TP3 - Détermination de la demande chimique en oxygène

2018-2019 TRAVAUX PRATIQUES 2éme PCA ISSTE Borj Cedria
DETERMINATION DE LA DEMANDE CHIMIQUE EN OXYGENE
(DCO)
I. INTRODUCTION
La demande chimique en oxygène (DCO) est un paramètre utilisé dans le contrôle des eaux
usées et les études de pollution. C’est la mesure de la quantité équivalente d’oxygène
nécessaire à l’oxydation de la majeure partie de la matière organique et de certains ions
inorganiques oxydables (S -2 , Fe +2 , Mn +2 , etc.).
Ce paramètre donne une estimation de la quantité de polluants présents dans un effluent
industriel ou une eau usée. La quantité d'oxygène consommée est exprimée en termes de son
équivalent en oxygène: mg/l d’O2.
On classe la qualité d'une eau suivant les critères quantitatifs suivants :
Les substances organiques et inorganiques présentes dans les effluents industriels proviennent
principalement des affineries de métaux, de l'industrie alimentaire et des fabriques de pâtes et
papiers.
Les eaux d'un effluent industriel dont la DCO est élevée peuvent provoquer des problèmes de
diminution de la concentration d'oxygène dans des cours d'eau.
La DCO est utilisée comme mesure de polluants. Elle est normalement mesurée aussi bien
dans les installations de traitement d'eaux usées municipales qu'industrielles et donne une
indication de l'efficacité du processus de traitement.
II.
METHODE TITRIMETRIQUE
- Principe
Dans des conditions définies, certaines matières contenues dans l’eau sont oxydées à
l’ébullition (150 °C) par un excès de dichromate de potassium, en milieu acide et en présence
de sulfate d’argent jouant le rôle de catalyseur d’oxydation et de sulfate de mercure (II)
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permettant de complexer les ions chlorure. L’excès de dichromate de potassium est dosé par
le sulfate de fer et d’ammonium (Sel de Mohr).
Les matières oxydables (et en particulier les matières organiques) de l’échantillon sont
oxydées par le dichromate de potassium dans les conditions précitées.
Le dichromate de potassium est réduit :
Cr2O7 2- + 14 H + + 6 e-
2 Cr 3+ + 7 H2O
Le dichromate de potassium résiduel est dosé par une solution de sulfate de fer (II) et
d’ammonium (donc de Fe 2+ ), en présence de ferroïne (indicateur d’oxydo-réduction) :
Fe 2 +
Fe 3 + + e
La réaction globale du dosage est la suivante :
Cr 2 O7 2- + 14 H + + 6 Fe 2 +
2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H 2 O
Il est alors possible de déterminer la quantité de dichromate de potassium consommé lors de
l’essai et d’en déduire la quantité d’oxygène équivalente.
- Matériel spécial
1. Appareil à reflux composé d’un tube ou d’un ballon à fond plat de 250 ml à col
rodé et d’un réfrigérant adaptable.
Le nettoyage de l’appareil est effectué en portant à l’ébullition sous reflux un mélange
composé de 5 ml de solution de dichromate de potassium, 15 ml de solution d’acide
sulfurique-sulfate d’argent et 10 ml d’eau.
2. Plaque chauffante ou bloc chauffant adapté avec régulation de température.
3. Régulateur d’ébullition.
- Mode opératoire
Dans un tube de réaction introduire 10,0 ml d’échantillon. Si la DCO de l’échantillon est
supérieure à 800 mg/L O2, une dilution appropriée devra être réalisée.
1) Ajouter 5,00 ml de la solution de dichromate de potassium (0,040 mol/L).
2) Ajouter, lentement et avec précaution, 15 ml de la solution d’acide sulfurique contenant le
sulfate d’argent, en agitant soigneusement le tube.
3) Mettre 1 à 2 gouttes d’acide sulfurique sur le col rodé du tube pour le lubrifier et relier le
réfrigérant au tube de réaction. S’assurer que le réfrigérant tourne facilement dans le rodage
du tube (sinon ajouter une goutte d’acide supplémentaire).
4) Placer le tube dans le bloc chauffant et porter à ébullition (150 °C ± 5 °C) pendant 2
heures.
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5) Arrêter le chauffage.
6) Retirer les tubes avec leurs réfrigérants. Les laisser refroidir, puis rincer avec précaution le
réfrigérant en recueillant les eaux de lavage dans le tube de réaction.
7) Ôter le réfrigérant.
8) Transvaser le contenu du tube dans un erlenmeyer de 250 mL, rincer et diluer avec environ
75 mL d’eau.
9) Ajouter 2 à 3 gouttes de ferroïne et titrer avec la solution de sulfate de fer (II) et
d’ammonium.
Vérification de la concentration de la solution de sulfate de fer (II) et d’ammonium
Dans un bécher, mettre 5 mL de solution étalon de dichromate de potassium à 0,04 mol/L.
Ajouter environ 100 mL avec la solution d’acide sulfurique à 4 mol/L. Titrer avec la solution
de sulfate de fer (II) et d’ammonium avec quelques gouttes de solution de ferroïne et
déterminer la quantité nécessaire de sulfate de fer et d’ammonium pour obtenir le virage au
rouge.
La concentration C (en mol/L) de la solution de sulfate de fer (II) et d’ammonium est donnée
par la formule ci-dessous où les volumes sont exprimés en mL :
Essai à blanc
Procéder de la même manière en remplaçant l’échantillon par 10,0 mL d’eau distillée.
La consommation de dichromate de potassium lors de cet essai doit être très faible et ne pas
excéder 0,5 mL. Des valeurs plus élevées peuvent trouver leur origine dans une propreté
insuffisante de la verrerie ou dans des erreurs de concentrations des réactifs.
- Expression des résultats
La demande chimique en oxygène (DCO) exprimée en milligrammes d’oxygène par litre est
égale à :
V 0 = Volume de sulfate de fer et d’ammonium (II) nécessaire au dosage (mL).
V 1 = Volume de sulfate de fer et d’ammonium (II) nécessaire à l’essai à blanc (mL).
T = Titre de la solution de sulfate de fer (II) et d’ammonium (en mol/L).
V = Volume de la prise d’essai (en mL).
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III.
METHODE COLORIMETRIQUE
La mise en œuvre de la méthode titrimétrique est lourde et coûteuse et nécessite l’utilisation
de réactifs dangereux pour le manipulateur et l’environnement (acide sulfurique, chlorure
mercurique).
Plusieurs méthodes alternatives ont été développées afin de diminuer ces contraintes : elles
sont basées soit sur la réduction des volumes de réactifs et du temps de réaction (Ballinger et
al., 1982), soit sur l’utilisation de réactifs moins dangereux (Jirka et Carter, 1975). La
procédure est généralement simple et le dosage final se fait par spectrophotométrie afin
d’accroître la sensibilité de la méthode.
Aujourd’hui, la mesure de DCO est généralement réalisée à l’aide de tubes de réactifs
préconditionnés, la manipulation est donc réduite au minimum, d’où un gain de temps.
Cette méthode permet de mesurer des concentrations de 4 mg/l O 2 jusqu’à 1500 mg/l O 2 dans
les eaux usées domestiques ou industrielles de même que dans des échantillons de boues de
fosses septiques ou de toilettes chimiques. L’intervalle de mesures peut être étendu par
dilution adéquate des échantillons.
- Appareillage et réactifs
- Réacteur DCO
- Portoir pour tubes DCO
- Spectrophotomètre
- Pipette jaugée 2.00 ml
- Poire à pipeter.
- Tubes DCO gamme 0 - 1500 mg/l
- Tubes DCO gamme 0 - 150 mg/l
- Mode opératoire :
Nous introduisons 2 ml d’échantillon dans un tube contenant le réactif approprié (solution
commerciale composée de HgSO 4 , H 2 SO 4 , Ag 2 SO 4 ). L’ensemble est chauffé dans un four
(réacteur) à DCO à 150°C pendant deux heures, après refroidissement la lecture est faite au
spectrophotomètre à 620 nm. La DCO est donnée en mg O 2 /l.
a) Bien mélanger un volume d’échantillon à l’aide d’un agitateur magnétique.
b) Prélever à l’aide d’une pipette un volume de 2 ml de l’échantillon à analyser.
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b) Introduire le volume d’échantillon dans les tubes DCO prêts à emploi selon leurs gammes
- Pour l’eau Brute on prend la gamme de 0 à 1500 mg/l.
- Pour l’eau Epurée on prend la gamme de 0 à 150 mg/l.
c) Agiter fortement les tubes pendant 1 minute.
d) Mettre les tubes dans le réacteur DCO pendant 2 heures à une température de 150 °C
e) Faire sortir les échantillons et laisser refroidir pendant 30 min.
f) Placer les tubes dans le spectrophotomètre et lisez directement le résultat
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