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1. 1 INTRODUCTION GENERALE coeno dem treno dm DOO EO 2 Ll LEPROJET PRIMEAU ET LES OBJECTIFS DU STAGE ist EES 4 1 1 LE PROJET PRIMEAU UN PROJET MULTIPLE FACETTE DANS LA D CANTATION 4 1 01 Mise en contexte probl matique et objectif S M TA nel ab Ep veu Rea ie EUER Eege 4 1 1 2 Parcellisation des t ches en interne et organisation sense 5 1 2 LES OBJECTIFS DES STAGIAIRES ET DE CE e 7 Il ETUDES PR LIMINAIRES SYNTH SE BIBLIOGRAPHIQUE ET MOYENS MIS 9 2 1 LE TRAITEMENT DES EAUX US ES ET LA PLACE DE LA D CANTATION PRIMAIRE QU BEC 9 2 2 LES ACIDES GRAS VOLATILS ET LES M THODES DE ee eese eee eene eene REENEN 11 2 2 1 Les AGV des acides carboxyliques cha ne EE enee 11 2 2 2 Recherches et choix de la methode de fractionnements shooter 11 2 3 MAT RIEL DE TITRATION METROHM TITRINO ET SAMPLE PROCESSOR ss eene neenon teen 14 2 4 SECURITE ET FORMATION E IR RE 15 Ill MISE EN PLACE DU PROTOCOLE ET R SULTATS sessseesesseeseeeseeseeseesreeseeseeuseeseesreuseeseesseeseesreeseesresseeseeseessess 17 3 1 LES PREMI RES R UNIONS ET LA MISE EN PLACE D UNE STRAT GIE sssesesseseesseccesecccseecceseccoseeeceseecosseeeeseee 17 3 11 Les Informations acquises Eenegung 17 12 CO STORE
2. 17 3 2 L VOLUTION DE LA PRISE EN MAIN DU MAT RIEL eeeen e eee eon tenen osten etta e aaa tae tease eaae paa etta 0920 18 DID ET 18 SEENEN 20 3 3 L VOLUTION DE LA PRISE EN MAIN DU FICHIER EXCEL eene eee eene nennen eese 21 e Reeg e EE 21 E eg eg d 23 3 4 L EVOLUTION DES E ET Nro cM 24 3 4 1 Prise en main avec solutions de laboratoires connues 20 2 5 24 3 4 2 Cr ation choix de la m thode de titrage et calibration ss 25 3 4 3 Seuil de d tection et recherche E 27 CONCLUSIONS T 33 JitiWIele 35 TABLE DES ANNEXES a du no count 36 UNIVERSIT 1 LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Introduction g n rale I ne fait aucun doute que la gestion de l eau est un des enjeux majeurs du XXIe si cle aussi bien l chelle du Canada qui d tient lui seul 20 des r serves mondiales d eau douce pour 0 5 de la population que dans le reste du monde L eau est la fois une ressource vitale et un milieu de vie pour de nombreuses esp ces Mais de plus en plus souve
3. 3 1 2 La strat gie id ale UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Avant de se lancer t te baiss e dans les manipulations la mise en place d une strat gie s imposait compte tenu des diff rentes techniques possibles du mat riel non maitris et du temps imparti Pour les eaux us es Apprendre utiliser les appareils pour orienter leur fonctionnement sur la d tection des AGVs Apprendre utiliser le fichier Excel et faire des am liorations au moins dans sa structure son ergonomie et si possible dans la pr cision des calculs Parvenir d tecter des concentrations connues d AGV dans des chantillons pr par s Simuler concentrations et titrer un chantillon d eau us e avec des compos s de laboratoire Appliquer la m thode des chantillons d eaux us es r els R diger le protocole op rationnel Pour les boues Trouver le bon taux de dilution des boues pour entrer dans la gamme de d tectabilit de l lectrode Mettre en place une m thode de titrage des boues R diger le protocole op rationnel Global Avec les r sultats de la m thode 50 points tester la m thode 5 points et ou 8 points Parvenir des r sultats fiables Comparer la pr cision de mesure avec la m thode 50 points R aliser un bilan mati re aux bornes du d canteur Entr e Sortie Boue avec la m thode la plus pr cise En fin de compte la
4. Plan d exp rience et r sultats des tests 0 005N Test finaux sur eau us e d entr e et de sortie du d canteur Avec et sans AD Avec ou sans consid ration du tampon de l eau UNIVERSIT iu LAVAL Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Contexte de l tude ad E VILLE DE ef Le Canada et la ville de Qu bec QU BEC B e Le Canada est un des pays les plus privil gi s en ce qui concerne les ressources en eau douce puisque pour 0 5 2 de la population mondiale il d tient environ 20 des ressources mondiales en eau douce C est d ailleurs ce titre que le Canada et notamment le Qu bec est le leader mondial de l hydro lectricit 25 4 de part de production d nergie issue de l hydro lectricit au m me titre que la France l est avec le nucl aire 38 6 de part pour le nucl aire contre 5 6 dans l Hydro lectricit La ville de Qu bec est la capitale du Qu bec Elle comptait pr s de 516 622 habitants en 2011 et plus de 765 ooo habitants dans l agglom ration ce qui en fait la 7 ville la plus peupl e du Canada La particularit de la ville de Qu bec est son tendue engendrant une tr s faible densit de population 1138hab km plus faible encore que le Grand Toulouse par exemple 3 721 hab km qui souffre d j de ce probl me Par ailleurs du fait de l abondance d eau et d une facturation fixe ne tenant pas comp
5. UNIVERSIT LAVAL INSR FACULTE DES SCIENCES ET DE GENIE INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES D partement de g nie civil et g nie des APPLIQUEES eaux Pavillon Adrien Pouliot local 2974 D partement de g nie des proc d s et environnement 1605 Avenue de la M decine 135 Avenue de Rangueil 31077 Qu bec QC G1V 0A6 Canada Toulouse Cedex 4 France Rapport de Stage Stage r alis du 06 02 2012 au 10 04 2012 Pr sent et soutenu par Thomas BOUICHET Optimisation d un d canteur primaire Fractionnement des acides gras volatils dans des eaux us es de d cantation primaire Maitre de stage Peter VANROLLEGHEM Responsable travaux Ludiwine CLUZOT Tuteur INSA Yolaine BESSIERE 4eme ann e GPE Ann e Universitaire 2011 2012 Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 R sum Le traitement des eaux us es par puration biologique est un domaine de comp tence scientifique et technique r cent Dans un monde en pleine expansion d mographique et urbaine il constitue un enjeu majeur non seulement sanitaire mais galement environnemental La r glementation volue vite et impose des normes de rejets de plus en plus drastiques Dans ce contexte nombreux sont les laboratoires de recherche visant remplacer am liorer optimiser voire cr er de nouveaux proc d s C est le cas du groupe de recherche modelEAU autour de la Chaire de Recherche du Canada trava
6. fractionnement des divers compos s et polluants doivent tre d velopp es C est le cas notamment des AGV La r alisation du mod le est r alis e par Giulia Bacchis Doctorante L dification des protocoles sont effectu s par divers stagiaires se succ dant Tel est l objet de ce stage Le rythme de travail est impos par des r unions de compte rendu des r sultats et de d lib ration hebdomadaires dirig s par Ludiwine Cluzot Post Doctorante et sous ma tre de stage Les professeurs Paul Lessard et Peter Vanrolleghem ma tre de stage encadrent orientent et veillent scientifiquement et techniquement l avanc e des op rations En dernier lieu Sylvie Leduc professionnelle de recherche coordonne les quipes du projet dans le laboratoire et le passage de t moins entre les diff rents stagiaires 1 1 3 Support de travail La d cantation primaire est la premi re des op rations d une STEP intervenant apr s le pr traitement d grillage dessablage d shuilage d graissage Son r le est d extraire des eaux la majeure partie des mati res solides de m me que l exc dent des huiles des graisses et des cumes Le principe de s paration est avant tout physique utilisation de cette noble force qu est la gravit terrestre mais peut tre chimique dans le cas d utilisation de coagulant floculant L quipe primEAU travaille sur 2 d canteurs la STEP Est de Qu bec Le d canteur primaire r el La station Est compte
7. 0 0000001 0 10001 10001 002 74 74 000002 00000002 010002 10002 003 143 140 000003 00000003 010003 10003 036 7 73 0000358 0 00000358 0100358 100358 056 3 00 000000556 0 100558 100 558 118 728 725 000117 00001178 0101178 101178 180 72 718 0001798 000001798 0101798 101798 24 71 112 0 002436 0 00002436 0102436 102436 309 708 706 0 003088 0 00003088 0103088 103088 376 103 701 0003764 000003754 0103764 103 764 Courbe de Capacit Tampon en meq L pH Titrant 0 01N Eau Us e du 10 04 SD AD 50 mg L o S rel S je3 Error Sum 0 22811 Previous Formula Capacit Tampon meq l pH o o o Voluntary not fitted value Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau UNIVERSIT E Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Nouvelle formule Selected cell www puper mm X v f PENTE 1000 F28 F34 B28 B34 G31 A 8 E F a 1 Ta rg 23 ion 24 Volume added cumul mol added cumul Volume Total Cumul Capacit Tampon exp rience 25 Volume added mi pH pH average enl ea H30 enl enm meq L oH 000 742 742 0 0 01 100 001 742 742 0 00001 0 0000001 0 10001 10001 002 743 0 00002 0 10002 100 02 0 03 740 0 00003 0 10003 10003 0 36 737 0 000358 0100358 100358 056 732 0 000558 0 100558 100 558 118 725 0 001178 0 00001178 0101178 101178 180 718 0 001798 0 00001798 0101798 101798 2
8. 5 R seau bassins hydrologiques et localisation des stations de traitement des eaux us es de la Ville de Qu bec RS Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau LINIVERSIT i LAVAL 9 Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 L tape principale biologique d puration Qu bec est r alis e par biofiltration La STEP Est compte 30 biofiltres constitu s de biolite C est un milieu a robie qui permet une filtration en plus de la biod gradation de la pollution organique dissoute Une pression transmembranaire est appliqu e par soutirage de l air et de l eau la base du m dia filtrant Leur temps de s jour est d environ 15 min et des lavages contre courant lavages d colmatages mini lavages sont effectu s fr quemment Afin d tre biofiltr l eau us e sortant de la d cantation primaire doit tre relev e en t te de filtre Le dimensionnement de cette op ration a conduit l utilisation de 3 vis d Archim de de 3 m tres de diam tre tournant 25 tours minute Une installation plut t hors du commun qui a n cessit un fort investissement initial pour des co ts de fonctionnement et de maintenance rentables sur le long terme Le traitement compl mentaire ultime en fin de proc d est une d sinfection par Ultra violets qui limine 99 5 des coliformes f caux Les installations 5 canaux pour environ 8500 lampes fonctionnent de juin septembre et renden
9. 7 d canteurs primaires comportant chacun 2 bassins de d cantation Ils sont positionn s en parall le et autorisent une tr s grande capacit de traitement 5 m tres de profondeur environ Ce sont des d canteurs de type lamellaires en nid d abeille lamelles inclin es de 55 et espac es de 10 cm Ces derni res permettent de diviser par 11 l encombrement total de l op ration rendement gal limination de 60 des MES Cf Annexe 1 pour sch ma en coupe Fig 3 Photographie du d canteur primaire n 1 de la STEP Est de Qu bec Des chantillons sont r cup rables sur les 3 voies entr e sortie et boues en acc dant par en dessous aux canalisations correspondantes Le d canteur primaire pilote UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Le d canteur pilote est le fruit de la collaboration entre John Meunier filiale chez Veolia Eau et le laboratoire modelEAU Il a t install en juillet 2010 dans le but de rendre le groupe primEAU autonome et de satisfaire aux besoins des travaux de recherches Le DP pilote se situe dans les du CRIQ Centre de Recherche Industriel du Qu bec la STEP Est Il est aliment en eau brute eau us e provenant du d canteur r el n 7 Pour une hauteur effective de 3 2 m son volume utile est de 4 85 m Son temps de s jour d environ 1h et le d bit maximum en entr e ne doit pas d passer les 5 m h afin
10. AGV des acides carboxyliques chaine courte Les Acides Gras Volatils Volatile Fatty Acides en anglais sont des acides gras acides carboxyliques chaine aliphatique dont la chaine carbon e est consid r e comme courte moins de six atomes de carbone Ils sont produits de facon g n rale lors des premi res tapes de la d gradation ana robie de la mati re organique Cette d gradation s op re essentiellement dans les digesteurs ana robique production de biogaz m thanisation mais galement dans des m tabolismes naturels comme par exemple lors de la digestion chez les ruminants Une mesure de la concentration en AGV dans une eau us e permet en quelque sorte de connaitre le degr de fermentation de cette eau En m thanisation ce sont des interm diaires r actionnels et peuvent tre inhibiteurs au del de certains seuils de concentration Ils indiquent en quelque sorte l tat de sant du digesteur Les principaux acides gras volatils sont l acide ac tique CH COOH l acide prop noique CH CH COOH etl acide butyrique CH4 CH COOH Plus rares on peut galement trouver l acide val rique et l acide caprioique ainsi que des isom res iso butyric iso valeric Les pKa des AGVs oscillent autour de 4 80 4 76 pour l acide ac tique et 4 87 pour l acide prop noique 2 2 2 Recherches et choix de la m thode de fractionnement Historique des recherches De nombreuses recherches sur les m thodes
11. bicarbonate de l acide phosphorique etc Or suite au premier compte rendu de mes r sultats il m a t conseill de ne pas chercher aller trop loin au risque de perdre du temps et de Cette instabilit pH faible a t corrig e plus loin dans le stage et est expliqu e au 3 4 1 LL UNIVERSIT y LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 me concentrer sur les AGVs uniquement J ai alors demand la composition d une eau us e simulable en laboratoire m a t dit Environ 20 mg L d AGV et 200 mg L de bicarbonate Je savais donc avec quels compos s exclusivement je travaillerai C est galement lors de ces premi res manipulations que j ai compris le fonctionnement par m thodes enregistr es des appareils de titrage J ai pu y d couvrir la m thode Titre pH dont aucune donn e ne transf rait l ordinateur et la m thode Alcalin qui servait d terminer l alcalinit d un chantillon et n tait donc pas suffisamment adapt e la quantification des AGVs Mon choix a donc t de cr er une m thode ind pendante sp ciale pour les AGVs Il fallait pour cela que j apprenne changer charger et enregistrer les param tres d une m thode Fort du constat que je devais me consacrer uniquement aux AGVSs et bicarbonates parmi les premiers chantillons pr par s puis titr s j ai d cid de d tecter trois
12. concentration de titrant 0 005N Excel AGV 3 Err rel 1 Err rel 2 96 AGV AD AGV mmol L mmol L Excel Courant Err rel 1 Errrel 2 AGV AD AGV mmol L mmol L Echantillons Compo Eau AGV 200 mg bicarbo 20mgAGV 200 mg bicarbo 20mgAGV 200 mg bicarbo 200 mg bicarbo Tab 8 Plan d exp rience et r sultats des tests 0 005N Ajouts Dos s Plusieurs conclusions sont tirer Premi rement un titrage 0 005 N n est pas la solution au probl me de seuil de d tection car les r sultats ne rentrent toujours pas dans les intervalles de fiabilit Deuxi mement le fichier Excel AGV3 avec comptabilisation du tampon de l eau ne permet toujours pas une am lioration de la pr cision d estimation Cependant il semble avoir un impact tout de m me en diminuant l erreur relative alors que dans les s ries de tests pr c dents les erreurs taient augment es La comptabilisation du tampon de l eau a donc un impact sur la pr cision des LINIVERSIT B LAVAL 2 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 mesures avec beaucoup de points En effet le fait d utiliser une concentration en titrant plus faible a pour cons quence d augmenter le nombre de points de mesure la quantit de titrant inject et le temps de titration faisant sortir ces param tres a
13. concentrations diff rentes prises au hasard de 3 compos s types 2 AGVs l acide ac tique 800 mg L et l acide propionique 400 mg L afin de v rifier si la m thode permettait de d tecter deux formes diff rentes et du bicarbonate 1000 mg L Les r sultats furent tr s satisfaisants avec des erreurs faibles lt 10 Echantillon Duplicata cen D l Ge mien l NaCH3COO 233 68 1 98 X 807 8 mg L 3117 3 NaHCO3 4 24 X 1006 3 mg L 3 22 NaCH3COO 4 88 402 4 mg L 2 100 63 105 10 4 45 Tab 3 R sultats du 2 mars 2012 Tests divers sur chantillons de laboratoire Erreur Relative Remarque Le fichier Excel utilis ce moment l tait celui de base Les concentrations d AGV et TIC taient exprim es en mgC L L unit de concentration a t modifi e par la suite Remarque 2 Les r sultats sont excellents car les compos s taient seuls en solution pas d interf rence de tampon autre que l eau et en tr s grande quantit largement au dessus du seuil de d tection 3 4 2 Cr ation choix de la m thode de titrage et calibration La suite des manipulations 3 au 27 mars a consist r diger et mettre en m moire du titrateur 2 m thodes AGV DET et AGV MET afin de choisir la plus ad quate L tude de l lectrode calibration temps de r ponse temp rature s est galement pos e comme probable cause d impr cisions AGV MET et AGV DET A la demande de Peter de passer le plus vite possible sur ea
14. de ne pas cr er un courant ascendant trop rapide et par cons quent contre performant max 2 m h Il ne comporte actuellement pas de lamelles mais contient un support pour un ajout futur Sans lamelles sa surface d cantation a t estim e 2 m De nombreux capteurs sont embarqu s turbidim tre pHm tre conductim tre d bitm tre thermom tre d tecteur de niveau et une interface tactile sur un panneau de commande permet l op rateur de tout contr ler acquisition des signaux d bits entr s d bits de soutirage de boue fr quences de soutirage volumes etc Fig 4 Photographie du d canteur primaire pilote 1 2 Les objectifs des stagiaires et de ce stage Dans le cadre du fractionnement ADM et ASM de nombreux stagiaires se succ dent depuis 2 ans afin de mettre au point des protocoles de fractionnement standardis s SOP des divers constituants de l eau us e Pour la partie ADM un protocole de fractionnement des Glucides par la m thode colorim trique de Dubois a t mis en place par Marion Muselli et finalis par Perrine Pasquier Meunier un protocole de fractionnement des Lipides par extraction soxhlet a t mis en place par Aurore Poli et galement finalis par Perinne La concentration de prot ine est quant elle obtenue par calcul partir de la d termination de la teneur en Azote Kjeldahl TKN et ammoniacal NH4 Il reste donc tablir un protocole de fractionnement sur les AGVs Les princi
15. es n cessaires au projet primEAU L ensemble de donn es du rectangle Caract risation Bilans rentre dans le cadre de l objectif a portant sur la caract risation de l affluent de l effluent et des boues ainsi que de l tude hydrodynamique Ces analyses sont d sormais accomplies et les r sultats tablis L tude du comportement physique des particules compl t par l tude d ajout de produit chimique int gre principalement l objectif c et font parti des points forts du mod le D importants moyens Lasentec FBRMO et mat riel ViCas sont mis disposition dans l tude de la distribution des vitesses de chutes et de la taille des particules Cette tude est men e l heure actuelle 1 semestre 2012 par Imen Bel Hadj Etudiante la maitrise et Virginie Lauret Stagiaire D autre part l tude d ajout de produits chimiques alun et produit vert de coagulation floculation est men e par Sovanna Tik Etudiante la ma trise paul par M diatrice Mujawamariya stagiaire dans le cadre du projet alEAU D autre part dans le cadre de l objectif b de d veloppement d un mod le propre la d cantation primaire et de la compatibilit avec les mod les ASM et ADM ces derniers demandent de pouvoir caract riser les eaux d entr e et sortie ainsi que les boues primaires Des m thodes de UNIVERSIT LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012
16. existantes avaient t men es avant mon arriv e La premi re m thode de quantification qui permet m me une qualification des AGVs est le recourt a la chromatographie gazeuse comme expliqu sur le site de Naskeo et de l INRA Narbonne Il est vrai que la chromatographie est accompagn e du r el avantage qu aucune formation pr alable n est requise pour r aliser la manipulation une fois l appareil dimensionn et param tr Cependant la chromatographie haute performance est une technique on reuse et longue mettre en place La deuxi me m thode test e fut une m thode Hach bas e sur l est rification Elle consistait suivre un protocole tr s standardis pour pr parer l chantillon analyser ensuite par spectrophotom trie Les essais n ont malheureusement pas t concluants La raison principale de l chec est la teneur des eaux us es inf rieure la LOQ Limit of Quantification 27 mg L v rifi e sur le site du constructeur La troisi me m thode est en r alit un groupe de m thodes autour de la titration acido basique C est cette voie qu il faut explorer Ces m thodes s inscrivent dans une logique de d tection plus globale et donc moins sp cifique mais surtout moins on reuse Plus globale car elles UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 permettent de connaitre en plus des AGVs la concentration de plusieurs a
17. la suivante An H30 1 P ApH C Ves Avec An H30 la quantit de moles de H30 introduite ApH la variation de pH associ et V le volume cumulatif de l chantillon Dans le premier fichier la d riv e tait calcul e de proche en proche entre 2 points V pH successifs voir image 1 Annexe 5 et engendrait de l incertitude sur le calcul qui se traduisait par du bruit et une irr gularit de la courbe lors de l affichage graphique surtout dans la zone de maxima de la capacit tampon voir image 2 Annexe 5 Dans l exemple donn en annexe avec cette formule de calcul la minimisation de l erreur entre de la courbe th orique et la courbe exp rimentale lors de leurs ajustements donne une valeur de 0 22811 Il a donc t envisag de r duire le bruit occasionn et gagner en pr cision en changeant la formule de calcul de la d riv e par la m thode des moindres carr s En effet en r alisant une r gression lin aire sur un ensemble de 7 points encadrant notre point de calcul 3 au dessus 3 en dessous la pente de cette r gression serait bien plus juste car sur une tendue plus grande La p 16 90 75 formule Excel PENTE ou SLOPE fait cela tr s bien Ax X avec y a bx y le volume inject x le pH et respectivement les moyennes des Volumes et pH des 7 points pris en compte Le r sultat est appr ciable visuellement mais galement en regardant la valeur de la somme des erreurs qui dans l exemple est pass 0 07611 Aj
18. projects projects overview AquaNorthProject WaterCities InQuebec DrinkingWater aspx acc s le mai 2012 Ville de Qu bec Service de l environnement Syst me de collecte et de traitement des eaux us es Traitement des eaux us es 2012 http www ville quebec qc ca environnement eau docs systeme collecte traitement eaux usees pdf acc s le mai 2012 Universit Laval L Universit Laval en bref 2012 http www2 ulaval ca notre universite l universite laval en bref html acc s le mai 2012 Universit Laval Regroupements de chercheurs et chaires Chaire de recherche du Canada en mod lisation de la qualit de l eau 2012 http www2 ulaval ca fileadmin ulaval ca Images recherche bd regroupement fiche 290 html acc s le Mai 2012 SWH Van Hulle S De Meyer TJL Vermeiren A Vergote J Hogie and P Dejans Practical application and statistical analysis of titrimetric monitoring of water and sludge samples Department of Industrial Engineering and Technology University College West Flanders Graaf Karel de Goedelaan Belgium UNIVERSIT LAVAL 28 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Table des annexes ANNEXE 1 COUPE TRANSVERSALE D UN DP R EL ET DU DP PILOTE LA STEP EST DE QU BEC A ANNEXE 2 LE TRAITEMENT DES EAUX QU BEC eere eene nnne nn stessa seta sanas stas sess sata assa sata sean sanas B EE EE C ANNEXE
19. propre au Sample Processor et des buses de pulv risation d eau de rincage Il permet ainsi de titrer plusieurs chantillons l un apr s l autre sans interruption r alisant sa vaisselle automatiquement Il comporte galement un m moire interne sur laquelle on peut programmer des s quences les enregistrer et y faire appel Il est reli au Titrino pour la phase de titrage avec injection de titrant Transfert donn es coupl s seul R cup ration Analyse des donn es 1 un baal m BIDE v5 Jj zij aga oo ib OL K Sample Processor Computer Titrator Fig 9 Le mat riel de titrage et les t l commandes associ s UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Deux t l commandes permettent de les manipuler et de les param trer gauche celle de la table d chantillonnage et droite celle du titrateur Enfin un ordinateur est reli au Titrateur Il est quip des logiciels de la gamme Methrom Vesuv Database et Vesuv Datalogger qui permettent respectivement de collecter les donn es de titrage et de les analyser La situation avant le d but du stage En arrivant le Titrateur tait en tat de marche En effet lan l avaient un petit peu manipul sans trop rentrer dans les d tails de son utilisation notamment vis vis des proc dures automatis es et Perrine un an plus t t a
20. re d arr t suppl mentaire pour ne pas d passer la contrainte fix e avec Peter Seulement ce crit re emp chait parfois de descendre un pH suffisamment bas dans le cas d eaux charg es et surtout il demandait ce que le volume de l chantillon soit rentr avant chaque titrage obligeant l op rateur faire une action manuelle et perdant le total avantage de pouvoir utiliser le Sample Processor pour pouvoir titrer plusieurs chantillons cons cutivement L ensemble des param tres de la m thode AGV DET sont en annexe3 ainsi que le fonctionnement plus d taill du Titrateur est dans le SOP r dig la fin du stage et mis en lien consultable en annexe 6 3 2 2 L chantillonneur Apr s la r paration du technicien la table d chantillonnage tait donc op rationnelle Elle permet de titrer plusieurs chantillons cons cutivement jusqu 10 sans l intervention de l utilisateur pour vider les slots Personne ne savait la faire marcher et il subsistait un ancien protocole r dig quelques ann es plus t t expliquant quelques op rations J ai donc lu ce protocole UNIVERSIT 20 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 ainsi que le manuel d utilisation Le fonctionnement global de l appareil tait galement simple et bas sur le m me principe que le Titrateur avec le chargement et l enregistrement de m thodes ou s quences Une s quence est un en
21. re sur le tampon d AGV et induit une erreur sur le calcul de la concentration d AGV car nous tions jusqu ce moment l oblig de n ajuster la courbe qu entre un pH de 4 et au del Le r sultat visuel tait celui des graphiques en Annexe 5 avec les Voluntary not fitted Value Afin d am liorer la pr cision nous avons ajout le tampon de l eau dans la formule initiale La r alisation fut assez facile Il nous a suffi d ins rer une cellule variable additionnable aux autres capacit s tampons l int rieur de la grande parenth se de la formule ci dessus apr s le 1 par exemple et de l impl menter chaque ligne de calcul Apr s initialisation et appel au solveur une valeur est stabilis e elle ne nous sert pas mais les courbes s ajustent parfaitement sur l ensemble de la gamme de pH du titrage 3 3 2 Modifications de forme La modification de la forme a consist rendre le fichier plus lisible et utilisable par les utilisateurs futurs Premi rement une feuille rassemblant les concentrations th oriques de l chantillon titrer a t ajout e Elle se nomme Echantillon On y rentre les masses pes es les volumes des ajouts dos s les masses molaires etc Les calculs de concentrations et les conversions d unit s se font automatiquement Ensuite dans les deux feuilles R sum et Calculation des cellules ont t rassembl s certaines effac es puis de nombreux titres et une l gende en cou
22. 4 LA M THODE TITRINO cicer ctia eae rv avv eoa eren vts o uva ep cua cr ege dee D ANNEXE 5 LA NOUVELLE FORMULE DE 1 E ANNEXEDSTESOPREDIGE egene G ANNEXE 7 LE DERNIER FICHIER EXCEL o rou Dus puits uen i puis eua Cus vis vido uS v s vu uus vu H ANNEXE 8 CONFIGURATION RS Chaire modelEau d UNIVERSIT Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 1 Coupe transversale d un DP r el et du DP pilote la STEP Est de Qu bec D canteur primaire Cow ww ww WW ow N WW WN NI NN N A B1 KA VK 2213 MNA A a BD eee m enm i DI J T J m im Ajout Produits Chimiques Entr e Eau Brute Eau Trait e Purge Boues Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau UNIVERSIT A Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 2 Le traitement des eaux Qu bec CAPACIT QUOTIDIENNE DE TRAITEMENT Moyenne 388 000 m3 Maximum 1 226 000 m3 STEP Est amp Ouest 70 employ s 24 op rateurs 380 M Plan de la station
23. 44 712 0 002436 0102436 102436 309 706 0 003088 0 00003088 0103088 103088 375 703 701 0 003754 0 00003754 0103754 103754 lt aan 2 A AA LAS A AAAA A ASA 124 49A Courbe de Capacit Tampon en meq L pH P o S riel em e e S rie3 Titrant 0 01N Eau Us e du 10 04 SD AD 50 mgA Error Sum 0 0 611 Capacit Tampon meqf l pH S bn Voluntary not fitted value Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau UNIVERSIT IE TENTE ZI va e Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 6 Le SOP r dig Fractionnement des Acides Gras Volatils par Down Titration bn E EE m mem o0 LLL mee m 1 m emm ES el GESTION DES MODIFICATIONS R VISION DATE DESCRIPTION DE LA MODIFICATION Avril 2012 dition du SOP 39 pages Lien vers le fichier PDF correspondant au SOP UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 7 Le dernier fichier Excel Excel AGV3 Microsoft Excel utilisation non commercia Insertion Miseenpage Formules Donn es R vision Affichage ER Renvoyer la ligne automatiquement Standard rU B H um E EN atomaligue z AT EA Remplissage IT z E Trier et R
24. ADM et de plus ASM et ADM utilisent diff rents jeux de variables d tats 7 ASM IWA 1986 Activated Sludge Models ADM IWA 2002 Anaerobic Digestion Model LINIVERSIT LAVAL 4 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Les objectifs du projet peuvent tre r sum s par a l am lioration des connaissances sur le comportement dynamique des DP b le d veloppement d un nouveau mod le dynamique pour DP en amont d un syst me boues activ es transposable aux mod les standard de type ASM ADM C la minimisation de la DBO en sortie par l addition de produits chimiques utilis s pour d augmenter la quantit de mati re organique envoy e au digesteur ana robique afin de maximiser la production de m thane et d optimiser le rendement nerg tique 1 1 2 Parcellisation des t ches en interne et organisation Afin de r aliser le projet dans l optique de l atteinte des objectifs plusieurs travaux sont mener de front entr e sortie Caract risation Bilans de mati re tude hydraulique tests traceurs Fractionnement ASM Respirom trie DCO DBO DCO Mes MVS TKN SKN NH3 alcalinit TKN SKN NH boues Distribution vitesses de chute et taille des particules VICAs Fractionnement ADM Carbohydrates Lipides Prot ines AGV FBRM Fig 2 Ensemble des donn
25. Esas AGV AGV AD AGV AD Erreur AGV AGV Erreur initial Objectif Calcul e relative 1 96 objectif calcul e relative 2 AGV AD AGV 21 38 1 472 21 38 1 512 UNIVERSIT 5 LAVAL 2 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 17 82 17 82 14 26 14 26 10 69 10 69 018 009 713 10 7 13 Tab 7 2 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 100 32 mg L Comptabilisation du tampon de l eau Excel AGV3 LD 65 Om En d finitive les Ajouts Dos s ne sont pas la solution au probl me de la justesse Ils permettent effectivement d augmenter significativement la quantit totale d AGV et d observer de plus faibles erreurs relatives Erreurs relatives 1 pratiquement toutes inf rieures 10 mais n apportent une pr cision suffisante au solveur Excel pour que ce dernier estime la quantit initiale d AGV sans AD en dessous des 10 d erreur Erreurs relatives 2 en rouge quasi syst matiquement On peut galement affirmer que la comptabilisation du tampon de l eau tableau 5 2 et 5 4 cens am liorer l estimation de la concentration d AGV sous estime et augmente l cart de concentration Concentration titrant d 0 005N Une solution restante tait d abaisser encore la quantit de titrant vis vis des derniers r sultats et du tableau 1 de l abstract Cf 4 3 SOP AGV en Annexe 6 Une s rie de tests a t men e avec une
26. G La nature et la concentration des acides gras volatils AGV sont d termin es l aide d un chromatographe GC5160 Carlo Erba Instruments muni d un d tecteur ionisation de flamme FID La colonne utilis e est une colonne de type NUKOL TM remplie avec les granules solide poreux dans ce cas c est la silice La colonne a une longueur de 15 m et un diam tre de 0 53 cm La temp rature de l injecteur est de 250 C et celle du d tecteur de 275 C La mont e en temp rature du four est programm e de 200 C temp rature initiale 80 C palier 165 C pour deux minutes palier Il 180 C pour deux minutes palier III 200 C pour quatre minutes Le gaz vecteur est un m lange d azote 30 kPa d hydrog ne 70 kPa et d air 130 kPa Pour L talonnage de l appareil on a besoin d une solution standard des acides gras volatils qui se compose de neuf acides ac tique propionique butyrique iso butyrique pentanoique iso pentanoique caproique iso caproique ptanoique Le volume d chantillon inject est de 1 ul L analyse est effectu e sur la phase soluble surnageant de centrifugation La mesure le la concentration des acides gras volatils et donn e par mg DCO I Source Partie 11 3 3 Th se de Mr Kerroum DERBAL Digestion anaerobie des d chets solides m lang s avec les boues de station d puration Disponible cette adresse DER5283 pdf UNIVERSIT EA LAVAL Chaire modelEau
27. Peter assist par Paul Lessard et Ludiwine Clouzot Leurs personnalit s et leurs rigueurs y sont pour beaucoup dans la bonne ambiance de travail et la recherche de r sultats pertinents Par ailleurs bien que la chaire soit internationale et les r unions g n rales bimensuelles en anglais le groupe primEAU travaillait en francais sans aucune barri re de langue donc Cet aspect a t la fois une opportunit manqu e d am liorer mon anglais mais surtout un avantage sur le plan de l efficience et de la rapidit du transfert d information et de savoir au sein du groupe d UNIVERSIT Chaire modelEau 34 Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Bibliographie Canada Statistique L activit humaine et l environnement Ottawa Ontario Division des comptes et de la statistique de l environnement Statistiques annuelles 2003 BP Global Statistical Review and world energy Juin 2011 http www bp com statisticalreview acc s le 6 Mai 2012 pdf en ligne http www statcan gc ca pub 16 201 x 16 201 x2003000 fra pdf Statistique Canada 2012 Qu bec Profil du recensement Recensement de 2011 produit n 98 316 XWF au catalogue de Statistique Canada Ottawa Diffus le 8 f vrier 2012 http wwwtn2 statcan ca census recensement 2011 dp pd prof index cfm Langz F Site consult le 12 f vrier 2012 OneDrop Fondation L EAU POTABLE QU BEC 2009 http www onedrop org fr
28. V Erreur initial Objectif Calcul e relative 1 96 objectif calcul e relative 2 AGV AD AGV Gleich mmol L Echantillon 1 21 38 2 3 4 B 6 E LINIVERSIT 28 LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 7 066 070 0181 0212 8 066 07 0181 0222 9 060 O64 0121 0156 10 060 064 6 0121 0162 Tab 6 1 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 40 13 mg L Non comptabilisation du tampon de l eau Excel courant Eonian AGV AGV AD AGV AD Erreur AGV AGV Erreur initial Objectif Calcul e relative 1 objectif calcul e relative 2 AGV AD AGV L LL LL I L LL mmo mmol L 1 2138 0 744 2 2138 0 803 3 1782 0 737 a 72 0 742 5 f 1426 0 657 6 1926 0 687 7 1 066 0626 8 1060 ose 0840 9 713 oe 0573 012 009 10 713 we 0578 A3 009 Tab 6 2 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 40 13 mg L Comptabilisation du tampon de l eau Excel AGV3 a lon AGV AGV AD AGV AD Erreur AGV AGV Erreur initial Objectif Calcul e relative 1 96 objectif calcul e relative 2 AGV AD AGV L I L I L LL I L iiid iiid mmol L 1 21 38 2 21 38 3 17 82 4 17 82 5 14 26 6 14 26 7 10 69 8 10 69 9 10 Tab 7 1 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 100 32 mg L Non comptabilisation du tampon de l eau Excel courant
29. a collecte et de l valuation de la qualit des donn es et du d veloppement de nouveaux mod les au travers de multiples outils et approches instrumentation contr le automatisation simulation chantillonnages m thodes d analyses en laboratoire traitement de donn es statistiques Depuis sa cr ation 17 projets sont en cours men s en individuel ou par quipe A titre d exemple les plus faciles retenir par leur acronyme sont respirEAU Respirom trie avanc e pour la calibration d un mod le de boue activ e monEAU Station de mesure automatis e de la qualit de l eau alEAU Control of the alum addition to the primary treatment at the Quebec City WWTP rivEAU Integrating river ecohydraulics in urban stormwater management micrEAU micropolluants dans l environnement retEAU Bassins de r tention et primEAU Mod le dynamique pour un d canteur primaire dont il est question dans le cadre ce rapport 4 LINIVERSIT S vil Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 PRESUME REMERCIEMENTS an M M Il NOMENCLATURE DE de II LISTE DES FIGURES ET DES IV CONTEXTE DI e P V ceni cm
30. a principale d faillance des instruments viendrait d une fausse estimation du pH par le titrateur Deux param tres ont d tre v rifi s la calibration de l lectrode et la sonde de temp rature Apr s recherches et lectures sur les proc dures de calibration de l appareil j ai appris que l lectrode n avait pas t calibr e depuis 2 ans Je me suis 4 empress de la recalibrer avec des solutions tampons ph 4 et 7 du laboratoire dans la gamme de travail La pente et l asym trie taient acceptables slope rel 0 971 pH as 6 95 cal date 2012 03 27 J ai alors d cid d inclure le rapport de calibration a chaque rapport complet de titrage avec la date de ce dernier afin que l exp rimentateur ait acc s aux valeurs et la date de la derni re calibration plus facilement Par ailleurs la proc dure de calibration automatis e prenait la temp rature automatiquement gr ce a une sonde incluse dans l lectrode La temp rature fait partie des param tres de correction interne aux calculs du pH il fallait donc que cette derni re soit bien estim e N ayant trouv qu un thermom tre dans les derniers jours du stage par hasard j ai sur le moment r alis une solution avec de la Fig 14 La mesure de la temp rature 11 Plus d information dans le SOP section 9 10 7 C est dire solution la plus complexe Eau us e titrant Acide sulfurique 0 01N Ajout dos s ventuels UNIVERSIT 26 Chaire m
31. ac et aliment la STEP Est de Qu bec et subventionn par John Meunier filiale de Veolia Eau Dans le cadre de mon stage de quatri me d ann e l INSA de Toulouse j ai donc int gr l quipe primEAU sur une dur e de 10 semaines La mission qui m a t confi e s inscrit dans la d UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 continuit des anciens stagiaires associ s au projet Le travail de recherche des stagiaires depuis plusieurs ann es porte sur l laboration de protocoles normalis s de fractionnement des diff rents polluants des eaux us es Les protocoles de fractionnement des carbohydrates prot ines et lipides sont d sormais op rationnels Le travail restant se scinde en deux parties laborer un protocole de titration des Acides Gras Volatiles AGV et participer aux campagnes de planification et d analyse des chantillons de l unit pilote de d cantation primaire dans la station Est de traitement des eaux us es de Qu bec la vue du temps imparti et du partage des t ches avec d autres stagiaires il a t d cid d un commun accord que je me focaliserai sur le fractionnement des Acides Gras Volatils avec l dification d un protocole de titrage SOP laissant d autres le soin de r aliser des bilans de mati res exp rimentaux Entr e Sortie Boue du d canteur Dans le pr sent rapport sera pr sent en premier lieu le projet
32. ace de la d cantation primaire Qu bec L une des premi res tapes essentielles la mise en perspective du projet fut d acqu rir un minimum de connaissances sur le traitement de l eau et l application de cette fili re en visitant la STEP Est de Qu bec N ayant encore recu les cours sp cifiques ce domaine mais ayant d ja r alis mon stage de premi re ann e en France dans la potabilisation et l assainissement de l eau j arrivai donc un minimum de recul sur le fonctionnement d une station Toutefois la visite de la STEP Est fut tr s enrichissante de par une pr sentation tr s bien men e par Denis Dufour le technicien responsable de cette derni re et galement gr ce toutes les sp cificit s de cette station Voici les grandes lignes r capitulant le fonctionnement de l assainissement Qu bec Qu bec comporte deux stations Est et Ouest identiques dans les quipements La station Est est plus imposante avec une charge d puration de 60 des eaux de la ville Une premi re particularit du r seau r side dans l existence unique d un bassin d homog n isation des boues pour les deux stations plac la STEP Est Les boues mixtes primaire et secondaire de la station Ouest sont achemin es la station Est avant d tre homog n is es puis paissies Les effluents des stations sont rejet s au St Laurent par le biais de conduites sous fluviales et deux diffuseurs immerg s v ech KZ mm Lac Beauport Fig
33. acit s tampons Ci dessous un exemple de l ajustement de la courbe de capacit tampon th orique pointill s rouges sur la courbe de capacit tampon exp rimentale en titration descendante l acide sulfurique 0 05N Deux pics apparaissent clairement Le premier correspond au tampon d AGV pKa 4 8 et le second au tampon de bicarbonate pKa 6 4 pr sent en plus grande quantit dans l eau L asymptote verticale pH faible correspond au tampon de l eau Courbe de Capacit Tampon en meq L pH 9 Bp Theo Courbe de Capacit Tampon en meq L pH panaho Capacit Tampon meg l pH Capacit Tampon meg l pH Fig 8 Ajustement des courbes de capacit tampon exp rimentale et th orique UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 2 3 Mat riel de titration Metrohm Titrino et Sample Processor quipement Un titrage acido basique peut tre r alis de facon manuelle avec un pH m tre classique Seulement les consignes de manipulations imposent des triplicatas au minimum pour chaque manipulation et l tablissement d un protocole demande de faire beaucoup de test Ainsi le laboratoire dispose d un Titrateur automatis de la marque Metrohm 794 Basic Titrino qui permet de r aliser des titrages de mani re automatis e Il comporte son propre module d agitation magn tique son propre r ci
34. alcul e automatiquement chaque dosage LINIVERSIT Chaire modelEau LAVAL Universit Laval INSA Toulouse S quence Ann e Universitaire BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 4 La m thode Titrino Commentaires 789 Sample Processor XL Parameters method number of samples EE EE s quence L CIL B gt sample sequence 1 MOVE 1 2 LIFT 3 1 3 SIIR i TI 4 CTL Rm START CN x Ru O STILE T1 4 IBI 3 1 8 PUMP Lal 9 WAIT 3 pause 10 MOVE i LL LIFT 4 l2 SFIR DI 13 PUMP Led 14 STIR TI 15 WAIT pause gt final sequence 1 MOVE 1 2 LIFT ib TIDrTfg rack INIT sample work mm ON S devicel Endl OFF s rince mm 10 5 53g spec ose rince mm ON Spec 2 work mm Method name No of samples here whole sample rack Initialise Remote Interface D placement l chantillon doser Placement lift hauteur de travail D marrage agitation Lancement du Titrateur device 1 Attente de la fin de titration Arr t agitation Placement lift hauteur de rincage Rincage pendant 10 s Pause gouttage de l lectrode de 5 s D placement la position 11 sp ciall Placement lift hauteur de rincage D marrage agitation Rincage pendant 5 s Arr t agitation Pause gouttage de l lectrode de 3 s D placement la position 12 sp cial2 Placement lift hauteur de travail Le nombre d chantillons doser varie en fonction du vouloir de l utilisat
35. avec le tampon de bicarbonate dans ce cas Les r sultats sont sans appel plus la concentration augmente plus l erreur diminue et semble passer progressivement sous le seuil de fiabilit des 100 Nous sommes en plein dans le seuil de d tection de la m thode pour ces conditions op ratoires dans le plus simple des cas c est dire avec les solutions d interf rences faibles contenant peu de tampons Par ailleurs la comptabilisation du tampon de l eau dans ce cas ne semble pas apporter plus de pr cision et poss de toujours cette tendance sous estimer la concentration r elle Ajouts dos s AD La m thode alors pens e pour sortir du seuil minimal de d tection a t de recourir aux ajouts dos s Cela a consist trouver la bonne quantit d AGV ins rer dans l chantillon sous forme d impulsion effet de dilution n gligeable afin d augmenter significativement et de mani re parfaitement connue la concentration en AGV pour in fine retrancher cette valeur la concentration globale d tect e Le 3 et le 4 avril deux plans d exp riences ont t mis au point Dix chantillons d eau us e simul s TIC HCO3 200 8 mg L en duplicata avec chacun un AD de 40 mg L ou 100 mg L avec concentration initiale d AGV variant de 7 21 mg L L erreur relative 1 correspond l erreur relative totale AD inclus L erreur relative 2 correspond l erreur relative r elle AD retranch AGV AGV AD AGV AD Erreur AGV AG
36. buffer capacity des 9 7 r F 9 La capacit tampon est la capacit qu a une esp ce r sister la pr sence d un acide ou d une base Il est maximum au pKa de cette esp ce et diminue rapidement de part et d autre de cette valeur UNIVERSIT 12 LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 diff rentes esp ces en solution Une courbe de capacit tampon est trac e directement partir des valeurs exp rimentales et en parall le une courbe th orique de capacit tampon est trac e par mod le math matique faisant intervenir les concentrations des diff rentes esp ces en solution On fait alors appel un solveur afin d ajuster la courbe th orique sur la courbe exp rimentale minimisation de la somme des erreurs entre chaque point th orique et exp rimental appari s Nous obtenons ainsi les concentrations de notre chantillon dans les param tres de notre courbe th orique La courbe de capacit tampon est b tie dans Excel partir des donn es brutes de la titration Vx pHx Chaque pic correspond une capacit tampon en solution et l aire sous ce dernier est reli e la concentration de l esp ce en question La position du pic correspond quant elle au pKa de l esp ce Dans le sch ma ci dessous ni les pKa ni les chelles ne sont respect s S 5 L P EH d Fig 7 Processus illustratif de l accession aux cap
37. carbonate 120 mg L de NaCH3COO acide ac tique 80 mg L de NaC2H5COO acide propionique et 20 mg L Na2HPO4 acide phosphorique Ensuite trois solutions plus simples titr es chacune en duplicata Elles contenaient respectivement 800 mg L de NaCH3COO 400 mg L de NaC2H5COO et 1000 mg L de NaHCO3 Le titrant au d but tait du H2S04 0 05N La premi re chose acquise fut de comprendre et de v rifier avec mes propres valeurs exp rimentales la th orie labor e par lan et Peter au sujet de l erreur qu engendrait la comptabilisation du tampon de l eau dans l ajustement des courbes et les calculs de concentrations En effet l ajustement des courbes se fait une plage de pH modifiable En prenant l ensemble des points de mesures pH 8 3 en moyenne on comptabilise la zone de pH inf rieure 4 dont le mod le math matique est instable en d coule un mauvais ajustement sur la zone de travail DH 4 8 La premi re d cision a donc t de ne pas prendre en compte les pH inf rieurs 4 dans le calcul des concentrations D autre part la m thode 50 points comme nonc pr c demment permet de titrer diff rents compos s Lors de mes premiers tests j ai compris l enjeu de d tectabilit globale de la m thode et aie alors d cid de d velopper le protocole afin que la m thode soit exploit e 100 de ses capacit s de d tection en faisant des tests sur tous les compos s d tectables raison pour laquelle j ai essay du
38. ccessifs de titrant a d tre analys Le titrateur est galement dot d un algorithme de calcul bas e sur la d riv e de l volution du pH en fonction du volume le signal drift ce niveau l pour d terminer par lui m me si le pH est l quilibre mais une valeur constante peut galement tre fix e Le temps d quilibre doit tre suffisamment long pour majorer et la cin tique r actionnelle due l ajout de titrant et celle la cin tique de l agitation Cependant ce temps d acquisition ne doit pas tre trop long non plus afin que la dur e de titration de l chantillon complet ne d passe pas une limite arbitraire fix e ici environ 30 min pour un chantillon d eau us e de 100mL la vue des diff rents r sultats 6 titrages men s le 26 03 il a t choisi de fixer un temps constant de 20 secondes entre chaque ajout de titrant portant le titrage dans les conditions les plus longues environ 30 min Calibration et temp rature Les r sultats sur eau us e ne concordaient pas avec l ordre de grandeur pr conis Il ne fallait pas s attendre r ussir aux premiers titrages tant la m thode en tait ses balbutiements et les erreurs pouvaient provenir d un peu partout depuis la manipulation l analyse Excel En prenant un peu de recul j ai constat qu il pouvait y avoir deux types d erreurs des erreurs techniques d instrumentation et les erreurs humaines ces derni res constituant la majeure partie L
39. cessitait plusieurs contraintes que ni la m thode Alcalin ni la m thode Titre pH ne couvraient Une dur e de titration de 30 minutes maximum Un volume de titrant injecter de maximum 50 du volume de l chantillon Soit 50 mL max pour un chantillon de 100 mL Entre 50 et 100 points d quilibre Vx pHx une tendu de pH allant du pH initial de l chantillon 7 8 jusqu au pH le plus faible l fallait que je mette en place une m thode propre aux AGVs Deux modes de titrage s offraient moi DET et MET Dans le premier le titrateur choisit tout seul ses incr ments de volumes le volume de titrant inject chaque point en s adaptant aux variations de pH du point pr c dent et en faisant en sorte d avoir des incr ments de pH constant L appareil d tecte les zones sensibles en quelque sorte sauts quivalence etc Le mode MET est l inverse de DET l utilisateur fixe l incr ment de volume ayant pour cons quence un incr ment de pH variable UNIVERSIT 1 LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 DET MET SET Titrage dynamique point Titrage monotone point Titrage point final d quivalence d quivalence Distribution du r actif Distribution du r actif Distribution continue et Incr ment de volume d Incr ment de volume constant r gul pendant de la pente de la ind pendant de la courbe courbe Ur
40. chainement d action dans un ordre souhait Une action peut tre une rotation de la table un d placement vertical du lift le d clenchement l arr t de la pompe d eau de rincage ou du m langeur m canique l appel d un dispositif connexe tel le titrateur Trois s quences sont param trer en tout et pour tout tel le sch ma suivant Nombre d chantillons S quence d part S quence finale START 7f S q d chant Etat de base Fig 12 Les trois s quences du Sample Processor 778 Une m thode quasi ad quate tait d ja enregistr e Elle se nommait Titrino J y ai apport quelques modifications par over writing afin qu elle r alise la s quence id ale pour titrer plusieurs chantillons d eau us e avec AGV DET Le descriptif de la m thode est en annexe4 et le fonctionnement du Sample Processor est explicit dans le SOP en lien dans l annexe 6 3 3 L volution de la prise en main du fichier Excel Le fichier Excel de base a t r cup r par lan aupr s du d veloppeur de la m thode connaissance et collaborateur de Peter en Belgique L tat du fichier Excel sa r ception pouvait tre qualifi de personnalis Suffisant pour r aliser un titrage mais personnalis par opposition un fichier impersonnalis utilisable par n importe quel utilisateur sans briefing L exp rimentateur en Belgique l avait mont lui m me et lui seul savait bien comment il tait c
41. chantillon d eau us e La meilleure fiabilit de mesure semble tre donn e avec de l acide sulfurique la m thode AGV DET avec 20 secondes fixes de temps de r ponse de r ponse de l lectrode sans recours aux ajouts dos s en utilisant le dernier fichier Excel qui prend en consid ration le tampon de l eau La limite de quantification de la m thode semble tre d environ 15 mg flirtant ainsi avec la concentration pr sum e d une eau us e L un des buts principaux tant de r aliser un bilan aux bornes du d canteur Entr e Sortie et Boues bien que le protocole de titration pour les boues ne soit pas difi si la m me m thode engendrant les m mes incertitudes les m mes erreurs est utilis e pour titrer les 3 bornes le bilan devrait boucler Les r sultats de concentration sur chaque chantillon n attesteront pas forc ment de la concentration r elle mais approximeront cette derni re avec une incertitude inconnue mais constante qui n aurait ainsi pas d impact sur la r alisation d un bilan de masse Toutefois dans le cas par exemple d un titrage de contr le ayant pour but de connaitre la concentration d AGV d un effluent un instant T dans des conditions C avec dans l optique finale une comparaison du r sultat avec des normes de rejet par exemple la m thode ne peut tre consid r comme suffisamment fiable l heure actuelle Voici les travaux restants mener D velopper un p
42. ction d ouvrage de r tention souterrain d j 185 M et 170 M venir d ici 2015 la ville est pass e de 50 60 d bordements 4 par an en moyenne Le cas de Qu bec n est bien sur pas isol et abondantes sont les probl matiques d eaux us es qui font d sormais partie int grante du tissu urbain de nombreuses villes travers le monde Au Qu bec le gouvernement a adopt en 2002 une Politique Nationale de l Eau qui touche de nombreux aspects de la gestion de l eau La r alisation de ces engagements a n cessit et va n cessiter encore une multitude de ressources humaines qualifi es et de nombreux fonds afin de faire progresser la fili re depuis la recherche fondamentale la mise en ceuvre des proc d s C est dans ce contexte que s inscrit le projet primEAU au sein de la Chaire de recherche modelEAU Dans le domaine du traitement des eaux us es il porte sur l am lioration des connaissances sur le comportement dynamique des d canteurs primaire en vue du d veloppement d un nouveau mod le transposable aux mod les standards ASM et ADM Le projet articul autour de la th se de Giulia Bacchis est constitu d une quipe jeune et dynamique environ 10 acteurs avec de nombreux tudiants a la maitrise et stagiaires venus pauler Guilia et les trois r f rents du projet Ludiwine Cluzot Post Doctorante Paul Lessard et Peter Vanrolleghem Professeurs Le support d tude du projet est un pilote de s dimentation primaire pl
43. d puration EST 5 D sinfection UV 2 Dessablage 4 Bio Filtration D graissage 3 D cantation Primaire 1 D grillage 4 D cantation des eaux de lavage des bio filtres D pliant Les Stations de traitement des eaux us es de la ville de Qu bec Service des communications de la ville de Qu bec Les trois vis d Archim de de 3m de diam tre pour le relevage avant la biofiltration Un syst me plus couteux l investissement mais moins nergivore que des pompes donc plus rentable long terme Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau LINIVERSIT Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 3 La m thode AGV DET Ce rapport est g n r a chaque fin de titrage se retrouve sous forme de bloc note dans le logiciel Database Il r capitule tous les param tres inh rents au dosage en cours ici la m thode AGV DET 194 Titrino E 794 0010 DEI pH AGV DET parameters gt titration parameters meas pt density 4 ML LO d titr rate max ml min signal drift OFF mV min equilibr time 20 s SLarTrc vi ORE pause 0 s meas input 1 temperature 24 4 C ei sSTOD conditions Stop vi OFF stop pH 3 19 stop EP 9 filling rate max ml min gt statistics Status OEF gt evaluation EPC 5 EP recognition all fix EP1 at pH OFF pK HNP OFF gt preselections req ident OFF req smpl size OFF activate pulse OFF La temp rature est c
44. e BOUICHET Thomas 2011 2012 UNIVERSIT LAVAL L Universit Laval fond e en 1852 devient la toute premi re universit francophone au Qu bec au Canada et en Am rique sous l gide du S minaire de L Universit Laval Qu bec fond en 1663 par Francois de Montmerency premier v que de la Nouvelle France L Universit Laval propose l heure actuelle environ 400 programmes d tudes dans ses 17 facult s et ses 66 d partements coles et instituts et compte pr s de 45 000 tudiants dont 10 000 en cycles sup rieurs pour plus de 2500 professeurs et charg s de cours Pr s de 4 ooo tudiants sont trangers et proviennent de pr s de 110 pays diff rents gr ce aux quelques 607 ententes de partenariat avec 443 universit s dans le monde dont l INSA de Toulouse Le d partement de G nie Civil fond en 1950 a depuis 2008 d velopp une expertise en G nie des Eaux et offre depuis lors le premier programme de baccalaur at dans cette discipline en francais au Canada C est donc actuellement le d partement de G nie Civil et G nie des Eaux de la Facult des Sciences et de G nie qui accueille le groupe de recherche modelEAU autour de la mod lisation de la qualit de l eau Groupe qui fait parti des 79 Chaires de Recherche du Canada de l Universit Laval auxquelles peuvent s ajouter 37 centres de recherches 77 groupes de recherches et 56 chaires de recherche et de cr ation La recherche poss de ainsi une p
45. e capacit tampon exp rimentale et th orique Fig 9 Le mat riel de titrage et les t l commandes associ s Fig 10 La Table d Echantillonnage gch r par e suite la surchauffe point noirci d un composant lectronique drt Fig 11 Les diff rents modes de titration possible manuel num rique en fran ais Fig 12 Les trois s quences du Sample Processor 778 Fig 13 L ajout des courbes de capacit tampon relative chaque compos dos Fig 14 La mesure de la temp rature Liste des tableaux Tab 1 Tab Tab Tab HR uU N Tab 5 Tab 6 Le SIMDUT Pictogrammes et cat gories de mati res Tampons et pKa d tectables R sultats du 2 mars 2012 Tests divers sur chantillons de laboratoire Titrant 0 01N Simulation d une eau us e Pourcentage d erreur relative sur la quantit d AGV Titrant 0 01N Eau d ionis e et concentrations croissantes d AGV 1 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 40 13 mg L Non comptabilisation du tampon de l eau Excel courant Tab 6 2 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 40 13 mg L Comptabilisation du tampon de l eau Excel AGV3 Tab 7 1 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 100 32 mg L Non comptabilisation du tampon de l eau Excel courant Tab 7 2 Plan d exp rience avec AD d acide ac tique de 100 32 mg L Tab 8 Tab 9 Chaire modelEau Comptabilisation du tampon de l eau Excel AGV3
46. e modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Les r sultats d un m me triplicata sont assez proches Il y a une reproductibilit assur e des mesures Les eaux de l entr e du d canteur ED apparaissent bel et bien plus charg es en AGV que cele en sortie Les moyennes sur les r sultats du 12 04 donnent une diminution d approximativement 5 ou 6 mg L suivant la r solution Excel diff rence de moyenne entre E amp I et F amp J On observe ainsi ici le r el impact de d canteur sur la pollution de type organique volatile Sur les chantillons sans AD on peut confirmer et quantifier que la r solution Excel en consid rant le tampon de l eau engendre un cart n gatif de concentration par rapport la r solution sans sa consid ration Cet cart varie entre 8 et 12 mg L suivant le jour du test diff rence entre moyenne A amp B E amp F I amp J K amp L L utilisation d AD engendre galement un cart n gatif d estimation de la concentration Il n est cependant pas constant qu on soit en Excel avec consid ration tampon du l eau ou non A C diff rent de B D E G diff rent de F H Plus l ajout dos est important exemple 100 mg L plus il engendre de l incertitude a tel point d avoir des r sultats de concentration n gatifs Les forts ajouts dos s sont donc tr s peu recommandables L utilisation d AD coupl la consid ration du tampon de l eau sous Excel da
47. ec laquelle je me suis senti rapidement l aise Je remercie Peter Ludiwine et Paul LESSARD Professeur pour leurs conseils et d monstrations avis s en mati re de pr sentation orale et d organisation professionnelle Chaque mardi tait riche humainement et scientifiquement Je remercie Sylvie LEDUC Professionnelle de Recherche pour m avoir accompagn dans l dification de mon protocole pour sa disponibilit et pour avoir pris de son temps pour me surveiller lors de mes examens distance Je remercie lan MONTAUBAN Etudiant la maitrise pour m avoir bien entam le travail bibliographique avant mon arriv e et m avoir restitu le tout avec clart et intelligibilit m ayant permis de gagner un temps pr cieux Quelle polyvalence dans les langues Je remercie Giulia BACHIS Doctorante et Imen BEL HADJ Etudiante la ma trise pour avoir t mes premi res interlocutrices et guides dans la station d puration au d but de mon s jour Je remercie Michel BISPING Responsable du laboratoire de Recherche Environnement pour ses conseils avis s dans le laboratoire sa rigueur et son sens du d tail m ayant permis d voluer librement et s curitairement sans alt rer le bon fonctionnement d un laboratoire commun de recherche et d am liorer ma facon de manipuler Je remercie Denis DUFOUR pour sa visite de la STEP Est de Qu bec qui fut tr s enrichissante Pour finir je remercie l ensemble des acteurs de modelEAU pour
48. echercher et uj 000 0 J Mise en forme Mettre sous forme Styles de S 3 KE conditionnelle detableau cellules 7 Q2 Effacer 7 filtrer s lectionner Nombre fa Accueil ed Fusionner et centrer 7 dition Alignement E OS E E RN l J K L M CHEN NI RN P Q CNN EIC ERR u v E 1 2 CHSCOO 7307 3 H NaHCO 8401 Dum Facteur VO mD Veau ajout mb 4 12011 NaCHCOO 8304 F C0 C1 VO Veau V0 1 5 N 14007 NaC H COO 9606 6 o 59 NaHPO 14196 pos Leg Volume AoutDos WoutDos 7 Ne Se CHCOOH 60052 NOx mm s P 3 CaCO 10008 s o 400 _ 10032 100320 10 CH COO 5904 mg L mmo L n NaCH COO 100320 1208 12 CH3COO 71329 12081 EE 1610 NaHCO 2008 Le mea am mg L mmoll Es 1 NaHCO3 200 800 2390 FA HCO3 145 848 2390 18 NaCH COO 30096 0362 CH3COO 21399 0362 NaCH COO 1515 NaCH COO GE 0000 Ajout Dos NaCH COO oe 100 Em m m ESSE EE 1716 Na HPO Ajout Dos 32 33 34 35 36 M 4 M Legende Titrage Echantillon R sum ETF 7 D d RE EECH Le lien vers le fichier Excel AGV 3 version est ici Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau LINIVERSIT LAVAL Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe Configuration ventuelle CP
49. es eaux us es Ce rapport rend compte de l tablissement d un protocole de fractionnement des Acides Gras Volatils Parmi l ensemble des techniques analytiques possibles il a t pr f r de s appuyer sur une publication r cente Van HULLE et al 2009 autour de l analyse des capacit s tampons par titrage acido basique avec optimisation statistique des donn es exp rimentales par informatique Les contraintes de temps tant serr es seule l application par titration descendante down titration fut explor e Les r sultats flirtant avec le seuil minimal de d tection ces derniers ne permettent d officialiser partiellement le protocole en down titration L application par titration ascendante up titration est une issue potentielle Mots Clefs Acide Gras Volatil Eaux us es Titration Capacit Tampon Fractionnement UNIVERSIT E LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Remerciements http modeleau fsg ulaval ca iodel ge nn gf e Je tiens remercier le professeur Peter VANROLLEGHEM pour m avoir fait confiance et m avoir int gr dans cette belle quipe de recherche tr s dynamique Ce fut un honneur d avoir ajout ma pierre l difice Je remercie galement Ludiwine CLUZOT Post Doctorante pour m avoir int gr et encadr dans le projet primEAU J ai pu y trouver une quipe chaleureuse soud et dynamique av
50. etc et sur l acc s aux r pertoires des produits ainsi que leurs fiches signal tiques UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 IIl Mise en place du protocole et r sultats Cette partie explique le cheminement et les r sultats associ s durant toute la p riode d tablissement du protocole depuis la prise en main de l appareillage jusqu a la r daction du SOP 3 1 Les premi res r unions et la mise en place d une strat gie 3 1 1 Les informations acquises au d but Les deux premi res semaines de stage furent riches en enseignements Tout au long des diff rentes rencontres j ai pu comprendre les t ches qui m taient r serv es et moduler mes objectifs Les deux premi res r unions hebdomadaires du groupe primEAU le mardi matin 9hoo m ont permis de rencontrer les diff rents acteurs du projet qui m ont expliqu tour tour leur r le et comment nous allions interagir C est galement lors de ces r unions que j ai appris que j allais me concentrer sur deux points le protocole des AGVs et la participation aux campagnes d analyses Ensuite eu lieu ma premi re r union globale du groupe modelEAU bimensuelle mardi 11h30 J ai pu voir l ampleur des forces en pr sence et la facon dont Peter animait la r union s est notamment adonn cette fois l une analyse SWOT AFOM en francais de modelEAU afin de faire prendre conscience to
51. eur lorsqu il le programme au lancement d une campagne de dosage Par d faut c est la valeur rack qui est charg dans la m thode Titrino Explication la Remarque 5 du 8 3 2 On indique ici quel b cher atteindre pour le premier titrage sample signifie que le dosage aura lieu au premier b cher d tect par un mouvement du plateau tournant dans l ordre croissant des num ros rotation dans le sens inverse des aiguilles d une montre Spec1 et Spec2 font r f rence aux positions sp ciales 11 et 12 qui ne seront jamais consid r comme ti ine u uv ibuer iti utilit qu us vou des b chers titrer par la machine Nous pouvons attribuer ces positions l utilit que nous voulons selon notre programmation Dans la m thode titrino la position 11 sert de deuxi me rincage et la position 12 sert de stockage temporaire de l lectrode en fin de titration Chaire modelEau UNIVERSIT LAVAL Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Annexe 5 La nouvelle formule de capacit tampon Ancienne formule Selected cell TOITS puper v TWYTTMTYX 1000 F32 F31 831 832 631 C E F 6 ET Dilution l tion Volume added cumul mol added cumul Volume Total Cumule Capact Tampon exp rience Volume added m pH pH average enl ea H30 enl en ml ee 000 742 742 0 0 01 100 001 742 742 000001
52. illant sur la Mod lisation de la Qualit de l Eau dirig e par le professeur P Vanrolleghem depuis 2006 Il se focalise sur les aspects m thodologiques dela collecte et de l valuation de la qualit des donn es ainsi que du d veloppement de nouveaux mod les tant sur une optique de potabilisation que d puration Le projet primEAU est le groupe en puration financ par John Meunier Inc dont le but est d am liorer les connaissances sur le comportement dynamique des d canteurs primaires primordial pour la conception et l optimisation des proc d s d velopper un nouveau mod le dynamique pour d canteurs primaires en amont d un syst me boues activ es transposable aux mod les standard de type ASM ADM et tudier le comportement d un d canteur avec l addition de produits chimiques utilis s pour maximiser la quantit de mati re organique dans une optique de production de biogaz m thanisation John Meunier a fournit modelEAU un pilote de s dimentation primaire directement reli la station d puration Est de Qu bec C est partir de ce pilote et des d canteurs r els que s articulent l ensemble des travaux de recherches de l quipe avec des tests traceurs des mod lisations hydrauliques ou encore de nombreuses campagnes d chantillonnages Le pr sent rapport s inscrit dans le besoin du laboratoire d avoir un ensemble de protocoles exp rimentaux standardis s de fractionnement des polluants pr sents dans l
53. lace pr pond rante hissant l Universit au septi me rang des grandes universit s de recherche du Canada et ne totalisant pas moins de 257 groupes et chaires pour un budget annuel de 700 millions de dollars model LAM Le laboratoire de recherche modelEAU Canada Reasearch Chair on Water Quality Modeling Le groupe de recherche modelEAU est articul autour de la Chaire de recherche du Canada en mod lisation en qualit de l eau Elle a t d cern e puis est maintenant dirig e par le professeur Peter VANROLLEGHEM depuis f vrier 2006 Ce groupe est l heure actuelle pour les permanents compos de dix tudiants gradu s quatre post doctorants et deux professionnels de recherche Viennent se greffer aux diff rents projets sur du plus court terme de nombreux tudiants a la maitrise et des stagiaires de tous horizons rendant les quipes dynamiques vivantes et cosmopolites Universit Laval L Universit Laval en bref Site web d LINIVERSIT f vi Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 ModelEAU a pour principal objectif l am lioration de la qualit de l eau des bassins versants des rivi res urbaines des r seaux d gouts et des usines de traitement d eaux us es Pour atteindre ces derniers et mener les multiples tudes de front les mod les sont l l ment clef En effet le groupe se focalise sur les aspects m thodologiques de l
54. le bon temps pass ici et les personnes avec qui j ai pu converser partager la collation du midi un caf un cafEAU une autEAU et faire des sorties diverses et vari es Qu bec UNIVERSIT s E LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Nomenclature de l tude AGV s Acide Gras Volatil s ASM Activated Sludge Model mod le boues activ es ADM Anaerobic Digestion Model mod le de digestion ana robique DP D canteur primaire MES Mati res solides En Suspension PC Primary Clarifier SOP Standard Operating Procedure STEP s Station s d puration s TIC Total Inorganic Carbon WWTP s Waste Water Treatment Plant s UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Liste des figures et des tableaux Liste des figures Fig 1 La place de la d cantation primaire vis vis des mod les ASM et ADM Fig 2 Ensemble des donn es n cessaires au projet primEAU Fig 3 Photographie du d canteur primaire n 1 de la STEP Est de Qu bec Fig 4 Photographie du d canteur primaire pilote Fig 5 R seau bassins hydrologiques et localisation des stations de traitement des eaux us es de la Ville de Qu bec Fig 6 Sch ma bloc des tapes de traitement de la STEP Est de Qu bec Fig 7 Processus illustratif de accession aux capacit s tampons Fig 8 Ajustement des courbes d
55. leur ont t ajout afin d y voir plus clair sur les cellules importantes celles modifier celles ne pas toucher car comportant des formules clefs Pour finir un affichage des capacit s tampons intrins que chaque compos a t ajout dans le graphique principal de la feuille Calculation Cela permet d appr cier le chevauchement des capacit s tampons et leurs influences Cela donne le r sultat suivant Chaire modelEau UNIVERSIT 2 LAVAL 3 Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Courbe de Capacit Tampon en meq L pH Titrant 0 01N Eau Us e du 10204 SD 1 80 exp 1 60 th o buffer TIC 1 40 D Buffer AGV T A em H20 Le Si 120 SCH c 6 o br E 1 00 e S IW e 5 0 80 4 gt SEA 0 0 q Cr d gd 0 60 N CO LA 0 40 4 N 20 gt 0 00 3 00 400 5 00 6 00 7 00 8 00 Fig 13 L ajout des courbes de capacit tampon relative chaque compos dos 3 4 L volution des manipulations Lors de toutes les manipulations les chantillons ont t tablis un volume de 100 mL 3 4 1 Prise en main avec solutions de laboratoires connues 20 fev au 2 mars Parmi les premi res manipulations qui ont eu lieu de nombreuses variables et inconnues ont t fix es La premi re manipulation a t de r aliser une solution complexe 330 mg L de NaHCO3 bi
56. m Um M n Contr l e par la d rive ti Contr l e par la d rive titrage continu trage en quilibre en quilibre etou et ou apr s un temps d attente apr s un temps d attente fix fix Fig 11 Les diff rents modes de titration possible manuel num rique en fran ais La m thode DET s est av r e bien plus flexible et adaptable aux diff rentes conditions de titrage qu ont occasionn les tests Des deux m thodes que j ai cr es AGV DET et AGV MET seule AGV DET fut conserv e En ce qui concerne les param tres de cette m thode 2 crit res sont importants Le temps de r ponse de l lectrode Il peut est choisi variable ou fixe Il a t finalement choisi fixe et port 20 secondes Entre chaque injection 20 secondes s couleront afin de laisser le pH se stabiliser Avec 70 injections couvrant un volume d environ 50 mL pour de l acide 0 01N on parvient 24 minutes de titrage Lecrit re d arr t de la titration Cela peut tre le volume de titrant inject ou une valeur du pH En dessous de 3 de grandes quantit s de titrant doivent tre inject es car nous rentrons dans le tampon de l eau qui est tr s fort L conomie de titrant et les interf rences entre capacit tampon des diff rentes esp ces m ont fait choisir un pH d arr t 3 5 Au d but en plus du crit re d arr t pH un facteur 0 5 fois le volume de l chantillon avait t param tr comme crit
57. ns le cadre d un chantillon peu pollu Sortie D canteur est proscrire car la majorit des r sultats sont inexploitables n gatifs Chaque chantillon est pourvu de 4 r sultats Moyenne ABCD ou EFGH par exemple Chaque r sultat tant la moyenne d un triplicata Quelle est la concentration r elle de l chantillon dos Quel r sultat est le plus juste Les Ajouts Dos s semblent ajouter de l incertitude La non consid ration du tampon de l eau donne des r sultats tout le temps positifs mais la m thode Excel associ e n est pas tr s rigoureuse et il parait logique de prendre en compte l influence du tampon de l eau puisque cela est d sormais possible La m thode qui semble la plus juste est donc un titrage l H2SO4 0 01N m thode AGV DET sans Ajouts Dos s avec consid ration du tampon de l eau sous Excel Excel AGV3 UNIVERSIT 2 LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Conclusions De l tude Le stage arrivait d j son terme alors que les manipulations devenaient de plus en plus int ressantes et porteuses de conclusions d enseignements r ellement utiles pour la continuit du projet Voici les trois principales conclusions de l tude et les points restant faire Les mesures sont reproductibles mais manquent de justesse Plusieurs r sultats concentrations peuvent tre authentifi s pour le titrage d un m me
58. nt l eau n est pas l o et quand nous avons le plus besoin Sa qualit s en trouvant aussi de plus en plus affect parfois gravement voire m me durablement Au Canada plusieurs accidents dont celui de Walkerton Ontario et de North Battelford Saskatchewan ont rappel que l eau potable pouvait tre le vecteur de micro organismes pathog nes causants des infections graves voire mortelles Sur le plan environnemental les milieux r cepteurs ne peuvent recevoir plus de pollution que leur capacit de purification ne le permet sans compromettre la qualit des eaux et l quilibre des cosyst mes L tat qualifi d intol rable de la rivi re Saint Charles Qu bec en 1937 n est pas sans rappeler les d g ts majeurs que peuvent causer les eaux us es rejets industriels agricoles et domestiques non trait es dans les milieux r cepteurs Le probl me bien qu pr sent appr hend n est toujours pas endigu En effet le r seau de collecte de Qu bec n est encore s paratif qu 30 signifiant que de nombreuses quipes s activent sur le terrain d celer les r seaux unitaires ou pseudo s paratifs restants c est dire les raccordements invers s sans r servoirs r seaux d eaux us es et de pluvial combin s qui d bordent dans les milieux r cepteurs d s lors que des pr cipitations de plus de 4 mm sont enregistr es Gr ce aux investissements de la ville dans la d tection et dans la constru
59. odelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 glace et l lectrode a affich une temp rature de 0 8 C L estimation semblait correcte La sonde fonctionnait correctement 3 4 3 Seuil de d tection et recherche de justesse Tests divers du 28 03 et 29 03 hors influence titrant Le 28 03 et le 29 03 de nombreux chantillons ont t titr s pour tester divers param tres pouvant influencer la justesse de pr cision Des triplicatas ont servi tester le changement de concentration de titrant les r sultats sont pr sent s au paragraphe suivant Voici les conclusions des mini tests annexes n ya pas de diff rence de d tection quelle que soit la machine utilis e Echantillonneur r cipient plastique agitation m canique ou titrateur r cipient verre agitation magn tique Il py a pas de pr f rence mol culaire de la m thode pour l acide propionique ou l acide ac tique quantit gale ils sont d tect s erreurs relatives gales Lesmanipulations et le calcul par facteur de dilution fonctionnent et cela quel que soit le compos Test s pour 800mg L de NaCH3COO avec facteur 4 et 400 mg L de NaC2H5COO 400 mg L par facteur 2 Respectivement 3 475 et 3 8575 d erreur Concentration titrant 0 01N La question de la r flexion autour du titrant type et concentration est venue s imposer lorsque ce dernier est venu manquer pour la premi re fois flac
60. on de 1L car le nombre de titrages s intensifiait Le titrant utilis est un diacide de l acide sulfurique H2SO4 pour sa forte propri t acidifiante puisqu il lib re deux protons par mol cule hydrat e et permet de faire des conomies en solution titrante Les premiers essais de prises en main et les premiers tests sur eau us e ont t r alis s avec la solution initiale du flacon soit une concentration tiquet e 0 05 N 0 025 eqH O L D apr s les pr conisations de l abstract sur la concentration du titrant utiliser vis vis de la charge de l chantillon Cf partie 4 3 SOP AGV en Annexe 6 0 05N tait une concentration trop lev e pour titrer une charge en AGV de 20 mg L soit environ 0 33 mmol L Descendre la concentration du titrant afin d avoir plus de points et moins craser notre tampon permettrait une meilleure d tection La concentration de titrant a donc t abaiss e 0 01N Deux manipulations ont eu lieu et plusieurs conclusions sont tirer d autant plus qu post riori les donn s brutes des titrages ont t reprises dans la derni re version du fichier Excel Excel AGV 3 r alis en fin de stage afin de g n rer de nouveaux r sultats et pouvoir les comparer aux r sultats calcul s sur le moment fichier Excel Courant non final Date 28 03 30 03 Echantillon Erreur relative en sur la quantit d AGV Fichier Excel Courant Excel AGV 3 Tab 4 Titrant o 01N Simulation d une eau
61. onstitu I y avait peu de titres et de groupe de cellules am liorant sa lisibilit Un important travail d lan puis de ma part ont t fourni pour comprendre les ant c dents et les d pendances de chaque cellule des 3 feuilles qui le constituaient Une fois ce travail de fond r alis les manipulations se sont enchain es et plusieurs modifications ont eu lieu sur le fond et sur la forme La derni re version du fichier Excel est en lien en Annexe 7 3 3 1 Modifications de fond Trois importantes modifications de fond ont eu lieu Passage des concentrations massiques aux concentrations molaires Le fichier brut de base utilisait des concentrations massiques ramen es des l ments du tableau p riodique comme par exemple le TAN et le TNO2 en mgN I le TP en mgP L le TIC en mgC L ou mgCaCO5 L la quantit d AGV en mgC L ou mgCH3COO L Pour faire plus simple toutes les concentrations calcul es par solveur ont t mises d office en mmol L afin de pouvoir comparer les tampons entre eux d UNIVERSIT 21 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Am lioration de la formule de calcul de la capacit tampon exp rimentale Voir Annexe 5 La capacit tampon exp rimentale est la courbe qui est trac e partir des donn es de l exp rience V pH Elle correspond la d riv e de la fonction V f pH au facteur de dilution pr s Sa formule est donc
62. ormation sur les Lg Facult des sciences et de g nie Chaire modelEau UNIVERSIT Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Mati res Dangereuses Utilis es au Travail effectu e mensuellement par un repr sentant du Service de S curit et de Pr vention de l Universit Laval Cette derni re est d livr e dans un amphith tre tous les tudiants inscrits la session mensuelle et convi s travailler dans un des laboratoires de l Universit Elle a pour but d assurer la sant et la s curit de toutes les personnes qui utilisent des produits pr sentant un certain danger en pr sentant le syst me de lois et de r glements en vigueur au Canada Ce dernier oblige les fournisseurs les employeurs et les utilisateurs connaitre et faire connaitre tout les dangers associ s au produit et les mesures prendre pour en assurer une utilisation s curitaire Le contenu de conf rence 2h30 est lui m me tr s exhaustif et partant d exemple concret d accident am ne la r flexion et la compr hension de chaque cat gorie de mati res de produits dangereux les pictogrammes du syst me SIMDUT associ s les mesures de pr vention et de protection NE NN Gaz comprim s Mati res inflammables et combustibles 6 divisions suivant le point clair Mati res comburantes Mati res comburantes Mati res Toxiques et Infectieuses Fee divisions A Mati resco
63. out du Tampon de l eau Ceci est une am lioration de la formule g n rique de la capacit tampon th orique Cette formule Van Vooren et al 2001 est bas e sur la propri t additive de la capacit tampon et fait donc la somme de l ensemble des capacit s tampons individuelles des composants Pour acide m diacide et n triacide faibles on a BE m fefee h 2303 n P In p lr 4 n Je enn as n Ki Kk S H akin exkl KEELE Avec B buffer capacity eq pH H hydrogen ion concentration mol l equals 10 HB H2B HS3B T concentration of respectively a monoprotic diprotic or triprotic weak acid mol l Ka acidity constant Comme expos pr c demment cette formule est employ e la d termination des esp ces suivantes UNIVERSIT 22 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 TABLE 2 Buffer components considered in this stud Buer Type Inte pKa value s 6 37 and 10 5 Phosphate Triprotic 2 12 and 7 21 and 12 32 Tab 2 Tampons et pKa d tectables Cependant le tampon d AGV entre pH 4 et 6 pic vers 4 75 dans une eau us e est d assez faible intensit et plac entre deux tampons majeurs que sont celui de bicarbonate 5 8 pic 6 5 et l eau commence 4 5 puis inf rieur Voir figure 13 plus loin Or le mod le ne prend pas en compte de l eau qui interf
64. paux objectifs de ce stage ont donc t S informer sur les d canteurs et l op ration de d cantation primaire Prendre en main le mat riel de titration du laboratoire D velopper un protocole de fractionnement des AGVs R diger le protocole de fa on normalis e SOP Faculte des sciences et de genie Chaire modelEau UNIVERSIT Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Participer aux campagnes d chantillonnage et de fractionnement sur le DP r el ou pilote Rendre compte de l avancement des travaux hebdomadairement Au vue du temps imparti et priori de la sp cificit de l objectif principal savoir l laboration d un protocole de fractionnement des AGVs la participation aux fractionnements annexes lipides glucides prot ines DBO DCO MES MVS a t mis de cot sous r serve de temps libre UNIVERSIT 8 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Il Etudes pr liminaires synth se bibliographique et moyens mis dispositions Cette partie retranscrit l ensemble des recherches scientifiques et des acquis qui ont t n cessaires au d marrage du stage aussit t l objectif principal tabli Ces connaissances ont t acquises globalement dans les 2 premi res semaines au cours notamment de plusieurs visites et formations 2 1 Letraitement des eaux us es et la pl
65. pient de solution titrante Acide ou Base une burette d injection et une lectrode de verre fil de platine et thermom tre int gr Le d bit d injection de titrant est contr l l aide d un piston dont on peut faire varier la vitesse de d placement ainsi qu une vanne 3 voies automatis qui alterne les phases d injection et de remplissage Le Titrino poss de une m moire interne dans laquelle on peut charger ou enregistrer des proc dures automatis es de dosage C est un appareil assez sophistiqu avec plein de modes de fonctionnement diff rents et une plateforme de calcul interne suivant le mode il peut par exemple d terminer les points d quivalences ajuster la quantit de titrant injecter 10 uL d incr ment de volume minimum et calculer les concentrations des esp ces en solution Il est reli l ordinateur et envoie des rapports param trables en fin de proc dure Le laboratoire dispose d un outil dans la m me gamme reli au Titrino nomm le Sample Processor Table d chantillonnage ou chantillonneur dans le jargon du laboratoire 778 Sample Processor Ce dernier est compos d une table circulaire rotative contenant 12 slots pour 12 r cipients standardis s 250 mL 10 pour les chantillons 2 sp ciaux pour des actions singuli res et d un bras mouvement vertical motoris sur lequel est plac la burette d injection de titrant celle du Titrateur l lectrode de verre idem et agitateur m canique
66. pprise notamment lors de mon stage de premi re ann e la Lyonnaise des Eaux en France et de les compl ter par de nombreux points concrets composition rejets traitements des eaux techniques d analyse de laboratoire La visite de la STEP de Qu bec restera un grand souvenir d enrichissement personnel J ai probablement bien progress dans l utilisation d Excel galement Pas sp cialement sur la d couverte de nouvelles fonctionnalit s car c est un outil que je maitrisais bien avant de venir mais davantage dans la rapidit d utilisation Une piste d am lioration potentielle de l efficience de mon travail aurait t d apprendre d velopper une macro en visual basic afin de mener l exportation des donn es de tritration et les calculs sous Excel de mani re bien plus rapide en seulement quelques clics Ce stage a par ailleurs t l occasion de s immiscer dans un milieu doublement inconnu pour ma part le milieu de la recherche d une part dans un pays tranger d autre part Sur le plan de mon int gration et ma compr hension du fonctionnement d une quipe de recherche le bilan est tr s positif Ayant a la base un fort esprit d quipe je me suis vite int gr L ambiance de travail t ainsi saine et propice la performance individuelle et collective I faut avouer qu ce niveau le fonctionnement et les interactions des diff rentes quipes de travail sont men es de main de maitre par le professeur en charge de la Chaire
67. primEAU en d tail ainsi que les objectifs du stage Ensuite la deuxi me partie retracera le travail d analyse pr liminaire du sujet de la synth se bibliographique ainsi que des moyens techniques mis disposition pour mener a bien la mission La troisi me partie rassemblera l ensemble des r sultats et traitera de l laboration du protocole proprement parler Objectifs de l tude S informer sur les d canteurs et l op ration de d cantation primaire Prendre en main le mat riel de titration du laboratoire D velopper un protocole de fractionnement des AGVs R diger le protocole de facon normalis e SOP VW VY V Yy Rendre compte de l avancement des travaux hebdomadairement d UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 l Leprojet primEAU et les objectifs du stage Sera pr sent dans cette premi re partie le groupe de recherche primEAU son activit et ses enjeux ses acteurs et son organisation interne ainsi que les supports mat riels de recherche sur lesquels il s appuie Les objectifs du stage seront par ailleurs explicit s l gard de l activit du groupe 1 1 Le projet primEAU un projet multiple facette dans la d cantation primaire 1 1 1 Mise en contexte probl matique et objectif g n ral Le projet primEAU est le projet de recherche du laboratoire modelEAU travaillant dans l puration des eaux us es Il s in
68. ps pr cieux L essentiel de mes activit s s est divis en trois t ches Une imposante partie labo afin de mener tous les tests une partie analytique r alis e essentiellement sous Excel en fin de journ e ou la maison le soir afin de pouvoir tirer les conclusions de la journ e et repartir sur une journ e compl te de laboratoire le lendemain en apportant les enseignements et les corrections d duites de la veille et enfin une partie synth se et pr sentation des r sultats avec pour but chaque mardi d expliquer les travaux men s dans la semaine l quipe et aux professeurs encadrant le projet La gestion du temps a donc t un param tre clef de ce stage afin d optimiser les manipulations et faire avancer le plus possible le projet dans le temps imparti Un second aspect b n fique est venu de ces r unions hebdomadaires qui m ont d une part appris couter les autres essayer de les aider dans la mesure du possible et d autre part oblig faire des comptes rendus oraux de mes r sultats de mani re claire et concise afin de faire avancer le d bat et respecter le temps de r union J ai pour ce faire r alis 2 pr sentations PowerPoint mensuelles les deux premiers mois du stage puis une hebdomadaire les trois derni res semaines Ces r unions se sont donc av r es tr s enrichissantes autant sur le plus humain que scientifique Scientifiquement ce stage m a permis d assoir certaines connaissances en traitement de l eau a
69. rbitraires que nous nous tions fix s pr c demment cf 3 2 1 Typiquement pour les chantillons 5 et 6 nous avons 98 points de mesure 62 mL inject et 40 min de dur e Pour les chantillons 7 et 8 110 points 72 mL et 50 minutes Ultimes tests sur eau us e Le 11 12 et 13 Avril des tests sur eau us e ont t s men s en triplicata avec ou sans AD avec ou sans consid ration du tampon de l eau dans le calcul Excel Voici les r sultats Commun tous les chantillons Titrant H2S04 0 01N M thode AGV DET Si une est accol e au r sultat cela signifie que le r sultat est entach d une erreur d estimation du pKa c est dire qu Excel dans son calcul d optimisation des courbes tampons a fait varier le pKa initial des AGVs 4 76 de plus de la tol rance arbitraire fix e 0 5 Date AGV mg L de CH3COO Type Entr e chantillon Sortie Boue Eau us e AD de 40 mg L 11 04 12 d AcAC Eau us e AD de ED 12 04 12 50 mg L d AcAc SD Erreur de manipulation r sultats tous n gatifs 50 mg L d AcAc i i 13 04 12 Eau us e AD de 50 mg L d AcAc Eau us e AD de 100 mg L d AcAc Tab 9 Tests finaux sur eau us e d entr e et de sortie du d canteur Avec et sans AD Avec ou sans consid ration du tampon de l eau Les observations et conclusions tirer sont les suivantes B SD Sortie D canteur ED Entr e D canteur LINIVERSIT LAVAL 2 Chair
70. rosives corrosives Eege Bois produits en bois tabac articles manufactur s produits transport s ou manutentionn s conform ment au R glement sur le transport des mati res dangereuses Compl tement exempt du SIMDUT Aliments drogues produits de consommation domestique produits antiparasitaires produits radioactifs et explosifs loi sp cifique Exempt d tiquetage et de fiche signal tique CCHST E 2 e mais requiert la formation des utilisateurs Tab 1 Le SIMDUT Pictogrammes et cat gories de mati res Source infos Livre SIMDUT Renseignements et mis en application Universit Laval Source image Centre Canadien d hygi ne et de s curit du travail Exception A Exception B La deuxi me est une formation de visite et de s curit appliqu e au laboratoire d environnement Elle est ex cut e par Michel Bisping responsable du laboratoire et se d roule avec un maximum de 4 personnes Un tour tr s exhaustif du laboratoire est effectu 1h30 environ dans lequel chaque quipement de protection individuelle et collective est pr sent le fonctionnement et les manipulations inh rentes de chaque appareil d utilisation courante sont per us hottes aspirantes chambre froide fours gaz propane et air comprim eau de ville eau distill e et eau d ionis e Un point tr s pr cis est galement fait sur les produits leurs rangements par classe dans les armoires sp cifiques inflammables corrosifs
71. rotocole de titration pour les boues trouver le bon taux de dilution pour avoir des r sultats reproductibles dans un premier temps puis affiner la justesse dans un second temps R aliser un bilan aux bornes du d canteur Dans le cas o le bilan ne bouclerait pas des alternatives sont encore possibles Essayer la Upc titration c est dire titrer l chantillon en pH croissant avec titrant basique soude 0 01N avec une acidification pr alable de l chantillon quelques mL d acide fort pur Cela aurait pour effet de stripper les bicarbonates dissouts dans l eau et enlever l influence du tampon de bicarbonate sur le tampon d AGV si difficilement estimable D apr s l abstract de la m thode la up titration pr senterait cependant un certain risque car une partie des AGVs seraient galement stripp s pendant l acidification faussant ainsi la mesure Tester les m thodes 5 points et ou 8 points Envisager la chromatographie gazeuse en dernier recours Le param trage d un chromatographe pourrait celui explicit en Annexe 8 UNIVERSIT LAVAL 9 Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 Personnelle Durant ce stage de 10 semaines 111 chantillons ont t titr s Soit de mani re manuelle ou semi automatique au d but pendant la prise en main des appareils soit de mani re enti rement automatis e pour la plupart permettant de gagner un tem
72. scrit autour de la th se de Giulia Bacchis et vise am liorer la d cantation primaire int gr e dans une fili re de traitement des eaux de type boues activ es gr ce a de meilleures conceptions et op rations La capacit d enl vement des particules des d canteurs primaires DP agit directement sur la performance des unit s de traitement suivantes Ainsi le d canteur primaire peut tre consid r comme un composant fondamental des usines de traitement des eaux us es En l tat actuel des connaissances sur les fili res de traitement des eaux us es deux principaux mod les sont utilis s ASM et ADM Le premier permet une simulation des proc d s biologiques boues activ es et le second permet une simulation des proc d s ana robiques tels que la digestion dans une optique de production de biogaz Cette derni re application est en pleine expansion car elle permettrait de b tir des STEP autonomes en nergie Cela constitue en enjeu de taille pour le projet primEAU Un bref sch ma bloc permet d illustrer le contexte D grillage Dessablage Epaississeur Sucres Prot ine 5 Lipides AGV Fig 1 La place de la d cantation primaire vis vis des mod les ASM et ADM Or il manque de mod les pour la d cantation primaire et ces derniers ne peuvent tre int gr s dans un contexte plus large macro chelle du proc d total Par ailleurs gu res d entre eux sont directement assemblables avec ASM ou avec
73. strat gie n a bien sur pas pu tre men e son terme tant le temps imparti tait trop juste pour faire face tous les impr vus et l inertie que g n rent des manipulations de recherche Seule la partie sur les eaux us es a pu tre mise en ceuvre 3 2 L volution de la prise en main du mat riel 3 2 1 Le Titrateur Au commencement seule une utilisation manuelle du titrateur tait connue par lan Chaque injection se faisait par pression d un bouton le temps d attente de stabilisation du pH tait l appr ciation de l utilisateur Un titrage au complet tait donc une proc dure longue et fastidieuse I n y avait aucun int r t utiliser du mat riel si polyvalent de cette facon l Mes premiers titrages ont t r alis s de cette mani re Il fallait vite que je passe la vitesse sup rieure J ai donc lu le plut t imposant manuel d utilisation du titrateur en anglais J ai vite compris que son utilisation n tait pas particuli rement difficile mais demandait juste une bonne organisation et pr paration afin de choisir les bons modes de fonctionnement A la m me p riode le technicien Metrohm de Montreal est venu r parer le Sample Processor A la fin de son travail je lui ai demand de m expliquer ce qu il savait sur le fonctionnement des 3 appareils Ordinateur Echantillonneur et Titrateur J ai ainsi pu apprendre d UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulo
74. t plus s curitaire la pratique des sports nautiques Pour finir les deux stations de la ville sont enti rement couvertes Ceci est d la rudesse du climat Canadien non compatible avec l tape de biofiltration Par ailleurs les consultations publiques pr c dant la construction des stations ont d bouch sur la volont d radiquer les nuisances olfactives L air de la station est par cons quent enti rement trait par absorption gaz liquide dans des colonnes garnissage Le transfert est acc l r par l utilisation d hypochlorite de sodium 12 tandis que le pH est maintenu entre 8 3 et 8 7 par de l hydroxyde de sodium Les tapes du traitement des eaux la STEP Est sont donc D grillage Dessablage D shuilage D graissage D cantation Primaire Biofiltration D sinfection UV D cantation secondaire des eaux de lavages Epaississement des boues mixtes des deux stations Envoie des la station de traitement de l incin rateur Voici un sch ma expliquant les relations entre chaque op ration Boues paissies D shydratation E paississeus cf odores Fig 6 Sch ma bloc des tapes de traitement de la STEP Est de Qu bec Circuit hydraulique is 7 9 Point de d rivation vers le St Laurent d UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 2 2 Les Acides Gras Volatils et les m thodes de fractionnement 2 2 1 Les
75. te de la quantit consomm e chaque habitant de la ville consommerait quotidiennement quelques 530 litres d eau soit plus du double de la consommation europ enne moyenne en incluant la consommation industrielle r sidentielle et les fuites du r seau Jusqu assez r cemment les effluents domestiques et industriels de la ville taient rejet s directement dans le Saint Laurent et la rivi re St Charles occasionnant de gros probl mes sanitaires Le traitement des eaux us es est devenu une priorit pour la capitale Dans les ann es 1970 la Communaut Urbaine du Qu bec CUQ et le lancement du programme d assainissement de l eau au Qu bec ont vu le jour S en est suivi la construction de multiples stations d purations comme celles de Qu bec Ouest et Est qui assainissent l heure actuelle pr s de 400 mille tonnes d eau par jour dans un r seau de pr s de 3000 km Toutes les stations d puration au Qu bec sont soumises des normes de rejets dict es par le Minist re des Affaires Municipales des R gions et de l Occupation du Territoire MAMROT selon la sensibilit du milieu r cepteur t Canada Statistiques Annuelles 2003 amp Hydro Qu bec Production BP Global 2011 Wikipedia Qu bec ville de Toulouse l eau Potable Qu bec OneDrop org Traitement des eaux us es http www ville quebec qc ca LINIVERSIT 5 LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulous
76. u us e j ai r alis de multiples tests sur chantillon de laboratoire et sur eau us e pour voir ce que cela donnait En m me temps j essayais de comprendre comment fonctionnait la table d chantillonnage afin de proc der plusieurs titrages cons cutifs le tout en alternant chaque m thode AGV DET et AGV MET Au total 16 titrages auront t men s plusieurs pas de volumes 0 1 0 2 et 0 3 mL test s pour la m thode MET diff rent pH d arr t La M thode MET permettait d augmenter le nombre de points de mesure mais engendrait de trop grosses fluctuations par calcul de la capacit tampon d riv e de proche en proche La m thode MET est pratique pour des exp rimentateurs travaillant tout le temps avec les m mes chantillons Or dans le cadre de la titration d eaux us es de compositions tr s variables LL UNIVERSIT S LAVAL Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 saison intemp rie heure de la journ e etc et encore plus dans l laboration d un protocole changement de type d chantillon de concentration de titrant utilisation d ajout dos potentielle dilution MET n offrait pas la flexibilit voulue et c est la m thode DET qui rendait les plus belles courbes crit re visuel et les plus exploitables crit re analytique AGV DET a donc t conserv e Drift et temps d quilibre Le temps d attente de l quilibre entre deux ajouts su
77. uantaine minimum elle inclut donc les m thodes 5 et 8 points La m thode 50 points est un abus de langage afin d y faire r f rence Voici l intitul de l abstract Practical application and statistical analysis of titrimetric monitoring of water and sludge samples SWH Van Hulle S De Meyer TJL Vermeiren A Vergote J Hogie and P Dejans Research Group EnBiChem Department of Industrial Engineering and Technology University College West Flanders Graaf Karel de Goedelaan 5 B 8500 Kortrik Belgium 2 BIOMATH Department of Applied Mathematics Biometrics and Proces Control Ghent University Coupure Links 653 B 9000 Gent Belgium Cette m thode de d tection fait appel du titrage acido basique pour la partie exp rimentale et une optimisation statistique des donn es exp rimentales sur Tableur Microsoft Office Excel pour la partie analytique La partie exp rimentale requiert de neutraliser l ensemble des esp ces en solution titr e soit par un acide fort tel l acide sulfurique Down Titration soit par une base forte telle la soude caustique Up Titration Nous r cup rons l ensemble des points de mesure Volume inject pH de l chantillon par acquisition num rique L objectif de la m thode est de doser un chantillon de mani re automatis e en 20 30 min avec entre 50 et 70 points de dosage couple V pH Une fois les valeurs acquises l analyse se fait sur Tableur partir des capacit s tampon
78. us e Pourcentage d erreur relative sur la quantit d AGV Premi re tranche de tests avec des chantillons simulant une eau us e c est dire contenant environ 200 mg L de bicarbonate et 20 mg L d AGV soit CH3COO 0 258 mmol L 15 251 mg L La plupart des estimations sont au dessus des 10 de fiabilit pour les calculs sur le fichier Excel courant UNIVERSIT Chaire modelEau Universit Laval Ann e Universitaire INSA Toulouse BOUICHET Thomas 2011 2012 en rouge Excel AGV3 et la comptabilisation du tampon de l eau semble g n rer une sous valuation de la quantit r elle avec des erreurs toute n gatives Deux r solutions 1 et 2 rentrent dans la plage de fiabilit des 102 en vert mais ne sont pas sur le m me triplicata Cela laisserait penser que la derni re version du fichier Excel apporterait une meilleure pr cision cependant deux autres r solutions 2 bis et 2 ter sont plus loign es en valeur absolue que leurs pr c dentes estimations sur le fichier Excel du moment NaCH3COO mg L 10 15 20 25 30 CH3COO mg L Erreur relative en Fichier Excel Courant Excel AGV 3 Tab 5 Titrant 0 01N Eau d ionis e et concentrations croissantes d AGV Une deuxi me tranche de manipulation a t lanc e sur les plus simples des chantillons c est a dire de l eau pure avec des AGVs en concentration croissante dans la gamme de variation d une eau us e Aucune interf rence
79. use BOUICHET Thomas 2011 2012 comment visualiser les donn es d acquisition sur les logiciels et comment acc der aux m thodes internes du Titrateur Des m thodes proc dures internes taient donc stock es en m moire Parmi elles Titre pH pr sent de base et Alcalin dont j ai appris de Michel Bisping le responsable du laboratoire qu elle avait t cr e l installation de l appareil pour calculer l alcalinit d un chantillon de mani re automatis e et en lecture directe Mon premier test fut donc de voir comment fonctionnait ces m thodes savoir de quoi elles taient faites et ce qui transf rait sur l ordinateur De cette mani re j ai compris que les m thodes taient en fait la combinaison d un ensemble de param tres contenu dans plusieurs menus D bit min et max de titrant temps de r ponse de l lectrode crit re d arr t du titrage variables cr es manuellement calcul entre ces variables structure du rapport auquel on donnait une appellation corr l e au param trage Je me suis ainsi rendu compte que la m thode Titre pH n avait aucune entr e dans son param tre structure du rapport et que c tait la raison pour laquelle aucune donn e ne transf rait a l ordinateur quand on l utilisait Le probl me d cel par Perrine ne venait ni de l hardware ou du sofware a changer Par ailleurs le titrage des AGVs en solution par l acide sulfurique titration descendante n
80. ut le monde des forces et opportunit s tirer profit et des faiblesses et menaces du groupe dans l optique de mettre en place des plans d action ult rieurs Dans les jours qui ont suivi une r union avec Peter lan et Sylvie a t programm e sp cialement pour discuter du protocole de fractionnement des AGVs et me pr senter le travail de recherche bibliographique d lan J y ai appris les trois m thodes acido basiques sur lesquelles voulait se baser Peter avec un accent particulier sur la m thode 50 points puisque c tait celle qu lan avait le plus approfondi J y ai compris le principe de base de capacit tampon et d ajustement des courbes th oriques et exp rimentales par utilisation du solveur Par ailleurs c est lors de cette r union que j ai appris la pr cision avec laquelle je devrai mener mes exp rimentations Les conditions sine qua non afin d avoir un r sultat valide sont les suivantes Faire des triplicatas syst matiques Avoir 10 d erreur relative sur la concentration recherch e Avoir des pKa qui ne varient que de 0 4 par rapport leur valeur th orique influence de la force ionique de la solution Enfin une ultime r union avec lan sur table puis en laboratoire nous a permis de tout mettre a plat et qu il m explique tout ce qu il avait compris de la m thode 50 points du fonctionnement du fichier Excel et du peu de l utilisation du titrateur partir de ce moment l j ai volu de facon autonome
81. utres esp ces en solution tels les bicarbonates TIC le phosphate TP l azote ammoniacal TAN ou les nitrites TNO2 et moins sp cifique car elles ne permettent pas une distinction entre les diff rents AGVs mais donne la concentration totale Avant mon arriv e lan Montauban tudiant la maitrise avait t mis sur le sujet et avait commenc la recherche bibliographique des m thodes de dosages des AGVs par titrage acido basique 3 m thodes m ont alors t pr sent es 1 Detailed titration profile method Van Hulle et al 2009 2 Eight point titration method Lahav et al 2002 3 Five point titration method Moosbrugger et al 1995 Lahav and Loewenthal 2000 Les m thodes 2 et 3 ont t mises en attente car elles pouvaient tre utilis es partir de la m thode 1 Ces derni res sont tr s similaires 8 points tant une am lioration de la 5 points et demandent ce que 5 ou 8 points d quilibre Viitrant pH soient pris en connaissant galement la conductivit de l chantillon la concentration en phosphate en ammonium et sulfure Une application logicielle pour le calcul est fournie par le d veloppeur de la m thode lan a fait quelques tests avec la m thode 8 points qu il m a transmis et sur lesquels je n ai eu le temps de revenir La m thode 50 points C est la m thode 1 qui a t choisie et explor e durant ce stage Dans cette m thode on conserve l ensemble des points du titrage une cinq
82. vait titr une solution d ac tate de sodium et avait surtout fait ressortir un probl me r current de non transfert des donn es depuis le Titrino vers l ordinateur Son rapport se concluait en sp cifiant qu il fallait changer l ordinateur et r installer logiciels Par ailleurs le Sample Processor tait lui en panne suite une fausse manipulation du bras vertical motoris Ce dernier en position non conforme a t contraint de forcer son mouvement et a grill son circuit imprim Dans la deuxi me semaine qui a suivi mon arriv e un technicien Metrohm s est d plac de Montreal pour r parer l appareil Fig 10 La Table d Echantillonnage gch r par e suite la surchauffe point noirci d un composant lectronique drt Personne ne savait donc utiliser les appareils dans l ensemble de leurs fonctionnalit s mon arriv e Quelques traces crites depuis son acquisition en 2006 subsistaient I fallait donc que j apprenne m en servir compl tement 2 4 S curit et formation SIMDUT Afin d tre autoris manipuler dans les laboratoires de l Universit et plus particuli rement le laboratoire Environnement partag par l ensemble des quipes de recherches du G nie des eaux deux formations et la signature du R glement de s curit et des directives de travail aux laboratoires d environnement du G nie Civil sont obligatoires La premi re formation s intitule la formation SIMDUT Syst me d Inf

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