La réglementation en matière de contrôle de la qualité des eaux est de plus en plus sévère. Les échéances pour la mise en place de l’autosurveillance des installations de traitement d’eaux usées approchent et certains retards restent
[Photo : Schéma de principe des analyseurs en ligne LAC Instruments et Systèmes]
encore à combler.
Les systèmes de mesure en ligne des paramètres de pollution sont tout à fait adaptés aux contraintes réglementaires en vigueur et à venir qui vont vers une augmentation du nombre et de la fréquence des analyses.
De ce fait, l'évolution de la réglementation en matière de contrôle de la qualité des eaux et des effluents se traduit par un intérêt croissant pour des systèmes de mesures simples, rapides et autonomes.
Des méthodes lourdes issues du laboratoire vers des méthodes plus simples et plus rapides
Les premiers systèmes en ligne développés ont été des transpositions des méthodes de laboratoire déjà existantes et faisant l'objet pour la plupart de normes (méthodes normalisées AFNOR). Ces automates chimiques présentent toutefois quelques inconvénients. Bien que les procédés d'analyses soient optimisés par rapport aux procédés de laboratoire, les temps de mesure sont encore trop longs pour des systèmes en continu. De plus, ces systèmes nécessitent une préparation de l'échantillon (filtration le plus souvent) et l'ajout de réactif(s). Il est donc nécessaire de stocker et de renouveler périodiquement ces réactifs avec des répercussions sur le temps et le niveau de maintenance, ainsi que sur les coûts d'exploitation de ce type d'analyseurs.
De nouvelles techniques, dites alternatives, ont alors vu le jour avec pour objectifs majeurs, outre la qualité des mesures, de pallier les contraintes des analyseurs existants en développant des systèmes plus simples, moins contraignants et moins coûteux en termes d'exploitation.
Parmi ces méthodes alternatives, celles basées sur la spectrophotométrie UV-Visible répondent bien aux objectifs fixés : simplicité d'utilisation, autonomie, faible maintenance, faible coût d'utilisation.
Avantage des méthodes spectrophotométriques
Les matières organiques, présentant des liaisons insaturées, de type C=C ou encore C=O, possèdent la propriété d'absorber la lumière dans la partie U.V. du spectre (spectre d'absorbance), de même que certains composés minéraux comme l'ion nitrate et le chrome VI.
Les méthodes spectrophotométriques travaillent en mono ou en multi-longueurs d'onde (2 ou plus). Les systèmes multi-longueurs d'ondes sont plus précis, moins sensibles aux interférences diminuant ainsi les risques d'erreurs de mesure et permettant de mesurer simultanément plusieurs paramètres si nécessaire.
Les analyseurs en ligne développés par la société LAC Instruments et Systèmes pour la mesure de la qualité des eaux et des effluents sont basés sur cette technique par spectrophotométrie UV-Visible multi-longueurs d'onde. Ces systèmes permettent de mesurer les paramètres de pollution organique (DCO, COT, DBO₅), les matières en suspension, les nitrates et des paramètres physico-chimiques tels que pH, température, conductivité, oxygène dissous en ajoutant au système un puits de mesure contenant des électrodes spécifiques simples.
Ces analyseurs sont modulaires et peuvent être configurés à la demande pour mesurer un ou plusieurs paramètres cités précédemment. Ces systèmes sont compacts, tous les modules de mesures étant intégrés dans un même coffret peu encombrant, se traduisant par une installation sur site simple et rapide.
Globalement, le schéma de principe de ces analyseurs est présenté sur la figure 1. L'exploitation mathématique des spectres obtenus permet d'estimer les différents paramètres de pollution qu'il est pertinent de suivre en continu. Un exemple de spectres correspondant à un effluent d'entrée de station d'épuration urbaine est présenté sur la figure 2.
[Photo : Spectre UV-Visible d'un effluent brut d'entrée de station d'épuration]
Corrélations avec les méthodes de laboratoire et suivi en ligne
Les corrélations obtenues entre les mesures des analyseurs et les méthodes de laboratoire sont très satisfaisantes. Il est donc tout à fait acceptable de remplacer des mesures de laboratoire plus ou moins fastidieuses et longues et pas toujours adaptées à des impératifs de contrôle en ligne. Quelques exemples des corrélations sont présentés sur la figure 3.
L'intérêt de la mesure en continu est de suivre au fil du temps l'évolution de la qualité du milieu analysé : caractérisation d'un effluent en entrée de station d'épuration ou évolution d'une eau de surface par exemple [voir figure 4 et 5].
L'analyse en ligne, contrairement à l'analyse ponctuelle ou sur échantillon moyen, est beaucoup plus représentative du milieu. Elle permet de mettre en évidence des pics de pollution ponctuels qui passeraient inaperçus sur échantillon moyen. Il est alors intéressant de prévoir par exemple un système
[Photo : Graphes de corrélations entre analyses de laboratoire et mesure par analyseur en ligne de LAC instruments et systèmes sur paramètres DCO et MES]
d’alerte sur dépassement de seuil afin d’intervenir au plus vite.
Applications sur eaux naturelles
Les analyseurs sont configurés spécifiquement selon les applications avec des gammes de mesure adaptées.
Ces appareils sont utilisés pour la surveillance de la qualité des eaux naturelles (suivis patrimoniaux). Ils permettent de disposer de données afin d’évaluer par exemple des programmes d'actions engagés sur des bassins versants (mesure des nitrates en particulier).
Autre secteur important pour les eaux naturelles, les stations d’alerte dans le cas de pollution accidentelle. Ces systèmes, lorsqu’ils sont placés en amont des stations de traitement d’eaux destinées à la consommation, sont indispensables pour sécuriser la ressource en eau potable.
L’intérêt des systèmes utilisant la spectrophotométrie UV-Visible est qu’ils ne nécessitent quasiment pas de maintenance et peuvent donc être installés sur sites isolés sans avoir besoin d’intervention.
La liaison à un système de supervision est indispensable sur ce type d’appareil aussi bien sur milieu naturel que sur station de traitement d’eaux ou sur site industriel. Il est ainsi possible de communiquer avec l’appareil via une liaison RS ou par modem afin de récupérer les résultats de mesure sans se déplacer sur le site d’installation, ou de commander le système pour modifier des paramètres de fonctionnement (changement de la fréquence de mesure par exemple). L’analyseur peut de la même manière émettre une alarme à distance (avec asservissement sonore, visuel, ou asservissement d’une vanne par exemple) sur dépassement de seuils de pollution préprogrammés ou sur dysfonctionnement du système de mesure.
Applications sur eaux usées d'origine urbaines ou industrielles
En ce qui concerne l’autosurveillance et le pilotage des systèmes d’assainissement (effluents urbains et industriels), les analyseurs en ligne multiparamètre sont particulièrement pertinents pour caractériser les effluents entrants ou pour suivre la qualité des rejets.
Gestion des process de traitement et économie
La connaissance de la charge de pollution qui arrive sur la station permet d’anticiper sur le fonctionnement des procédés de traitement. Il est par exemple possible de piloter l’ajout de réactifs sur un process physico-chimique de façon judicieuse et économique.
L’intérêt de ces mesures en continu est de connaître à n’importe quel moment les caractéristiques de l’effluent entrant. Le stockage des données collectées permet ainsi d’avoir une traçabilité des événements et de repérer des pollutions chroniques (par exemple, une pointe de pollution un certain jour de la semaine, ou tous les jours à heure fixe) afin de remonter jusqu'à l’origine de ces pollutions.
Cette mesure en continu permet également de mettre en évidence des pollutions accidentelles et d’anticiper sur une action au niveau de la station. Il est ainsi possible d’éviter des surcoûts d’exploitation dus aux dysfonctionnements engendrés par l'arrivée de ces polluants intempestifs.
L’optimisation des process de traitement permet d’obtenir les meilleurs rendements d’épuration possibles qui se traduisent en termes économiques par une meilleure qualité des rejets et donc des primes d’épuration plus conséquentes. Au niveau du fonctionnement, cela se traduit aussi en termes d'économie d’énergie.
Surveillance des rejets
La principale application en matière de surveillance des rejets consiste à s’assurer de la conformité de l'eau traitée par rapport aux exigences réglementaires, aux normes de rejets imposées.
Mais, à ce niveau, ce sont les mesures réalisées par les méthodes normalisées qui ont valeur légale. Toutefois, la réglementation tolère au cas par cas, en particulier pour les stations d’épuration industrielles, l'utilisation de certaines méthodes alternatives lorsqu’elles ont fait la preuve de leur bonne corrélation par rapport aux méthodes normalisées (figure 3).
Cependant, la mesure en continu permet une autosurveillance réelle et précise des rejets. Ceci est intéressant d’une part pour la protection du milieu naturel récepteur, et d'autre part pour justifier l’exploitant et/ou l'industriel et/ou la collectivité vis-à-vis des organismes de contrôle (Police de l'eau, Agence de l'Eau, DRIRE).
Optimiser le redimensionnement des stations
Les stations d’épuration existantes arrivent
[Photo : Suivi du paramètre COT sur eau de rivière]
[Photo : Suivi du paramètre DCO en entrée de station d'épuration]
L'exploitation des données fournies par les analyseurs en ligne permettent, par exemple, de retarder une extension grâce à l'optimisation du process existant.
Pour beaucoup en limite de capacité et doivent être repensées.
Un dernier point concerne donc le redimensionnement d'une station d'épuration lors de la construction de nouveaux ouvrages sur le site existant ou la construction d'une nouvelle station.
Et repoussent donc à plus ou moins long terme des investissements lourds.
Dans le cas où un redimensionnement est nécessaire, la connaissance précise par la mesure en continu de l’effluent à traiter permet de définir au mieux les ouvrages à construire et de réduire les investissements associés.
Conclusion
En conclusion, les analyseurs en ligne tels ceux proposés par LAC Instruments et Systèmes sont des outils d’alerte et de contrôle pertinents aussi bien pour les eaux naturelles, en particulier pour la sécurisation de la ressource en eau potable, que dans le cadre de l’autosurveillance et de la gestion optimisée des usines de traitement d’eaux usées. Parmi ces analyseurs, les systèmes basés sur la spectrophotométrie UV-Visible multilongueurs d’onde, sans réactifs, sans dilution, sans traitement de l’échantillon, sont les mieux adaptés du fait de leur simplicité d'utilisation, de leur faible maintenance, de leur rapidité d’analyses, et de leur faible coût d'exploitation.
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