Calculateur DBO - Calculer la Demande Chimique en Oxygène à partir de Données de Titration

Qu'est-ce que la demande chimique en oxygène (DCO) ?

La demande chimique en oxygène (DCO) est une mesure de la quantité d'oxygène nécessaire pour décomposer chimiquement les matières organiques présentes dans un échantillon d'eau. Elle s'exprime en milligrammes d'oxygène par litre d'eau (mg/L). Une valeur de DCO plus élevée signifie que l'eau contient davantage de matières oxydables, ce qui indique généralement une pollution organique plus importante. Les laboratoires mesurent la DCO par titrage, et cette calculatrice transforme les résultats du titrage en une valeur de DCO.

La DCO est l'un des tests les plus courants pour évaluer la qualité de l'eau. Les stations d'épuration l'effectuent pour contrôler l'eau en entrée et en sortie. Les scientifiques de l'environnement l'utilisent pour contrôler les rivières et les lacs. Les usines s'en servent pour démontrer que leurs rejets respectent les limites réglementaires.

Fonctionnement du titrage au dichromate

Le test standard de DCO utilise un produit chimique, le dichromate de potassium, pour oxyder la matière organique d'un échantillon d'eau. Un technicien de laboratoire chauffe l'échantillon avec du dichromate et un acide fort pendant deux heures à 150 °C (302°F). Le dichromate qui n'a pas réagi avec l'échantillon est ensuite dosé par titrage, un procédé qui consiste à ajouter lentement un second produit chimique (le sulfate de fer(II) et d'ammonium) jusqu'à ce qu'un changement de couleur indique que la réaction est terminée.

Le test est effectué deux fois : une fois sur l'échantillon d'eau réel et une fois sur un « blanc », qui est le même mélange de produits chimiques, mais sans ajout d'échantillon d'eau. Le blanc indique la quantité maximale de titrant possible. La comparaison entre le titrage du blanc et celui de l'échantillon montre quelle quantité de dichromate les matières organiques de l'échantillon ont effectivement consommée.

Formule de la DCO

La formule de la DCO est :

DCO (mg/L) = ((Blanc − Échantillon) × N × 8000) / Volume

Où :

• Blanc = volume de titrant utilisé pour le test à blanc, en mL
• Échantillon = volume de titrant utilisé pour l'échantillon d'eau, en mL
• N = normalité du titrant, en équivalents par litre (eq/L)
• Volume = volume de l'échantillon d'eau soumis à la digestion, en mL
• 8000 = un nombre de conversion fixe (expliqué ci-dessous)

Le résultat ne peut jamais être négatif. Si le calcul donne une valeur négative, le calculateur renvoie 0, car une demande en oxygène négative n'est pas physiquement possible.

Pourquoi la formule utilise 8000

L'oxygène a une masse moléculaire de 32 grammes par mole. Dans cette réaction, chaque mole d'oxygène gagne 4 électrons ; sa masse équivalente est donc de 32 ÷ 4 = 8 grammes par équivalent. La conversion des grammes en milligrammes donne 8 × 1000 = 8000. Ce nombre permet à la formule de convertir la normalité du titrant, mesurée en équivalents par litre, en un résultat exprimé en milligrammes d'oxygène par litre.

Exemple détaillé

Supposons qu'un technicien de laboratoire effectue un test de DCO avec les résultats suivants :

• Volume de titrant du blanc : 10,0 mL
• Volume de titrant de l'échantillon : 7,5 mL
• Normalité du titrant : 0,1 N
• Volume de l'échantillon : 20 mL

Application de la formule :

DCO = ((10,0 − 7,5) × 0,1 × 8000) / 20 DCO = (2,5 × 0,1 × 8000) / 20 DCO = 2000 / 20 DCO = 100 mg/L

Un résultat de 100 mg/L se situe dans la plage modérée, typique des eaux usées traitées.

Comment interpréter un résultat de DCO

• Moins de 50 mg/L : DCO faible. Typique d'une eau propre, comme l'eau potable ou un effluent bien traité.
• De 50 à 200 mg/L : DCO modérée. Typique des eaux usées traitées rejetées par une station d'épuration.
• Plus de 200 mg/L : DCO élevée. Signale une pollution organique importante, comme des eaux usées brutes ou des eaux usées industrielles non traitées.

Les eaux usées brutes affichent couramment de 250 à 800 mg/L. Les eaux usées industrielles, par exemple celles des brasseries ou des usines agroalimentaires, peuvent atteindre des milliers de mg/L avant traitement.

Problèmes courants lors d'un test de DCO

Le volume de titrant de l'échantillon est supérieur à celui du blanc. Cela ne devrait pas arriver, car l'échantillon consomme toujours une partie du titrant. Cela signifie généralement que les lectures de l'échantillon et du blanc ont été inversées, ou que le blanc était contaminé.

Interférence des chlorures. L'eau salée et les saumures contiennent des ions chlorure, qui réagissent avec le dichromate comme la matière organique. La DCO mesurée est alors trop élevée. Les laboratoires ajoutent du sulfate mercurique pour fixer les chlorures. Les échantillons contenant plus de 2 000 mg/L de chlorures nécessitent aussi une correction.

Résultats très élevés. Si la DCO d'un échantillon est trop élevée pour être mesurée avec précision par le test, les laboratoires diluent l'échantillon avec de l'eau propre, recommencent le test, puis multiplient le résultat par le facteur de dilution.

Foire aux questions

Quelle est la différence entre la DCO et la DBO ? La DCO mesure tout ce qui peut être décomposé dans un échantillon par un oxydant chimique puissant. La demande biochimique en oxygène (DBO) mesure uniquement ce que les bactéries peuvent digérer en 5 jours. La DCO nécessite environ 2 heures et donne des résultats plus cohérents d’un laboratoire à l’autre ; la DBO prédit mieux l’effet sur une rivière ou un lac naturel, car les rivières décomposent les déchets biologiquement et non chimiquement.

Pourquoi la DCO ne peut-elle pas être négative ? La demande en oxygène ne peut pas descendre sous zéro. Un résultat négatif dans la formule signifie que le volume de titrant de l'échantillon était supérieur à celui du blanc, ce qui révèle une erreur de mesure ou une contamination, et non une demande réellement négative. Le calculateur ramène alors le résultat à 0.

Quel volume d'échantillon faut-il utiliser ? Cela dépend de la méthode. La méthode de titrage à reflux ouvert de l'USGS utilise 50 mL d'échantillon, tandis que les méthodes de digestion en petits tubes, comme la méthode 410.4 de l'EPA, utilisent 2,5 mL ou 10 mL. La plage de DCO attendue et la concentration des réactifs peuvent imposer un autre volume ou une dilution.

Ce calculateur est-il précis ? Le calculateur applique exactement la formule ; son calcul arithmétique est donc correct. La précision de la valeur finale de la DCO dépend de la précision des mesures de laboratoire saisies, notamment des volumes de titrage et de la normalité du titrant.

La DCO peut-elle être utilisée pour les eaux usées industrielles ? Oui. La même formule s’applique à tout échantillon d’eau. Les échantillons industriels ont souvent une DCO bien supérieure à celle des eaux usées domestiques et doivent parfois être dilués avant le titrage afin que le résultat se situe dans la plage mesurable du test.

Références

1. U.S. Environmental Protection Agency. Method 410.4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry. Méthode 410.4 de l'EPA (PDF) — digestion au dichromate à 150 °C pendant deux heures.
2. U.S. Geological Survey, via the National Environmental Methods Index. Oxygen demand, chemical (COD), titrimetric, dichromate oxidation (I-3560-85). Méthode I-3560-85 de l'USGS (PDF) — DCO (mg/L) = (A − B) × N × 8 000 / mL d'échantillon ; sulfate mercurique pour les chlorures ; correction au-dessus de 2 000 mg/L de chlorures.