Laetitia SALVADORI Licence pro-te 02/10/08 Yves MICHEL William MOREAUD TP CHIMIE N 3 Détermination des -MVS Acides gras volatils But des manipulations : Les différentes analyses effectuées ont toutes pour but de caractériser les boues ou les effluents, évaluer leur stabilité, contrôler le respect des normes, maîtriser leur manipulations ou encore vérifier les paramètres d optimisation d un processus de fermentation. Echantillons analysés : Eaux brutes d entrée et eaux de sorties traitées, boues recirculées, aérées et digérées ; tous proviennent de la station d épuration de Limoges, prélevées le 02 octobre 2008. I- Détermination des et MVES par centrifugation. But : Les matières en suspension désignent l ensemble des matières insolubles dans l eau : sable, boues, argile, débris de roches, matière organique L intérêt de l analyse est de de caractériser les boues pour optimiser leur manipulations et leur valorisations (filtre presse, épandage ). Les matières volatiles en suspension sont utilisées pour déterminer la part de matière organique (volatile à 550 C) présente dans les permettant d estimer la stabilité des boues, c est à dire leur capacités à ne pas fermenter. Principe : Les différents échantillons de boues (aérées, digérées et recirculées) sont centrifugés et le culot repris dans de l eau distillée et ce deux fois. On récupère enfin le culot dans une coupelle d aluminium pré séchée à 105 C puis pesée à vide et on étuve le tout à 105 C. On pèse enfin la coupelle et son contenu dessiccation : on calcul les matières en suspension. Cette même capsule est enfin placée 2h à 550 C ce qui permet d éliminer les matières volatiles sèches par calcination. On pèse la coupelle calcination et on calcul les MVS. Manipulation : - identifier et mettre les capsules 2h à 105 C. - sortir et mettre 15 min au dessiccateur les capsules puis les peser. - mettre 50 ml de boues à l éprouvette dans un tube à centrifuger puis rincer à l eau distillée. - centrifugation éliminer le surnageant et reprendre le culot dans 50 ml d eau distillée. - centrifuger puis répéter l opération précédente. - transférer le culot dans une coupelle. - mettre au dessiccateur 8h minimum à 105 C puis peser : on obtient les. - placer la coupelle 2h à 550 C puis peser : on obtient les MVS. Résultats et interprétation : annexe 1
= (M1-M0) V = prise d essai 50 ml V M0 = masse en mg de la capsule vide M1 = masse en mg de capsule M2= masse calcination MVS = (M1-M0)-(M2-M0) x 100 M1-M0 Les des boues aérées et recirculées sont comparables malgré une plus forte teneur pour les boues recirculées. Cependant, les des boues digérées sont très supérieur aux deux autres (5 à 7 fois supérieure) car celles-ci présentent une siccité aussi plus importante (cf. annexe 3). Les MVES des boues digérées sont inférieures à celles des 2 autres car la matière organique initialement présente a été fermentée pour donner des gaz et des acides gras dans ce cas là. II- Détermination des par filtration. But : La détermination des, surtout dans les eaux de sortie, est un critère majeur pour maîtriser l impact sur l environnement car elles ont un effet néfaste par formation de sédiments et d un écran empêchant la pénétration de la lumière et la photosynthèse (appauvrissement en oxygène de l eau), colmatage des branchies des poissons et réserve de pollutions chimiques potentielles. Principe : Filtration d un volume d eaux (brutes ou traitées) puis dépôt du filtre en fibre de verre sur une coupelle pesée vide avec le filtre. On pèse enfin l ensemble : on calcul les. Manipulation : - identifier et mettre les capsules 2h à 105 C. - sortir et mettre 15 min au dessiccateur les capsules puis les peser avec le filtre. - filtrer un volume connu d eau mesuré à l éprouvette, rincer à l eau distillée. - déposer les filtres sur les coupelles et étuver 4h à 105 C. - peser l ensemble : on a les. Résultats et interprétations : annexe 2 = (M1-M0) V = prise d essai V M0 = masse en mg filtre + capsule M1 = masse en mg filtre + capsule Les en eaux de sortie de station sont de 1,3 mg/l ce qui est inférieur à la norme de juillet 2007(35 mg/l) et l abattement est supérieur à 99 % ce qui signifie que le système épuratoire d élimination des de la station de Limoges est très efficace, libérant des eaux de niveaux de qualité a (d la norme AFNOR NF T90-105) bien en dessous de la norme malgré des eaux d entrée moyennement chargées se situant au centre de l intervalle de valeurs usuelles (100 à 400 mg/l).
III- Siccité, MS et MVS. But : Les matières sèches ou siccité est ce que l on obtient lorsqu retire l eau des boues. Ce paramètre renseigne sur la consistance des boues, donnée obligatoire à connaître pour toute manipulation des boues (pompes, tuyauterie, volume ). Pour la majorité des boues, la détermination des matières volatiles sèches permet d évaluer la quantité de matière organique contenue et donc la biodégradabilité de ces boues et s exprime en % des MS. Cela permet d évaluer la stabilité des boues résultant de la fermentation. Ces boues sont ensuite utilisées en épandage agricole, d où l importance de la teneur en matières organiques pour la fertilisation, mauvaises odeurs Principe : Dépôt d un volume connu de boues sur une coupelle puis mise à l étuve à 105 puis 550 C. On calcul la siccité,, MVS pesée. Manipulation : - identifier et mettre les capsules 2h à 105 C. - sortir et mettre 15 min au dessiccateur les capsules puis les peser. - déposer un volume de boues. - peser la capsule pleine. - peser la capsule séjour à 105 C : on obtient la siccité. - peser la capsule séjour à 550 C : on obtient les MVS. Résultats et interprétation : annexe 3 Siccité (%) = M2-M0 x100 M1 = masse de l échantillon M1-M0 humide M2 = masse de l échantillon sec MVS = (M2-M0)-(M3-M0) x 100 M2-M0 M0= masse capsule vide La siccité moyenne des 3 boues étant chacune inférieure à 10 %, celle-ci appartiennent aux «boues liquides». La siccité des boues aérées correspond aux valeurs usuelles (0,4 à 0,6 %) et celle des boues recirculées est inférieure aux valeurs usuelles (1 %). Le processus de digestion implique le traitement de boues dont la siccité est de l ordre de 5-6 %, ce qui explique l obtention d une siccité supérieure pour les boues digérées mais cependant un peu faible par rapport à la teneur usuelle ( 5 à 8 %). IV- Détermination des AGV et TAC. But : Les acides gras volatils sont des acides gras à courte chaîne (6 carbones maximum) issus de la fermentation microbienne lors de la digestion anaérobie des boues (procédé de stabilisation). Une trop forte concentration en AGV est toxique pour les bactéries et nuit à la bonne exploitation du digesteur d où l importance de leur dosage. On détermine aussi le titre alcalimétrique complet pour évaluer la qualité du processus de méthanisation par le rapport AGV/TAV.
Principe : La mesure est effectuée sur les boues digérées. Les AGV présents dans le surnageant sont séparés des par centrifugation. Le surnageant est dosé par H 2 SO 4 pour descendre le ph à 4 : on détermine le Titre Alcalimétrique Complet. On continue de verser l acide jusqu à ph 3,5 afin d être sur que tous les carbonates CO 3 2- initialement présents soient transformés en H 2 CO 3 par l acide sulfurique. Les H 2 CO 3 formés sont ensuite éliminés par ébullition sous forme CO 2 afin de ne pas interférer avec le dosage suivant : on neutralise enfin les AGV par NaOH (jusqu a ph 7). Manipulations : - prélever 25 ml de boue - centrifuger 10 min à 5000t/min - recueillir le surnageant dans un bécher - reprendre le culot dans 50 ml d eau distillée - centrifuger 10 min à 5000t/min - recueillir le surnageant dans un bécher - reprendre le culot dans 50 ml d eau distillée - centrifuger 10 min à 5000t/min - recueillir le surnageant dans un bécher - verser un volume V d H 2 SO 4 dans le surnageant jusqu'à ph 4 - continuer l opération jusqu'à ph 3,5 - faire bouillir pendant 3 min - verser sous agitation V2 ml de NaOH dans le bêcher refroidi jusqu'à ph 4 - continuer jusqu'à ph 7 : soit V3 le volume final. Résultats et interprétation : annexe 4 TAC = Vx0, 1x1000 = Vx4 en meq/l acidité volatile = (V3-V2)x0,1x1000 en meq/l 25 25 TAC = Vx4x0,05 en mg/l de CaCO 3 acidité volatile = (V3-V2)x4x0,06 en g/l d AG La concentration en CH 3 COOH se situe dans la fourchette de valeurs usuelles (100 à 500 mg/ L) tout comme la concentration en carbonates de calcium (1 500 à 6 500 mg/l de CaCO 3 ). La mesure des AGV et du TAC permet de suivre la bonne digestion des composés organiques présents dans la boue par fermentation bactérienne et libération de méthane. L optimisation de cette réaction impose un rapport AGV/TAC inférieur à 0,2 ce qui est le cas avec les boues digérées étudiées (AGV/TAC = 0,15). Le processus étant optimisé, les boues seront ainsi moins malodorantes et causeront moins de nuisances.
Annexe 1 : échantillon aérées recirculées digérées M0 vide M1 105 C M2 550 C 1 896,0 2 079,8 1 943,5 3 676,0 1 907,1 2 096,0 1 956,7 3 778,0 1 882,2 2 136,1 1 947,6 5 078,0 1 907,5 2 146,4 1 972,2 4 778,0 1 956,5 3 311,4 2 419,4 27 098, 0 1 944,9 3 178,5 2 376,1 24 672, 0 3 727,0 4 928,0 25 885,0 MVES (% ) 74,2 73,7 74,2 72,9 65,8 65,0 MVES (% ) 74,0 73,6 65,4 Annexe 2 : échantillon M0 vide M1 V (L) Abattement (%) Eaux brutes d entrée Eaux traitées de sortie 2 084,1 2 095,1 0,035 314,3 2 127,2 2 137,8 0,050 212,0 2 100,5 2 100,9 0,400 1,0 2 074,5 2 075,1 0,400 1,5 263,2 1,3 99,5 Annexe 3 : échantillon M0 vide M1 capsule pleine M2 105 C M3 550 C Siccité (%) Siccité moyenne (%) MVS (% MS) MVS (% MS) aérées 1 905,4 16 448,7 1 969,3 1 928,4 0,44 1 951,0 21 529,8 2 037,4 1 982,3 0,44 0,44 64,0 63,8 63,9 recirculées 1 958,3 9 411,8 2 001,6 1 974,5 0,58 1 909,5 8 582,8 1 946,8 1 922,8 0,56 0,57 62,6 64,3 63,5 digérées 1 938,5 9 232,5 2 158,7 2 017,2 3,02 1 956,1 10 294,1 2 210,1 2 031,9 3,04 3,03 64,3 70,1 67,2
Annexe 4 : Essai 1 Essai 2 ph initial V (ml) V2 (ml) V3 (ml) 7,31 11,7 0,2 2 7,42 11,7 0 1,6 TAC 46,8 meq/l 2 340 mg/l CaCO3 46,8 meq/l 2 340 mg/l CaCO3 TAC moyen 46,8 meq/l 2 340 mg/l CaCO3 Acidité volatile 7,2 meq/l 432 mg/l d acide acétique 6,4 meq/l 384 mg/l d acide acétique Acidité volatile moyenne 6,8 meq/l 408 mg/l d acide acétique Rapport AGV TAC 0,15