Présentation
Les opérateurs du secteur de l'eau et des eaux usées ont à leur disposition toute une gamme de procédures et de méthodes d'analyse. Celles-ci vont des méthodes colorimétriques, titrimétriques, électrométriques (compteur et sonde), turbidimétriques, néphlométriques et démonstratives. Souvent, plusieurs de ces méthodes peuvent être utilisées pour mesurer une seule inconnue (Paramètre). Par exemple, le chlore résiduel peut être mesuré par colorimétrie, titrimétrie ou électrométrie. Quelle est la meilleure méthode pour votre application ? Commençons par définir ces méthodes, donner des exemples de chacune d'entre elles, apprendre leurs limites, puis décider quelle méthode (kit de test) (procédure) est la mieux adaptée à vos besoins.
La question clé ici est de choisir la procédure de test qui répond le mieux à vos exigences en matière de :
- précision
- coût (coût initial et coût par test)
- niveau de compétence
- répétabilité
- portabilité
- informations obtenues pour la prise de décision
- sécurité et élimination des réactifs
- les résultats sont-ils communicables ?
N'oubliez pas que les informations les plus complètes, fiables et précises obtenues grâce à vos tests vous fourniront les outils décisionnels nécessaires pour surveiller vos systèmes d'eau ou d'eaux usées, apporter des changements de fonctionnement et répondre aux exigences des permis et aux mandats de l'État.
Méthodes colorimétriques
Définies comme la mesure d'un paramètre dont la concentration est directement proportionnelle au développement et à l'intensité de la couleur après l'ajout d'un volume connu de réactif(s) (produits chimiques). Dans des cas tels que le chlore résiduel, la réaction est presque immédiate et les résultats peuvent être déterminés immédiatement. D'autres tests, comme ceux portant sur les nitrates et les phosphates, peuvent nécessiter un délai d'attente de 5 à 10 minutes avant que la couleur ne se développe complètement, en raison de la chimie impliquée.
Certains tests colorimétriques uniques réagissent à l'inverse. Autrement dit, plus la couleur se développe, plus la concentration d'un paramètre particulier est faible. C'est le cas, par exemple, du fluorure et de certaines méthodes de test de l'ozone. Pour déterminer la concentration, la couleur développée dans l'échantillon est soit comparée visuellement aux normes fournies par le fabricant (comparateur de couleurs), soit insérée dans un photomètre, un colorimètre ou un spectrophotomètre afin d'obtenir des résultats directement sur une échelle de mesure ou numériquement via une lecture discrète. Les résultats obtenus sont exprimés en parties par million (ppm), en milligrammes par litre (mg/L), en grains par gallon (gpg), etc.
Limites du comparateur visuel
Différences individuelles dans la capacité à discerner l'intensité des couleurs Éclairage d'arrière-plan. La plupart des fabricants formulent leurs normes de couleur en utilisant la lumière naturelle du jour. La lumière incandescente, fluorescente et directe du soleil est inacceptable et peut entraîner des erreurs. Le daltonisme est un problème certain avec les méthodes de comparaison visuelle des couleurs. Certaines couleurs sont extrêmement difficiles à distinguer. Exemple : les jaunes et certaines nuances de bleu. Même avec les limites décrites ci-dessus, les méthodes de comparaison visuelle des couleurs sont peu coûteuses, généralement faciles à utiliser, pratiques et conçues pour être simples. Certains résultats de tests visuels peuvent être communiqués à des fins d'autorisation. Vérifiez auprès de votre inspecteur local. La méthode calorimétrique utilisant un photomètre, un colorimètre ou un spectrophotomètre offre un avantage unique. De nombreux appareils sont alimentés par batterie et conditionnés de manière pratique pour être transportables. Pour décrire brièvement leur fonctionnement, un faisceau lumineux traverse l'échantillon. En fonction de la quantité de couleur présente, la lumière est transmise à travers l'échantillon et détectée par une photodiode. À l'aide d'un système électronique, les résultats sont affichés sur un appareil de mesure, soit directement en concentration, soit en pourcentage de lumière transmise. Les avantages de l'instrumentation sont les suivants : - élimine le besoin d'interprétation visuelle par l'opérateur - élimine les préoccupations liées à l'éclairage de fond - précision finalement supérieure
Bien sûr, l'utilisation d'un appareil de mesure pour « lire » le développement de la couleur peut être plus coûteuse au départ. Les méthodes de test colorimétriques offrent la possibilité d'obtenir des résultats immédiats et permettent de tester divers paramètres courants. Des tests pour le chlore, le fer, le manganèse, le cuivre, le zinc, l'aluminium, le fluorure, l'ozone, les nitrates, les phosphates, les sulfures et bien d'autres encore sont disponibles. Évaluez les avantages, les inconvénients et les exigences globales avant de prendre votre décision.
Méthodes titrimétriques
Un échantillon est prélevé et un ou plusieurs réactifs sont ajoutés pour produire une couleur. Dans ce cas, le réactif est appelé réactif indicateur. Un titrant ou un réactif est ajouté goutte à goutte jusqu'à ce qu'un changement de couleur se produise. Le point où la couleur change est appelé point final.
Les méthodes titrimétriques offrent plusieurs appareils de distribution de titrant : le comptage de gouttes, où un compte-gouttes calibré distribue des gouttes de taille égale. Une fois le point final atteint, le nombre de gouttes obligatoires pour atteindre le point final est compté et multiplié par un facteur de conversion. Par exemple, une goutte équivaut à 5 ppm.
Burettes de laboratoire, burettes automatiques - qui ne sont généralement pas portables. Cet appareil de distribution est muni d'une échelle calibrée sur le cylindre. Le titrant est distribué jusqu'à ce que le point final soit atteint. Le volume utilisé est ensuite lu sur l'échelle calibrée. Dans de nombreux cas, le nombre de millilitres utilisés équivaut au résultat du test en ppm. Microburette à lecture directe, une microburette calibrée de la taille d'une seringue qui distribue le titrant jusqu'à ce que le point final soit atteint. Les résultats sont généralement lus directement sur l'échelle calibrée en ppm. Cette procédure est totalement portable, comme les méthodes de comptage des gouttes.
Titrateurs numériques, où le titrant provenant d'une cartouche est inséré dans un micro-distributeur. La quantité distribuée est lue sur un vernier numérique, généralement en ppm. Les méthodes de titrage sont généralement peu coûteuses et constituent la méthode privilégiée dans de nombreuses procédures. Les tests typiques pour l'acidité, l'alcalinité, le dioxyde de carbone, la dureté, l'oxygène dissous et le chlore sont parmi les plus courants. Là encore, la commodité de l'emballage et la simplicité sont la clé de leur portabilité et de leur précision. Cette méthode est privilégiée pour déterminer la corrosion dans les réseaux d'approvisionnement en eau et offre à l'opérateur une approche facile et peu coûteuse pour répondre aux exigences en matière de plomb/cuivre.
Méthodes turbidimétriques
Certaines procédures de test uniques n'utilisent pas la couleur pour déterminer les résultats. Un échantillon est prélevé et un réactif est ajouté, ce qui produit une turbidité ou un trouble dans l'échantillon. Plus la turbidité est importante, plus la concentration est élevée. Les méthodes turbidimétriques, comme les méthodes colorimétriques, peuvent être « lues » à l'aide d'un comparateur visuel ou d'un colorimètre (appareil de mesure). Ici aussi, les résultats sont exprimés en ppm ou en mg/L. Les tests typiques utilisant cette méthode sont ceux du potassium et des sulfates. Là encore, cette méthode peut être totalement portable et facilement conditionnée sous forme de kit.
Méthodes électrométriques
L'une des méthodes les plus couramment utilisées consiste à insérer une électrode dans un échantillon. Un faible courant ou une faible tension est produit, puis amplifié électroniquement et lu sur une échelle de mesure. Les tests typiques sont le pH et la conductivité, mais divers paramètres peuvent être mesurés à l'aide d'électrodes spécifiques aux ions (ISE), notamment le calcium, les nitrates, le chlore, etc.
Presque toutes les procédures électrométriques nécessitent un étalonnage du compteur et/ou un prétraitement de l'échantillon. On peut citer comme exemples les tampons pH 4, 7 et 10 utilisés pour étalonner les pH-mètres. En général, les méthodes électrométriques sont plus coûteuses à l'achat et nécessitent un niveau de soin et d'entretien plus élevé en raison des systèmes d'électrodes.
Il existe aujourd'hui sur le marché des pH-mètres, des conductimètres et des oxymètres de poche peu coûteux. Même s'ils sont conçus pour être jetables après une période de temps, leur utilisation et leur entretien doivent faire l'objet d'une grande attention. Oui, ces compteurs de poche rivalisent avec les coûts des méthodes colorimétriques ou titrimétriques. Ils ne sont généralement pas acceptables à des fins de reporting, mais sont idéaux pour des vérifications rapides du système.
Méthodes néphlométriques
Cette méthode est spécifique à la turbidité de l'eau. Les matières en suspension dans l'échantillon sont mesurées à l'aide d'un appareil spécialement conçu qui envoie un faisceau lumineux focalisé à travers l'échantillon d'eau. Les solides en suspension, la saleté et le limon diffusent la lumière. La diffusion est mesurée par une photodiode à un angle de 90° par rapport à la source lumineuse. Les résultats sont exprimés en unités de turbidité néphlométrique (NTU) et sont plus qualitatifs que quantitatifs. Des appareils portables alimentés par batterie sont disponibles pour une utilisation sur le terrain. Les systèmes de traitement des eaux privés et municipaux utilisant des sources d'eau de surface telles que les lacs, les cours d'eau, etc. sont tenus de mesurer régulièrement la turbidité afin de contrôler divers systèmes de traitement des eaux, tels que les bassins de décantation et les performances des filtres à sable. Les turbidimètres et les enregistreurs à surveillance continue deviennent la norme plutôt que l'exception.
Méthodes d'essai gravimétriques
Il s'agit essentiellement de procédures d'essai physiques. Elles comprennent les solides décantables et les essais de décantabilité, principalement utilisés comme repères opérationnels dans les installations de traitement de l'eau et des déchets. Un échantillon est prélevé (généralement un litre), mélangé et laissé décanter. Les cônes d'Imhoff et les décanteurs sont des récipients couramment utilisés à cet effet. Les échantillons sont chronométrés à différents intervalles afin de déterminer le rapport entre les solides et le volume de solides sédimentés. Les résultats peuvent être transférés au fonctionnement de l'usine afin de déterminer la dose appropriée de floculant, les volumes de boues attendus, d'ajuster les déchets et de renvoyer les boues dans les installations de traitement des eaux usées. Il s'agit de méthodes d'essai relativement simples qui ne nécessitent aucun produit chimique ou réactif (sauf lors de la détermination du dosage du floculant) et qui fournissent des données actuelles précieuses à un opérateur de traitement de l'eau ou des eaux usées.
Technique d'échantillonnage
Toutes les méthodes d'essai décrites ci-dessus nécessitent un échantillon approprié. Il est important que les volumes d'échantillons obligatoires pour l'essai soient précis. Voici quelques points importants à retenir. - Choisissez le point approprié dans le système d'eau pour votre échantillon. Laissez couler l'eau pendant un court instant afin d'obtenir un échantillon représentatif. (Notez s'il s'agit d'un premier prélèvement. Pour le plomb ou le cuivre, ignorez cette étape.) Versez le volume correct d'échantillon dans le tube à essai ou le bocal. Des résultats précis nécessitent des volumes d'échantillon précis. - Une fois le test terminé, éliminez correctement les réactifs/échantillons usagés et nettoyez soigneusement tous les tubes à essai. - Suivez scrupuleusement les instructions du fabricant du kit de test. Ne modifiez pas la procédure pour l'adapter à vos besoins ou pour prendre des raccourcis qui risqueraient de fausser les résultats. - Ne mélangez pas les réactifs de différents fabricants, en particulier les réactifs colorimétriques, à moins qu'ils ne soient exactement de la même concentration.
Résumé
Nous avons brièvement examiné six méthodes d'analyse de l'eau destinées aux opérateurs du secteur de l'eau et des eaux usées. Laquelle vous convient le mieux ? - Il est nécessaire d'examiner attentivement les tests. - Choisissez la méthode de test qui correspond à votre niveau de compétence en matière de tests. - De quelle précision avez-vous besoin ? Connaissez les limites du test. - Comparez le coût du kit de test (méthode) aux résultats attendus. - Recherchez sur le marché les fabricants d'équipements et de kits de test. Examinez leurs produits. - Exigences en matière de sécurité et d'élimination des réactifs. - Les résultats sont-ils communicables, la procédure suit-elle les méthodes standard ou le manuel de l'EPA ? Est-elle approuvée par l'État ?
Facteurs liés à la sécurité et à l'environnement
De nombreux kits et instruments de test contiennent des réactifs dangereux. Lisez toutes les instructions relatives à la sécurité. Examinez attentivement les procédures de test avant de procéder au test. Utilisez les fiches de données de sécurité (FDS) fournies par le fabricant pour connaître les dangers spécifiques et les modalités d'élimination des réactifs usagés. Vérifiez la durée de conservation des réactifs spécifiques et remplacez-les si nécessaire. Certains réactifs des kits de test des métaux lourds ont été interdits pour les tests de l'eau à domicile. Les tests pour le plomb, le cadmium, le mercure, etc. peuvent contenir des matières extrêmement dangereuses comme le tétrachlorure de carbone et le cyanure de sodium. Confiez ces tests à un laboratoire certifié externe. Presque toutes les méthodes de test définies et décrites ici sont des tests inorganiques courants. Les tests pour les pesticides, les hydrocarbures aromatiques (essence), les PCB et autres substances similaires doivent également être confiés à un laboratoire certifié qualifié disposant de l'équipement approprié.
