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 de DCO standard utilise un produit chimique appelé dichromate de potassium pour oxyder les matières organiques présentes dans 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 mesuré par titrage, un procédé qui consiste à ajouter progressivement un second produit chimique, le sulfate de fer(II) et d'ammonium, jusqu'à ce que le changement de couleur indique que la réaction est complète.

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 la suivante :

$C = \frac{(B - S) \times N \times 8000}{V}$

Où :

• C = la demande chimique en oxygène, en mg/L
• B = le volume de titrant utilisé pour l’essai à blanc, en mL
• S = le volume de titrant utilisé pour l’échantillon d’eau, en mL
• N = normalité du titrant, en équivalents par litre (eq/L)
• V = le volume de l’échantillon d’eau soumis à digestion, en mL
• 8000 = un nombre de conversion fixe (expliqué ci-dessous)

Le résultat ne peut jamais être négatif, car une demande en oxygène négative est physiquement impossible. La calculatrice vérifie les données saisies avant d'appliquer la formule. Le volume du blanc, la normalité et le volume de l'échantillon doivent tous être strictement supérieurs à zéro. Le volume de titrant de l'échantillon doit être nul ou supérieur à zéro, et ne doit pas être supérieur au volume du blanc.

Pourquoi la formule utilise 8000

La masse molaire de l'oxygène est de 32 grammes par mole. Chaque mole de molécules d'oxygène accepte 4 électrons lorsqu'elle est réduite en eau ; un équivalent d'oxygène pèse donc 32 ÷ 4 = 8 grammes. Cela correspond à 8 milligrammes par milliéquivalent. Les volumes de titrant sont exprimés en millilitres ; le résultat doit donc aussi être converti des millilitres en litres, ce qui introduit un autre facteur de 1000. La multiplication des deux facteurs donne 8 × 1000 = 8000.

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 = 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

La calculatrice classe le résultat en trois catégories :

• Inférieure à 50 mg/L : DCO faible. Typique d'une eau propre, comme l'eau potable ou un effluent bien traité.
• De 50 mg/L à moins de 200 mg/L : DCO modérée. Typique des eaux usées traitées rejetées par une station d'épuration.
• 200 mg/L et plus : DCO élevée. Indique une forte pollution organique, comme des eaux usées domestiques brutes ou des effluents industriels non traités.

Les eaux usées domestiques non traitées se situent généralement entre environ 250 et 1 000 mg/L. Les eaux usées industrielles, par exemple celles des brasseries ou des usines agroalimentaires, peuvent atteindre plusieurs 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 se produire, car l'échantillon consomme toujours une partie du dichromate. Cela signifie généralement que les deux valeurs ont été inversées ou que le blanc a été contaminé. La calculatrice rejette cette donnée et affiche une erreur au lieu d'un résultat.

Interférence des chlorures. L'eau salée et les saumures contiennent des ions chlorure, que le dichromate oxyde de la même manière que les matières organiques. Le résultat de DCO est alors trop élevé. Standard Methods 5220 ajoute du sulfate mercurique au mélange de digestion afin de complexer les chlorures. La méthode ne couvre toutefois pas les échantillons contenant plus d'environ 2 000 mg/L de chlorures ; ceux-ci nécessitent une autre procédure.

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 être inférieure à zéro. Un résultat négatif dans la formule signifie que le titrage de l’échantillon a utilisé plus de titrant que le blanc, ce qui indique une erreur de mesure ou une contamination, et non une demande réellement négative. Le calculateur refuse cette valeur et demande des mesures corrigées. Lorsque les deux titrages correspondent exactement, la demande est de 0 mg/L.

Quel volume d’échantillon faut-il utiliser ? Cela dépend de la méthode. La méthode à reflux ouvert des Standard Methods 5220 digère 50 mL. La méthode à reflux fermé utilise des récipients beaucoup plus petits et ne digère que quelques millilitres. Le calculateur accepte tout volume supérieur à zéro ; saisissez donc le volume effectivement digéré par le laboratoire.

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. American Public Health Association, American Water Works Association et Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23e éd.).
2. Agence américaine de protection de l’environnement. (1993). Méthode 410,4 : Détermination de la demande chimique en oxygène par colorimétrie semi-automatique.
3. ISO 6060:1989. Qualité de l’eau — Détermination de la demande chimique en oxygène. Organisation internationale de normalisation.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. et Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5e éd.). McGraw-Hill Education.