc6d6
: leur
diamCtre
flux,
et leur
deux
grandeurs
qui sont la plupart
du terops regroupSes
de fagon indiscernable en terme de flux
d'air
d6gaq6. Nous avons donc, d'une part,
mesur6
Ia quantit6
d'air
r€ellement
disponible
dans les conditions
de 1'exp6rience
granulom6trique
et, d'autre
d6termin6
le slEctre
des bulles
Inrt,
produites
en fonction
de la pression.
La quantitd
de collecteur
n6cessaire
d I'obtention
de I'efficacit6
maximale 6tant
d6termin6e
dans des conditions
standards,
nous avons
6tudi6
les variations
efficacit6
en fonction
de cette
du rapport
flux
de, bulles
sur flux
de fibres
et 6tabli
un modCle repr6sentatif
de ces
variations.
N B U L L E SP A RD E T E N T D
1 = PORI,IRTIO
DE
E' E A UP R E S S U R I S E E
qu'il
La quantit6
par unit6
maximale d'air
est possible
de dissoudre
de voh:me d'eau est fonction
de 1a pression
maintenue
drair
arr-dessus
de Ia solution
et suit
approxj-mativement
la loi
de Henry qui s'6crit
:
C = kr.p
De fait,
6gale d :
Ia
quantite
d'air
effectiverent
dissoute
est
plus
faible
et
cx = kT.F.P.
ot) F est Ie facteur
de saturation,
Cette grandeur
exprime
1'efficacit6
de I'op6ration
sous pression
de saturation
intCgre
la variation
r elIe
de solubilit6
due d.Ia pr6sence drespCces chimiques
en solution
et
Irefficacit6
qui assure Ie contact
de 1'appareil
entre l,air
sous
pression
et I'eau.
les conditions,
F doit
€tre d6terQueIIes que soient
min6 exp€rimentalement.
Quant
d6tente
tion
:
a la quantit€
rdcup,Sra-ble sous forme de bulles
d'air
d'une unitd
de volurne dteau pressuris6e,
elle
v6rifie
(11
q=Cx-Co=kTF,P-*ro."o
oU Tq est la tentr€rature a laquelle
P6 est Ia pression de ddtente.
apres
la rela-
s'effectue
la d6tente
;
222
Sciences de Lteau 3' no 2
T e c h n i q u ee x p 6 r i m e n t ael
Lemontaged6critfigurelpermetdemesurerlevolumed'airlib6r6
d P6 = 1 Atmr dans de lreau satur6e
aprds d6tente
sous forme de bulles
T et pressicns
temp6ratures
d diverses
a T0 = Lg "C, d'eau pressuris6e
P.
aircompnme
syslanede relevaqe
de le cloche
Installation
Figure
1
permettant
La mesut,e de La quantitd
Libdz'de paz, ddtente
d'eau pyessltrisde
d'aiz:
Le volume gazeux cbtenu par d6tente
est mesur6 aprds 6quilibrage
de
1a pression
entre lrint6rieur
du gazomdtre et 1'ext6rieur
et stabilisade 1a temp6rature
tion
d 19 oC i 1 "C. La teml€rature
du saturateur
est,
quant d eIIe,
par immersion
maintenue
dans un
constante
du saturateur
bain 16916 a t 0,2 oC.
Le volume d'eau pressuris6e
d partir
d6tendu est d6ternin6
vation
du niveau de lreau dans le gazom6tre dont les parois
glass sont transparentes.
Les expdriences
traitSe.
sont
toutes
conduites
sur
de I'eau
de l'616de plexi-
du robj.net
non
par d6tente
Le diametre
des bulles
obtenues
dans la cellule
de flottation
a 6t6 d6termin6
par mesure directe
sur des agrandissements
de
photographies
prises,
du
sur fond noir,
des nuages de bulles
sortant
m6langeur.
La figure
pour
2 repr6sente
la coupe du montaqe r6alis6
prendre
les photographies.
Un r691et est p1ac6 dans Ie
d'avoir
une r6f6rence
objective
photographique
afin
champ de 1'appareil
pour la mesure des diam€tres
de bulles.
f7v enri
L
v
eJ
fi.nntt'.n
nflP
223
fT.otLatiOn
---l
_._.
I,dg- dt ,vnr-to-
L
flash
p r o f .d e c h a m p
b o r t i e rp h o t o
diflecteur
vanne Polnteau
Fi.gure 2
permettant de photographder Les bulles
fnstaLlation
obtenues pax &ltente dteau pressurtsde
R6sul
tats
q d'air
d I atmosphdre
Les quantit6s
obtenues
d 19 oC par d6tente
d'eau pressuris6e
a 19 oC et 30 oC sous des pressions
a.bsolues P
comprises
entre 4 et I atmosph6res
sont report6es
sur la figure
3.
la valeur
La relation
de F, le facteur
de
[1) permet de calculer
saturation
atteint,
compte tenu de Ia composition
de lreau et de I'efficacit6
du saturateur
:
q + k6.P6
(2)
K.H
pou.r saturation
Nous obtenons ainsi
et d6tente a 19 oC : Fo = 0,89,
a 30 oc et d6tente a 19 "c : F1 = 0,88. ces deux
et pour saturation
par la suite
que
vaLeurs 6tant sensiblement
6gales,
nous consid6rerons
appareil
le facteur
de saturation
de notre
est ind6pendant
de 1a temp6de pressurisation
rature
et €gal a 0188.
224
q s n m g .l - l
0 * k r o . P ot n m ! . l - l
kro.h
P !n rlmosliolt
qucniltA
et
sous P
pouuant 7tre
Figw,e 3
aprAs ddtente d 1 atno^sphdne
dtaiv' reewiLLie
oC et 30 oC
L9 oC d'eau presswisde A 19
et quantitd o-*i!!
atnosphAres absolues de ddtente
recuetLlie
dans Les mdmes conditions
---
Le iliamctre des bulles obtenues par ddtente a 6t6 mesur6 sur des
ici
agrandissements de photographies sernblables 5 celles figurant
(iigures 4 et 5), On distingnre sur ces photographies deux classes
principales
de bufles. De grosses bulles fix6es sur le r691et ou sur
dont Ie diam6tre est de quelques dixi€rnes de
la paroi transparente,
et de fines bulles provenant d'une germination dans la
milliroEtres,
ces bulles sont d'autant plus petites et plus notrbreuses
phase liquide.
est Plus 61ev6e. On discerne auSSi
pression
dans le saturateur
q"" r"
de I'6coulement d'autant plus notable que
une certaine instabilitd
cette pression est Plus forte.
d6ga96, obtenus a 19 "c pou.r diverses
Les diamctres et quantit6s d'air
a 30 oc, sont repr€sent6s dans Ie tableau 1.
pressions de pressurisation
fv 1w v^L r - 'u J c 4 ' ^ ^ + . '
?t ottation
Figure 4
BuLLes obtenues pa! dAtente d 1 atmosphDre d'eau pressw-Lsde
sous 3 atmosphdr.es absolues
Eigure 5
BuLLes obterutes qrds
ditente d 1âtmosphAre dteau pressut"isde
sous 8 atmosphdz,es absolues
9'E
l1'l
nafi.n
u qnri
t
v J fi
v
nnP f1.ottation
Figtne 4
BuLLes obtenues pat dAtente d 1 atmosphAre d'eau p?essw"LsAe
sous 3 atrnosphAz'es absoLues
BuLLesobtenwl
Figu.z,e 5
qrds
ditente d. 1 atmosphdre d'eau presstrt"isde
sous I atmosphdres absolues
225
Tableau L
Pression
absolue du
pressurisateut
en ATA
Diametre
des bulles
moyen
en pm
Masse d'air
d6ga96e par
pressuris6e
(F = 0,BB)
cm" d'eau
en g.cm-'
par
Nonlcre de bulles
crn3 d'eu.u pressur-is6e
Eff icacit6
6nerg6tique
de Ia d6tente
en ?
3
84
30.10-6
I .10'
4,7
A
70
48.10-5
2!.ro4
4,4
5
65
oa.rc-6
36.104
4rl
6
45
85.10-6
138.104
7
4l
1 0 3. 1 0 - 6
22t.ro'
I
35
r2t . Lo-6
379.104
5'6
9
38
139.10-6
3'72.104
qn
11
35
L76.tO-6
5 g g. 1 0 ' *
4,9
()
(\
o
(\
(D
\(\
a
a
s
o
19
227
PaY flot bation
CLarificaLion
M o d eils a t i o n d e l a f o r m a t i o n d e s b u l l e s
des
le diamdtre
de recalculer
de leur
6nerg6tique
un bilan
d'essayer
I1 nous a paru int6ressant
en faisant
obtenues par d6tente
bufles
germination
et de leur grossissementsi p2 est Ia pression
existante
hydrostatique
peut s'6crire
:
hydrostatique
cofiune fa pression
cr66e
ph6rique
et de Ia pression
:
dessus de Ia bulle
Pr =Po
soit
et
air-eau
interfaciafe
tension
Ia
bulle et Pl fa pression
1a loi de Laplace
se trouve,
de la
orl elle
4v
d
D._pr=J
orl y est
d I'int6rieur
i I'endroit
d Ie
diamdtre
de Ia
bufle.
atmosP1 est la somme de Ia pression
aupar Ia colonne d'eau existant
+h.Pl.9
:
finalement
4a
Pz=Po+h.Pr..g+f,
'
-
2G
pression
la
Dans ces conditions,
est donc :
bulles
partielle
de I'air
d I'int6rieur
des
dans les
condi-
satH2O
oi Prrt H,O est Ia pressj.on
tions
de la d6tente.
de vapeur
saturante
Ia masse volumique
C o l T u t l e ,p a r a i f l e u r s ,
:
de d6tente To s'6crit
d 1a temp6rature
de lreau
de ]-'air
d la
P2 et
pression
p
-2G
PzG -
o,l poG est
Ia
voc'
masse volunj-que
r"2c-Poc
N 6tant
vSarrn5vr'l-r'l
lveuyvr$.J+v
pq
f
| .
l-'
L
h^d-"
"YLY
nombre de bulles
le
a
M
r.
.
.
M = N +bd' u3 0 " ^
de f'air
^
satH2o
-po
de diametre
P = P91 soit
d T = To et
1
Po
4\
d
d produites
:
l
|
I
J
par
la
masse d'air
228
Cette
ficiell-e
S = N.n-d',
I'aire
M pr6sentant
masse d'air
:
w = s.Y a pour expression
son 6nergie
super-
w = N.fi.d2.'y
D'orf I' express j-on de I'6nergie
d'air
:
w
par
superficielle
de masse
unit6
6y
t3l
M
dans
son origine
trouvant
Cette Energie superficielLe
de pressurisation
de 1a pression
d6tente
de 1'air
dissout
:
d'6crire
sion fj.nale P26 ; il est possible
Ie
travail
de
P e Ia pres-
P
W1
IvI
(41
t2G
nair
et
est Ia masse molaire
de I'air
o'f, M
fibre
la variation
d'enthalpie
sat:-8irae
de lrinterface
air-eau".
"faire
Cofiune, par
ailleur=
Qoc = M.ir
o1l q, est Ie rendement d'utilipour
a Ia d6tente
correspondant
P^
p":
6"y
-r
-l n- -
-
Po *
h0L9-PsatgzO
+ 4"(
/l
"%(,.:+a3" ).n,
de vapeur
et de Ia pression
hydrostatique
de Ia pression
Les valeurs
il est possible
devant P^ eL 4y/dt
6tant petites
saturante
de I'eau
:
d'6crire
4n1'
t,
o
ct
P
Pn,t - P A y L
A
o
- ,_
4v1
:
1
-P+
d f
o
4 peut €tre ca1cul6e en introduisant
Po et d dans cette
expression.
Ainsi,
pour
les
conditions
de d6tente
P = 1,011.106 dvne.cm-2
o
\
soit
:
= 72,9
Av
;!=2,88.10'cm'
dyne.cm-I
(5l
fes
exp6rimentales
valeurs
utilis6es
:
P,
t7.ari.fi.cnt'ion
v v q l v J y w J e
Les valeurs
de ( calcul6es
sont report6es
que 4 est sensiblement
constate
constante
nan
dans le
et 6gale
f7 OttatiOn
229
tableau
1. On
d 4,9 + 0,4 t.
La figure
les diamdtres
5 repr6sente
de bulle
mesur6s en fonction
de
AP, la pression
de service,
la diff6rence
ent{e Ia pressi-on
c'est-A-dire
absolue
et Ia pression
atmosph6rique.
La courbe contide pressurisation
nue qui passe d travers
nos points
exp6rimentaux
vErifie
la relation
[5]
pour q = 4,9 z et la courbe discontinue
qui passe d travers
les valeurs
(5) pour e = 5,5 z.
donn6es par HELENE v6rifie
Ia m€me relation
r00
t0
c0
t0
20
A?rrtrn
Figwe
6
par dtitente
Diatndtre
moyen des bulles
obtenues
en fonetion
de La pression
de sbyuice.
+ ; TAsuLtats
Nos rdsuLtats
de HELENE 0.
Nous en concruons
que ilefficacit6
6nerg6tique
du g6n6rateur
de bulres,
qui est une grandeur
caract6ristique
de I'appareir
dans res conditions
d'utilisation
choisies
est,
le plus souvent,
trCs faible,
Aussi,
des
recherches
devraient-elIes
6tre entreprises
afin
de d6terminer
des
m6langeurs drefficacit6
supdrieure,
capables de produire
des bulles
plus fines
pour un niveau de pressurisation
donn6.
230
Sciences de Lteau 3 , n o 2
2 - c t - R s s t FI c A T I o N D E S F r B R E Sp A R F L o T T A T I o N
T e c h n i q u ee x p 6 r i m e n t a l e
Lrinstarration
repr6sent6e
figure
7 est constitude
du m6me saturateur
que Ie pr6c6dent
qui permet la prdparation
et le stockage de 6,75 litres
d'eau pressuris6e,
d'un cuvier
de 15 litres
6quip6 d'un agitateur
magn6tique or) est r6alis6e
r'addition
du collecteur
puis le stockage de ra
suspension
trait6e,
enfin
d'une celrule
de ftottation
paral16lipip6dique
d.e L6 ,4 litres
.
Couche
defibresflottdes
m6langeur
fibresrricuprirrbs
p0mpe
vers tiltration
d'entrdedela
suspenst0n
vannededetente
I entrrie
d'eau
L__
Sehdma de
La eeLLuLe
enlre
d'aircomprimri
__
Fdau.ve 7
d.e flo"ttation
et
en eau pz,essurisde
de son alimentation
La suspension
est transf6rde
a d6bit
cor.stant
du bac de stockage
vers
la cellule
de flottation
par une pompe p6ristaltique.
Le d6bit
d'eau
pressurisee
est,
Iui
aussi,
maintenu
constant
par d6tente
a travers
une
vanne Pointeau.
Les de'x frux
sont introduits
dans un m6langeur
i injections coaxiales
plac€ a la base de Ia ce1lule
de ftottation
et qui
assule 1rhonog6n6it6
du rn6lange.
t21
par fLottation
CLarification
6crues
proviennent
de r6sineux
de pAtes kraft
Les fibres
utilis6es
des fibres
de ]a taille
en 6vidence 1'effet
Afin de mettre
et blanchies"
ont 6t6 class6es
en
les fibres
sur Ie rendement de la flottation,
par passage 3. travers
de tamis su-r
une s6rie
fonction
de leur longueur
par grarnne de pdte ainsi
un appareil
MAC-NETT et Ie nombre de fibres
d'6chansur des prises
class6es d6terminS par d6nombrement au microscope
(tableau
2).
tillons
de 0,1 mg environ
TabLeau 2
CLassement des fibres pav Ltappareil
\LAC-NETT
Num6ro du tamis
(s6rie
T.^ndr
35
28
20
L4
TYLER)
48
65
16r 1r
3 370
moyenne en um
Nombre de
fibres par
grarune de pdte
1,9.106
Z
I 880
1 330
3 ,8 .106
4,6.to6
OOU
2,g.106
est un poly6lectrolyte
utilis6
Le coll_ecteur
et
deux nr-il-Iions,
cit6,
de masse mol6culaire
Ie nom de CEPIFLoC cA 11.
940
5,6.106
660
6,9.loq
d 30 B d'ionicationique
vend.u dans Ie commerce sous
est
de ftottation
de I'efficacit6
La determination
aprds passage a d€bit
ftottees
de l-a masse de fibres
connue. De fait,
de concentration
connu de suspension
:
par lrexpression
est d6finie
par
effectu6e
d'un
constant
I'efficacit6
pesSe
volume
E
OF,
toJ
-0F
o
orj oF est
Or1 elt le
tation.
entrant
de fibres
Ie flux
recueilli
flux de fibres
et
de flottation,
dans Ia cellule
de fl-otde la cellule
d la surface
R E s ut la t s e t d i s c u s s ' i o n
afin
dans Ia suspension
d introduire
de collecteur
Les quantit6s
d
maximum ont 6t6 d6terrnin6es
de s6paration
drobtenj_r 1'efficacit6
a
pour une pressurisation
blanchies
19 "C sur chaque classe de fibres
8). On peut remarquer que, pl-us les fibres
figure
7 ATA et 30 oC (voir
est importante
d ajouter
de collecteur
plus Ia quantit6
sont longues,
Pour les essais conduits
est faible.
de flottation
et plus I'efficacit6
Ia dose de poly6lectrolytes
nous avons utilis6
6crues,
avec les fibres
Cecj- nous
blanchies.
pour Les fibres
au maximum d'efficacit6
conduisant
elles ' ind6pendamment
entre
les cl-asses de longueur
permet de comparer
de I'effet
du collecteur.
232
Sczenees de L'eau 3, no 2
tlJ
Ito
1.0
660y^
940y.
1330ym
18801m
26601m
3370tm
qs
2.10.3
d'tane
4.10-3
6.10-3
t. i! c0llrcl.u
t.l. llir.t
Figuz,e B
Efficaeitd
par flottation
de La cLazzification
suspension
de fibnes
blanchies
Lorqueurs
de dt-ffdz,entes
en fonction
de coLLectew
ajoutde
de La quanti.ft
Les mesu-res d'efficacit6
de flottation
sur des
ont 6t6 conduites
par litre.
suspensions
contenant
80, 250 et ?50 mg de fibres
En aucun
cas, iI n'a 6t6 possible
de mettre en 6vidence un effet
direct
du
diamEtre des bulles
sur lrefficacit6
observ6e,
ceci 6tant probablement
que, m€me dans Ie cas l-e plus d6favorable,
d0 au fait
1e diandtre
moyen
des bulles
d'air
est tr6s inf6rieur
d Ia plus grande dimension des
fibres (ap=3ATAd=84umpour660um<L<
3 370 m). Mais il
existe
un effet
indirect
du diamdtre
des bulles
dO a lraccroissement
du flux
pour un fh:x d'air
de bulles
lorsque,
d6gag6 donn6, Ies bulles
sont plus fines.
Clarification
par flottation
233
E,
I'efficacit6
de Ia flottation
Les figures
9 et 10 repr6sentent
de bulles
X flux
du rapport
d6cinal
port6e
du logarithme
en fonction
introduit
dans la
@a^ par ffr:x de fibres
produit
dans la cellule
de longueur
moyenne 1 880 pm. Pour
cellule
OF^, danb le cas dE fibres
compris
entre
10 et
de fibres
sur flux
des rapporEs
flux
de bulles
que soit
la
est la m6me quelle
5 000, Ia forme des courbes obtenues
6tudi6es.
des fibres
nature
et Ia longueur
(quinze
au cours de l'6tude
L'analyse
de nonbreux essais effectu6s
types
classes
deux
pour
six
des
des
chacune
conditions
diff6rentes
de deux domaines de varialrexistence
a constater
de fibres)
conduit
x.
du rapPort
en fonction
tion de 1'efficacit6
augmente en m€me
1'efficacit6
Pour 1es val-er:rs de X les plus faibles,
a
de X sup6rieures
que, pour des valerts
alors
temps que ce rapport,
de
qu'il
une valeur
de X voisine
existe
I1 s'ensuit
200, elle
diminue.
est maximum.
de s6paration
l'efficacit6
200 pour laquelle
par zone calme Ie domaine of le
nous dEsignerons
Dans ce qui suit,
est suP6celui
olf il
d 200 et par zone agit6e
rapport
X est infdrieur
inPortant
d'un flux de bu}les
rieur.
I'introduction
En effet,
Provoque
Dans le prernier domaj-ne, lrefficacitd
dans la cellule.
une agitation
d ce qu'eIIe
inf6rieures
longues,
est, pour Ies fibres
des s€parations
la dininution
dans Ie second domaine,
courtes
et'
est pour les fibres
pour les fibres
pour x croissant
est plus faible
observ6e
drefficacit6
que, dans la zone
Nous pouvons 6crire
Iongues que pour les courtes.
de s6paration
a 200, I'efficacit6
calme, c'est-d-dire
Pour x inf6rieur
de la forme :
su-it une relation
F
=-
cx
1+CX
pour X superieur a 200, iI est
Dans Ia zone agit6e, c'est-d-dire
a cette expression un second terme de la
n6cessaire de soustraire
forme :
AX
1+BX
Globalement,
suivante
:
-F
=-
I'efficacit6
CX
1+CX
AX
1+BX
peut
€tre
repr6sent6e
par
1'expression
(7J
a chaque type de
A, B et c correspondant
des coefficients
Les valeurs
rela3 et 4. La forme de cette
dans les tableaux
fibre
sont regroup6es
deux m6caque I'efficacite
est un compromis entre
tion
met en 6vidence
de
un m6canisme de fixation
probablement
contraire'
nismes d'effet
Cette
des bullespar collision
et un m6canisme de d6tachement
bulles
(KIAsSEil et
6t6 d6veloPP6e
a souvent
fagon de d6crire
la flottation
faute
MOKROUSSOV, BOGDANOV, FLIIin et HOWAIIIH, REAY et RATCLIFF) mais,
de
et le flux
massique d'air
entre
Ie flux
de faire
la distinction
quantitatifs
disPonibles
dans la litt6rature
les d6veloppements
bulles,
contradictoires.
d des conclusions
conduisent
fr6quernnent
234
Sc'tences
de Lteau
3,
no 2
Figure 9
EfficaciLA de La cLarificaLion
paz' fLotLaLion d,une suspension
de fibres bLanchies de Longueut 1 BB0 yn en fonction
du Logaxithme
du rapport fLut de bulLes sur fuu.r de fibz,es
Efficacitd
de fibres
FigtLz,e 10
de La claz,ifieation
par fLottation
dtwte suspension
deyues de Longuettt' 1 BB0 ytn en fonction
du Logarithme
du rapport fltn
de buLles sur flun de fibres
CLarification
par flottati.on
TabLeau 3
VaLeurs des paratnDtres A, B et C de L'erpression
pour Les fibres de rdsineun blanchies
9?q
(7)
660
940
1 330
1 880
2 660
3 370
o,222
0,200
o,192
0,766
0,130
0,099
1,5.10-4 0,85.10-q o,40.1o-4
A
5,5.10-+ 3,7.lO-+ 2,5.ro-q
B
2,12.LO-3
1 , 8 0 . 1 0 - 3 l , 2 5 . r o - 3 o , 8 0 . 1 o - 3 0 , 4 8 . 1 0 - 30 , 2 0 . 1 0 - 3
k' -=B-
o,2o2
o,220
0,206
0, 188
o , 180
O,2OO
Tableau 4
Valeuv,s des paramdfi:es A, B et C de Lterpz,ession [7)
pour Les fibres de rdsinetu dcrues
LenUm
660
o,282
940
O,265
A
5,0.10-'t 3,4.10-''
B
3 , 2 0 . 7 O - 32 , 1 0. 1O -
--B
o,r51
0,161
1 330
1 880
2 660
3 370
o,234
O, 2 0 6
O,172
0,r25
2,5.ro-4 r ,7.to-4 r,2.Lo-+
o,46.Lo-4
3 1 , 5 8 . 1 0 - 3 0 , 9 8 . 1 0 - 3 0 , 7 0 . 1 0 - 3O , 3 O . 1 0 - 3
0,155
0,169
0,t69
0,153
ici,
de
rapport6s
l-'efficacit6
Pour ce qui concerne fes r6sultats
sup6rieure
des fibres
6crues est toujours
d celle
des fibres
s6paration
d'une diff6rence
soit
de composition
blanchies.
Cet 6cart peut provenir,
mecanique qui en d6coule.
de comportement
chimique,
so.it de Ia diff6rence
que les fibres
blanchies.
6crues sont plus rigides
les fibres
En effet,
m6cades d6formations
en compte 1'effet
Cette remarque amdne d prendre
natusous l'effet
de Ia convection
les fibres
niques que peuvent subir
Ie d6tachement des bufles.
de provoguer
relle
et qui sont susceptibles
de taille
observd plus
va dans Ie sens de f'effet
interpr6tation
cette
dont le
les fibres
les plus J-ongues scnt aussi celles
haut. En effet,
une rigidite
sup6rieure
diamCtre est l-e plus grand, ce qui leur confere
pour les particules
les plus
Par ailleurs'
courtes.
des fibres
i celfe
de
pour flotter,
ou des bulles
grosses qui exiqent,
un groupe de bulles
i fa suite
d'un
61ev6, ce qui peut se produire
rel-ativement
diametre
lorsque
ph6nom6ne de coalescence,
X croit,
Ia perte drefficacit6,
doit
6tre moins sensibl-e.
236
Sciences
de Ltean
S, no 2
Les val-eurs des coeffj-cients
A, B et C figurant
dans I'expression
lrefficacit6
sont fonction
de Ia longueur des fibres.
Pour
Ies
fibres
blanchies
2':o7
(1 -
C = Ot25 (I
Pour
:
(0,19610,01)
A=Bx
-BL =
de
l-es fibres
1,54.10-4L)
-
I,B0.1O-4)
6crues
A=Bx(0,161
= r:,
:
10,007)
(1 -
1,06.10-4L)
-
1,75.10-'*L)
"
c = 0,32
oi
L est
(t
en Um.
De ces relations,
il- ressort
que l,efficacit6
d6pend principalement
du rapport
frr:x de bufres
est une fonction
complexe de ra nature
et de la
fibres.
qui
de s6paration,
sur frux de fibres,
longueur
moyenne d.es
M o d 6 l i s a t i o nd e l a f l o t t a t i o n
Lrefficacit6
de la flottation
d6pend, pour lressentiel,
de trois
m6canismes qui prennent
place successivement
entre rrintroduction
des
particures
dans le fond de la cerlu]e
de frottation
et reur colrecte
en surface.
Ces trois
processus
concernent
3
-
Ia
col-lision
-
Ia
coalescence
-
le
relargage
bulle-particule
des bulles
;
sur
des bul_les par
l_es particules
les
;
particules.
Nous avons cherch6
d exprimer
l-es conditions
de stabilitd
de ces trois
6quiribres
dynamiques
successifs
en faisant
apper aux frux de burres
et
de particules
rnis en jeu. cette
approche nous parait
plus r6aliste
que
cel1e util_is6e
par d,autres
(SUTHERI"AND, MORRTS, JAIIESON) qui
auteurs
consiste
d faire
une analogie
avec les 6quilibres
chimiques
et qui
util-ise
les concentrations
en particules
pr6sentes.
En effet,
Ies photo_
grraphies des figures
4 et 5 montrent
d Itdvidence
que la concentration
en bulles
est fonction
de l-a position
et de f instant
de l,observation
alors
que leur flux
est constant.
Ainsi,
nous faisons
lthypothdse
que, Iors de l_a d6tente
de l-'eau
pressuris6e
et de son m6langeage avec la suspension de fibres,
Ie
frux d'agr69ats
form6s 0tg est proportionner
au produit
du frux de
burl-es 0" par Ie rapport
flux
de fibres
n'ayant
pas fix6 de bulres
sur
ffux total
de particules
0 -oo .
ou^- o'A
a
* r
A
-_
o^
a
*"
_ 0 "v
Clarification
par flottation
237
comprises
entre 2610,
a, prend des valeurs
Le nombre sans dimension,
les fibres.
de bulles
sur toutes
fixation
pas de bull-e fix6e
et I'infini,
de fixation
des bulles
Par l-a suite,
nous appellerons
"a" probabilit6
d'une fonction
de Ia v6riil s'agisse
bien qu'en fait,
sur les fibres
prend des valeurs
comprises
qui,
elle,
de fixation
table probabilit6
entre 2610 et un.
qu'iI
Dans la mesure or) Qg est grand devant OFo, on peut consid6rer
entrant.
II s'ensuit
:
est constant
et 6gal a 0Bo, Ie flux de bulles
t
og^
0'A = -----E1+a=r
tto
sont le sidge d'une
ces agr6gats mis en pr6sence d'un excds de bulles
qui conduit
d'un
d Ia fornation
partielle
des bulles
fines
coalescence
les rn€mes hypothEses que
0"o. En faisant
flux d'agr6gats
surcharg6s
pr6c6denrnent
:
-o[
.y f i i l
^
A
-- L l h
u
yD
A
Al
b 0 -D
soit
:
0"e =
o
--------.;B.
1
+
h
------:
(k dont
sg disloque
surcharges
k de ce fl-ux d'agr6gats
Une fraction
probabilitS
Ies valeurs
sont comprises entre zeto et un est la vraie
au flux
d'agr6gats
ce qui conduit
des agr6gats),
de destruction
flottables
QO :
06"A =A 0 ' - - k 0 " ,
6gale au
E est, par d6finition,
de flottation
Comme I'efficacit6
introde fibres
0o Par le flux
flottables
d'agr6gats
rapport
du flux
0 -* o :
duites
o
0
Bo
6- A
- FO
t=;-=---;--.r
vFo
D^
-uo-
a ;--
1 i
-
! ^
*Bo
,+.0-_
to
que lron peut identifier
paramet.res
ressort
trois
il
De ce modele,
(7) . Le parametre
C de la
exp6rimental-e
avec ceux de Ia relation
a. Dans le cadre
de fixation
a Ia probabi]-it6
relation
[7) correspond
que Ia probabilit6
d'une part,
on peut constater,
de cette
hypothEse,
E Ia probabi6crues est de 28 t sutr€rieure
sur les fibres
de fixation
Iri.mportance
ce qui indique
blanchies,
sur les fibres
1it6 de fixation
238
que cette probabid'autre
de la nature chimique des particules,
PaIt,
sont plus
que les fibres
plus faible
est d'autant
de fixation
Iit6
q
u
i
C
r
e
p
r6sente
e
m
p
i
r
i
q
u
e
I
'
e
x
p
r
e
s
s
i
o
n
d
e
L
'
e
x
t
r
a
p
o
l
a
t
i
o
n
longues.
de longueur 5 500 um et ce,
pour les fibres
nulle
d une valeur
conduit
; il est
que soit
Ce comportement est classique
quelle
leur nature.
que
particules
de fines
par flottation
plus ais6 de s6parer
toujours
(FLINT et HOWARTH).
des grosses
(7) correspond
de la probaau produit
A de Ia relation
Le parametre
par
B ce qui,
et du paramEtre
k des agrSgats
de destruction
bilit6
des agr6gats
de destruction
conduit
a une probabilit6
identification,
de destruction
La proba.bilit6
de Ia nature des fibres.
caract6ristique
des
d celle
est de 22 4 stpgrieure
blanchies
sur filcres
des agrSgats
au m6me sens de variation
ce qui correspond
6crues,
sur fibres
agr6gats
des bulles.
de fixation
que la probabilit6
(7J doit,
identifie
quant d lui,6tre
Le parametre B de I'expression
qu'iI
d6pend i Ia fois de la
+ b'/a,
c'est-d-dire
a la relationb/I
de fixaet de celle
sur les agr6gats
des bulles
probabilit6
de fixation
de la
en fonction
d6croit
fortement
sa valeur
tion sur 1es fibres.
qui repr6empirique
de l',expression
L'extrapolation
Iongueur des fibres.
=
6crues de longueur
pour les fibres
nulle
d r:ne valeur
sente B conduit
=
a
p
p
a
f
1
6
5
0
0
l
o
n
g
u
e
u
r
d
e
p
o
u
r
l
e
s
b
l
a
n
c
h
i
e
s
U
m
.
fibres
9 400 Um et,
de B
la valeur
de fibres,
longueurs
rait
aussi que, pour les faibles
des fibres
d celle
6crues est de 14 I sup6rieure
pour les fibres
influe
sur
Ia nature chimique de Ia particule
La encore,
blanchies.
suppl6mentaires.
des bulles
d fixer
des agr6gats
I'aptitude
C O N C L UI S
ON
est
par flottation
de la clarification
L'efficacit6
chimique
parametres
: Ia nature
complexe de plusieurs
du collecteur
Ia nature et la concentration
a s6parer,
de particules
sur flux
du rapport
flux
de bulles
valeur
une fonction
des particules
fa
utilis6,
-
une concentration
existe
donn6, il
Pour un type de particules
qui
de fibres
sur flux
de bulles.
flux
et un rapport
collecteur
maxinale.
i 1'efficacit6
en
conduisent
obtenu par
d'air
d6pend du flux
obtenu par d6tente
Le flux
de bulles
d'eau
et du flux
du niveau de pressurisation
d6tente,
c'est-d-dire
du
6nerg6tique
pressuris6e
introduit,
mais aussi de Irefficacit6
aprEs mesure
peut Ctre d6termin6e
cette
efficacit6
syst€rne de d6tente.
entre
form6es,
ce qui Pennet de comparer
moyen des bulfes
du diam€tre
de bulles.
systdmes g6n6rateurs
eux divers
6crues et blanchies,
papetieres
de fjlcres
Dans le cas de Ia flottation
de
flux
au rapPort
de Ia s6paration
I'efficacit6
liant
une expression
et ses
exp€riurentalement
6tabtie
de fibres
a pu 6tre
sur flux
bulles
appel au m6canisme de
paraur€tres
A ceux d'un moddle faisant
identifi6s
bulle-agtagal
de coafescence
buIle-particule,
des agr6gats
formation
fv w7q ! n n iv J f i . n n f . i n n
des agrdgats.
et de destruction
des
de 1a nature
sont fonction
leur longueur.
970
n a n Jf 1v . o L t a t i o n
yql
prises
par ces parametres
Les valeurs
(bfanchies
ou 6crues)
et de
fibres
REMERCI EMENTS
d'une
BOUKLI H A C E N E a b 6 n 6 f i c i 6
Monsieur
ce travail,
Pour effectuer
des Industries
de la
de la Soci6t6 Nationale
bourse de recherche
d'Alg6rie.
Cellulose
R E F E R E N C EBSI B L I O G R A P H I O U E S
processingr.
BOGDANOV14.F. Fine Particles
P. SUI4ASUNDARAN,Soc.
vol.
1, Editor,
of Mining Eng. of Aime, 1980, 706-719.
KLASSEN V.r.,
V.A. An
Tn3KROUSSOV
to the theory of flotaintroduction
Butteryorths,
tion,
1963, London.
W.J. Chem. Eng. Sci"
FLINI L.R., HOWARTH
vol . 26 , 1 97 1 , 1 I 55- 1 1 68 .
MoRRIS T.
91-95.
HTLENER,J.
31-38 .
0 Papel,, vol.
HUR.ST-GAUL . Papierrnacher,
6, 94-96.
JAMESoN c.l . Mirerals
voL- 9,103-118.
Sci,
39,
1978,
1983,
Eng"
f"ans.
AIME, 1950, vol.
157,
REAY D.. BATCLIFF B.A. Can. J. of Chen.
Eng., 1973, vol. 51, 178-185 - Can. J.
of Chen. Eng,, 1975, vol. 53, 481-486.
vol.33,
L97'7,
H.L. J.
SUTHERLAND
voL. 52, 394-425 .
PhAs, Chen.,
1948'
Revuelrangalsc de$ SGIEilGES
llE L'EAU,3 ll9841 240
Analyse
bibliographique
Bookreview
ACTIVATED
P R O C E S-S T H E O R Y
SLUDGE
A N DP R A C T I C E
(Pollution
engineering
G A N C Z A R C Z Y KJ e r z y
J.,
and technology
6diteur
Marcel
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Volume no 23J
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Cet ouvrage,
trds complet,
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du proc6d6
dr6puration
d.es eaux us6es par boues
activ6es.
Il est r6dig6 de fagon claire
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cherchent
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technique.
Lr6tendue
de ce
volume, dr6paisseur
raisonnable
1ui permet drint6resser
cependant,
l-es
professionnels
qui pourront
probablement
y d6couvrir
trds
les d6tails
susceptibles
de les aider.
De plus,
le nombre de r6f6rences
pr6sent6es
d la fin
permet des Slargissements
5. la mesure des preoccupations
de chaque chapitre
de chacun.
peuvent
Par exemple,
n6anmoins 6tre
soulev6es.
un
Quelques remarques
plan d6tai115
devrait
figurer
en fin d'ouvrage
: le sonmaire existant
ne reprend que les tetes
des 9 chapitres.
Le chapitre
d'appr6hender
intitul6
"Process Design"
s6rieusement
ce sujet.
manque d'ampleuretne
permet
pas
Deux Iacunes sont 6galenent
d relever
du proc6d6
: 1'aspect
sanitaire
est peu 6voqu6 et il nanque un petit
chapitre
rScapiou un paragraphe
tulant
les principaux
probldmes
auxquels
sont confrontSes
les stations
par boues activ6es.
dr6puration
Le problCme du foisonnement
des boues
par exemple, est 6voqu6 d plusieurs
janais
reprises
claj.remais ntest
ment cern6.
II aurait
pu y avoir
part quelques
d'autre
mots sur 1a
sensibilit6
du proc6d6 i la pr6sence de toxiques
ou d'antibiotiques
dans l'eau us6e, etc.
En concluslon,
ces derniEres
remarques n'enldvent
rien aux qualit6s
qui font
de cet ouvrage une bonne monographj-e sur Ie proc6d6 d'6puration
par boues activ6es.
L. BoI,lTOUx
J O U V E . 1 8 . r u e S a i n t - D e n i s ,7 5 0 0 1 P A R I S
N ' 3 3 4 8 9 .D 6 p 0 t l 6 9 a l : D 6 c e m b r e 1 9 8 4
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D o m a i n e sd ' e x i s t e n c e
d e s c h l o r a m i n e se t d e s b r o m a m i n e s: A p p l i c a t i o n p
a u t r a i t e m e n t sd e s e a u x
M. SOULARD,
F. BLOC,A. HATTERERE f f e t d ' u n i n h i b i t e u rs p 6 c i f i q u ed e l a n i t r i f i c a t i o n : C h l o r o - 2T r i c h l o r o - p
m e t h y l - 6P y r i d i n e( N - S e r v e )
H. BENMOUSSA,
M. N. FORTIN,
G. MARTIN.
o tl d e s a c i d e sm a l 6 i q u ee t s a l i c y - p
M o d ed ' 6 l i m i n a t i od
nu p a r a n i t r o p h 6 ne
l i q u es u r d u c h a r b o na c t i f e n g r a i n s
J. de LAAT.M. DORE.J. MALLEVIALLE.
L e c o l m a t a g ef e r r i q u ed e s d r a i n s .E t u d ed e d e u x c a s t y p i q u e sd ' o x y d a t i o n p
a u t o t r o p h i q u ee t d e p r 6 c i p i t a t i o nh 6 t 6 r o t r o p h i q u de u f e r
J. L. GOUY.L. LABROUE.
J. PUIG.
A p p o r t d e P C B ( P o l y c h l o r o b i p h e n y l edsa)n s l e L 6 m a n p a r l e s e a u x u s 6 e s p
c o l l e c t 6 e ss u r l a r i v e f r a n p a r s ed e c e l a c E t u d e a u n i v e a ud e l a s t a t i o n
d ' 6 p u r a t i o nd e T h o n o n
G .M O N O D .
E t u d ep a r t r a Q a g ed u c o m p o r t e m e nht y d r a u l i q u ed ' u n e l a g u n ed ' 6 p u r a t i o n: p
i n fl u e n c ed e l a g 6 o m e t r i ed u b a s s i n
Y. RACAULT.
P. BOUTIN.
J. DOUAT.
E t u d e d e l a c l a r i f i c a t i o np a r f l o t t a t i o n . A p p l i c a t i o n d l a s 6 p a r a t i o nd e p
fihr6c
113
137
147
167
183
197
219
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M. BOUKLI.HACENM
E ,. R E N A U D Analyse bibliographique
L. BONTOUX.
p 240
G0NTENTS vot.3, n" 2,1984
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D o m a i n so f e x i s t e n c eo f c h l o r a m i n e sa n d b r o m a m l n e s : A p p l i c a t i o n
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s t a b i l i z a t i o np o n d : i n fl u e n c eo f t h e b a s i n g e o m e t r y
Y. RACAULT,
P. BOUTIN,
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S t u d yo f c l a r i f y i n gb y f l o t a t i o n a, p p l i e dt o c e l l u l o s i cf i b e rs u s p e n s i o n s
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