Concours Trait Doctorat 2012 Biskra [PDF]

Zitiervorschau

Sujet 3 : Qualité et traitement des eaux RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ MOHAMED KHIDER – BISKRA –

FACULTÉ DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT DE GENIE CIVIL ET D'HYDRAULIQUE

CONCOURS D’ADMISSION AU DOCTORAT D’HYDRAULIQUE URBAINE Qualité et Traitement des eaux 10 Novembre 2012 (Durée 02 heures)

EXERCICE 1 (08Pts) L’analyse de 2 eaux de barrage a abouti aux résultats du tableau1. Tableau 1  Eau 1

Eau 2

pH

7 ,56

8,15

Turbidité (NTU)

17,65

4,21

Conductivité (µS/cm)

480

1240

TH (°F)

31

124

Ca (meq/l)

4,2

11,25

TAC (°F)

18,5

10,0

Acidité totale (°F)

2,8

2,6

Oxyd. KMnO4 (mgO2/l)

9,53

4,25

COT (mg C/l)

7,27

3,01

Absorbance U.V.  = 254 nm.

0,283

0,149

DCO (mg O2/l)

21,50

12,4

DBO5 (mg O2/l)

5, 65

3,25

2+

1) Que pouvez-vous dire de la minéralisation totale et de la dureté de ces eaux ? Justifiez par des valeurs numériques et des calculs appropriés. 2) Déterminer les teneurs en bicarbonates, en acides forts et en gaz carbonique exprimées en meq/l pour l’eau 1. 3) Pour les eaux testées, quels sont les paramètres utilisés pour caractériser la charge organique ? 4) En se basant sur les paramètres organiques du tableau 1, quels renseignements sur la nature ou la structure de la matière organique peut-on déduire ? 5) a)En établissant une comparaison des valeurs des paramètres minéraux et organiques de qualité du tableau 1, classez les eaux en 02 catégories. b) Proposez une explication aux différences observées. 6) Donner une appréciation globale (très brièvement) de la qualité de ces eaux en vous appuyant sur les valeurs des paramètres caractéristiques des eaux

Sujet 3 : Qualité et traitement des eaux EXERCICE 2 (12Pts) On veut alimenter en eau potable une grande agglomération par une eau de barrage traitée par différents procédés. 1) Pourquoi doit-on traiter ce type d’eau ? Justifiez. 2) Citer les 3 grandes phases de traitement de ce type d’eau. 3) Doit-on utiliser une filtration lente ou rapide ? Justifiez votre réponse en montrant les différences entre les 2 procédés. 4) Au cours du traitement en station, le sulfate d’aluminium est utilisé. au cours de la coagulation-floculation de cette eau. a) Citer un autre réactif que l’on peut utiliser au cours de la coagulationfloculation b) Quel est l’objectif du procédé de coagulation-floculation ? c) Quels sont les facteurs qui peuvent influencer l’efficacité du traitement de coagulation-floculation ? 5) Donnez l’expression du gradient de vitesse G au cours de la floculation ainsi que les valeurs optimales à adopter en pratique. 6) Afin d’optimiser le procédé de coagulation-floculation, un essai est pratiqué dans le laboratoire d'une station de traitement d'une eau de barrage. Les résultats du tableau 2 sont obtenus : Tableau 2 Sulfate d'aluminium (mg/l) 0 5 10 20 30 40 50 Turbidité (NTU) 4 3,6 3,3 2,1 1,2 0,7 1,4 pH 7,77 7,60 7,53 7,40 7,15 7,06 6,90 COT (mg C/l) 6,50 5,31 4,27 3,18 2,16 1,55 1,24 a) b) c) d) e)

Comment appelle-t-on cet essai ? Définir brièvement le rôle du sulfate d'aluminium introduit dans l'eau. Sur quels constituants de l'eau nous renseigne le paramètre « Turbidité » ? A quoi correspond le paramètre COT ? Expliquez brièvement l’évolution de la turbidité lorsque la dose de sulfate d’aluminium augmente. f) En tenant compte du pH initial de cette eau, quel sera le mécanisme prédominant lors de l'introduction du sulfate d'aluminium dans l'eau ? g) Pourquoi observe-t-on une diminution du pH lorsque la dose de sulfate d'aluminium augmente ? h) Interprétez l’évolution du paramètre COT lorsque la dose de sulfate d’aluminium varie. 7) Si on pratiquait en station une préoxydation par le chlore avant la coagulation floculation, quels seraient  les effets sur l’eau?

Sujet 3 : Qualité et traitement des eaux RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITÉ MOHAMED KHIDER – BISKRA –

FACULTÉ DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE DÉPARTEMENT DE GENIE CIVIL ET D'HYDRAULIQUE

CORRIGE CONCOURS D’ADMISSION AU DOCTORAT D’HYDRAULIQUE URBAINE Qualité et Traitement des eaux 10 Novembre 2012 (Durée 02 heures) EXERCICE 1 (08 Pts) 7) Que pouvez-vous dire de la minéralisation totale et de la dureté de ces eaux ? Justifiez. i.

Minéralisation totale b. Eau 1  : 100 < conductivité < 1000 µS/cm ; minéralisation moyenne. c. Eau 2: Conductivité >1000 µS/cm ; Eau très minéralisée.

b) Dureté totale 

Eaux 1  : 30 < TH 50°F ; Eaux très dures, dépassant les normes de l’OMS.

c) Dureté calcique et magnésienne 

Eau 1 : TH Ca = 21°F ; TH Mg =10°F;

dominance calcique;



Eau 2: TH Ca = 56,25°F; TH Mg = 67,75°F; dominance magnésienne;

d) Dureté permanente Pour toutes les eaux, on a TH > TAC, donc la dureté permanente TH perm existe. TH perm(2)= 124°F > TH perm(1)=12,5°F. -

8) a) Teneurs en bicarbonates = [ HCO3 ] = TAC(°F)/5 = 3,7meq/l car pH < 8,3 . b) Titre en acides forts TAF= 0 car pH > 4,5 c) Teneur en CO2 = Acidité totale = 0, 56 meq/l car TAF = 0. 9) Pour les eaux testées, les paramètres utilisés pour caractériser organique sont : Oxyd.KMnO4, COT, Absorbance UV, DCO, DBO5.

la charge

10) En se basant sur les paramètres organiques du tableau 1, renseignements sur la nature ou la structure de la matière organique : Le rapport DCO/DBO5 indique pour toutes les eaux une valeur supérieure à 3, donc la MO en majorité non biodégradable. L’absorbance UV montre que la matière organique est en partie à structure aromatique. 11) En établissant une comparaison des valeurs des paramètres minéraux et organiques de qualité du tableau 1, on peut classer les eaux en 2 catégories : Eau 1 : Minéralisation et dureté moyennes et charge organique élevée. Eau 2 : Minéralisation et dureté élevées et charge organique faible. Explication proposée : localisation géographique et contexte géologique différents

Sujet 3 : Qualité et traitement des eaux 6) Appréciation globale sur la qualité des eaux : Qualité moyenne à médiocre car turbidité et MO élevées pour Eau 1, minéralisation et dureté très élevées pour Eaux 2. EXERCICE 2 (12Pts) 8) Pourquoi doit-on traiter ce type d’eau ? Justifiez. On doit la traiter pour la rendre potable, par des procédés mécaniques et des procédés physico-chimiques pour éliminer les corps flottants, les MES, les MO et les bactéries pathogènes. 9) Citer les 3 grandes phases de traitement de ce type d’eau.  Phase de prétraitements (dégrillage, tamisage, aération, préchloration, …)  Phase de clarification (coagulation-floculation, décantation, désinfection)  Phase de désinfection 10) Doit-on utiliser une filtration lente ou rapide ? Justifiez votre réponse en montrant les différences entre les 2 procédés. La filtration rapide est normalement précédée d’un traitement de coagulation suivie de décantation dans le cas des débits d’eau importants (grandes villes). La filtration lente, on la préconise pour de petites agglomérations là où le climat permet d’opérer à ciel ouvert, on a à filtrer de faibles débits d’eau et quand l’eau brute n’exige pas de prétraitements 11) Au cours du traitement en station, le sulfate d’aluminium est utilisé. au cours de la coagulation-floculation de cette eau. d) Citer un autre réactif que l’on peut utiliser au cours de la coagulationfloculation Le chlorure ferrique e) Quel est l’objectif du procédé de coagulation-floculation ? Destabilsation des colloïdes et agglomération pour former des flocs décantables f) Quels sont les facteurs qui peuvent influencer l’efficacité du traitement de coagulation-floculation ? -Les paramètres liés à la qualité physico-chimique de l’eau brute (pH, Température, viscosité, turbidité, TAC, MO). -Le type et la dose du coagulant. -Les conditions d’agitation (vitesses et temps) 12) Donnez l’expression du gradient de vitesse G au cours de la floculation ainsi que les valeurs optimales à adopter en pratique. Expression du gradient de vitesse G au cours de la floculation : Relation de Camp , G = (P/ µ. V) 1/2 ainsi que les valeurs optimales à adopter en pratique (20< G < 50 s-1). P : Puissance dissipée dans l’eau par l’agitation ; µ : viscosité dynamique de l’eau ; V : volume d’eau brassé dans le bassin de floculation. 13) Afin d’optimiser le procédé de coagulation-floculation, un essai est pratiqué dans le laboratoire d'une station de traitement d'une eau de barrage. i) Comment appelle-t-on cet essai ? Essai de Jar-Test j) Pourquoi utilise-t-on un réactif comme le sulfate d'aluminium ? C’est un sel métallique qui libére des ions Al 3+ qui peuvent neutraliser la charge négative des colloïdes k) Sur quels constituants de l'eau nous renseigne le paramètre « Turbidité » ? le paramètre « Turbidité » nous renseigne sur les MES de l’eau (MES vraies et colloïdes). l) A quoi correspond le paramètre COT ? La matière organique totale de l’eau

Sujet 3 : Qualité et traitement des eaux m) Expliquez brièvement l’évolution de la turbidité lorsque la dose de sulfate d’aluminium augmente. L’évolution de la turbidité lorsque la dose de sulfate d’aluminium augmente se fait selon 3 zones distinctes :  Turbidité diminue : déstabilisation et diminution des colloïdes  Optimum d’élimination des colloïdes : valeur minimale de la turbidité  Turbidité augmente à nouveau: inversion des charges et restabilisation des colloïdes n) En tenant compte du pH initial de cette eau, quel sera le mécanisme prédominant lors de l'introduction du sulfate d'aluminium dans l'eau ? le mécanisme prédominant lors de l'introduction du sulfate d'aluminium dans l'eau est le piégeage des colloïdes par adsorption sur les flocs d’hydroxyde d’aluminium Al(OH)3. o) Pourquoi observe-t-on une diminution du pH lorsque la dose de sulfate d'aluminium augmente ? On observe une diminution du pH lorsque la dose de sulfate d'aluminium augmente à cause de la réaction d’hydrolyse du coagulant qui libère des ions H+ dans l’eau. p) Interprétez l’évolution du paramètre COT lorsque la dose de sulfate d’aluminium varie. Même évolution que la turbidité mais l’optimum de l’élimination du COT ne coïncide pas avec celui de la turbidité et les doses nécessaires seront supérieures; la matière organique est donc en grande partie dissoute. 14) Si on pratiquait en station une préoxydation par le chlore avant la coagulation floculation, quels seraient  les effets sur l’eau?  Evite la poussée des algues dans les bassins  Elimine l’ammoniaque et certains métaux  Elimination d’une partie des microorganismes pathogènes  Peut faciliter la coagulation  Réaction avec la matière organique et risque de formation de composés organochlorés toxiques.