Plus d’automatismes pour mesurer la DBO

La demande biochimique en oxygène est un paramètre important de gestion des eaux.

Il représente une mesure variable indiquant la qualité de l’eau et sa clarification atteinte aux divers stades de l’épuration biologique des eaux usées. Il est notamment indispensable à la planification et à la conduite des traitements en stations d’épuration car on détermine en général la DBO dans les canalisations d’entrée et de sortie des usines de traitement pour contrôler en continu les eaux usées. La DBO permet aussi de mesurer la qualité dans les réservoirs industriels ou pour surveiller les eaux superficielles des rivières et des lacs.

Pour les stations d’épuration, afin de déterminer la quantité d'oxygène nécessaire à la dégradation biologique des matières organiques dans un litre d’eau usée, les conditions des décompositions doivent être comparables avec celles de l’installation de rejet sachant que la DBO représente la quantité d’oxygène nécessaire pour oxyder les matières organiques par voie biologique. Elle sert à évaluer la fraction biodégradable de la charge polluante carbonée des eaux usées. Son contrôle et sa mesure sont encadrés par des normes DIN et ASTM, une évaluation déterminée au bout de cinq jours à 20 °C à l’abri de la lumière. Elle est alors dénommée DBO₅.

Pour évaluer cette DBO₅, deux échantillons provenant d’un même volume sont nécessaires. Le premier sert à mesurer la concentration initiale en oxygène, alors que le second détermine la concentration résiduelle en oxygène au bout de cinq jours, sachant que la mesure DBO₅ provient de la différence entre ces deux valeurs.

Automatiser la mesure

Pour automatiser la DBO₅ en laboratoire, Skalar a développé la plate-forme robotique SP2000 avec une configuration flexible de 18 à 198 flacons de DBO. L’analyseur robotisé de base consiste en une plate-forme XYZ, un rack de 18 flacons DBO, une sonde d’oxygène et son oxymètre, un manipulateur, un agitateur, une station de rinçage, et ses protections.

Les échantillons sont pipetés, manuellement ou automatiquement, dans les flacons DBO qui sont ensuite placés dans des racks introduits sur l’analyseur. Après démarrage, chaque flacon est débouché, puis additionné d’inhibiteur de nitrification (ATU) et/ou d’ensemencement puis rempli d’eau de dilution. Il est ensuite agité et la valeur initiale de l’oxygène mesurée. Une fois le premier flacon rebouché, la sonde à oxygène et l’agitateur sont rincés avant de passer à l’échantillon suivant. La même procédure est suivie jusqu’à ce qu’une valeur soit enregistrée pour tous les échantillons. Les racks sont alors casés dans un incubateur à 20 °C pendant cinq jours. Après incubation, ils sont positionnés sur l’analyseur et la valeur finale de l’oxygène est mesurée pour calculer la DBO. Les données sont disponibles sur écran, imprimées ou converties en fichier compatible avec d’autres logiciels et le LIMS (Laboratory Information Management System). Cependant, ces procédures sont longues et astreignantes.

Pour répondre aux besoins hors laboratoire, Xylem Analytics préconise deux procédés. « La méthode des dilutions où la DBO se calcule à partir de la différence entre deux mesures d’oxygène dilué, explique Méhalia Medjahed, Ingénieur Produits Solutions chez Xylem Analytics. Elle est réalisée avec une sonde à oxygène avant et après un temps d’incubation de cinq jours. Le second procédé “mesure de DBO en autocontrôle” utilise un analyseur respiromètre. La diminution de l’oxygène provoque une modification définie de pression mesurée avec un manomètre. Simple, cette procédure est couramment utilisée, mais quel que soit le moyen, il est aussi impératif de conserver les échantillons à 20 °C durant cinq jours ».

Les procédés proposés par Macherey Nagel sont similaires à la méthode DIN EN 1899-1-H51, dite méthode Winkler. « Nous procurons cette analyse sous forme de kits, un premier totalement équivalent à cette méthode normalisée, précise Jérôme Porquez, Chef des Ventes chez Macherey Nagel. Le second, simplifié, appelé Méthode DBO₅-TCR offre l’avantage de demander beaucoup moins de manipulations mais reste néanmoins précis. Dans les deux cas, ces méthodes sont manuelles et réalisées en laboratoire. Une étuve à 20 °C est nécessaire pour conserver les échantillons durant cinq jours ».

Le système de détection BD 600 préconisé par Equipements Scientifiques est un appareil pour six échantillons permettant une mesure précise de la DBO basée sur le principe manométrique. Suivant la norme ASTM 5210 D, il opère sur une plage de 1 à 28 jours, sans mercure. Muni d’un port USB et d’une carte SD, il regroupe six détecteurs et leur unité de commande sur batteries, un bloc d’alimentation, une télécommande, un dispositif d’agitation magnétique par induction, six flacons d’échantillonnage, six réservoirs, six agitateurs, deux flacons calibrés plus deux récipients de 50 ml pour l’hydroxyde de potassium et l’inhibiteur de nitrification. « Convivial avec son affichage graphique des valeurs mesurées, l’ensemble est livré prêt à l’emploi pour un budget d’environ 2.000 € », précise Simon Le Guen, Responsable Marketing et Communication chez Equipements Scientifiques.

Simplifier les analyses

Pour gagner du temps, le BOD TRAK II proposé par Hach s’attache à simplifier les analyses de DBO. C’est un appareil manométrique qui permet d’obtenir des résultats comparables à ceux fournis par la méthode par dilution en seulement deux à trois jours. Ses résultats autorisent le contrôle des procédés ou se présentent comme un complément à la méthode par dilution. Parmi les améliorations apportées, un affichage graphique plus grand, un meilleur pointage de l’agitation et de la température pour un ensemble compact. Ses procédures et options avancées sont améliorées tout comme son alimentation à commutation automatique. Facile à utiliser, il offre une représentation graphique des valeurs de DBO mesurées.

Afin d’accélérer la manipulation, Anael propose un système de mesure simultanée de la DBO et de l’activité des boues en quatre minutes fonctionnant sans réactif. Sorte de mini-station d’épuration contenue dans un boîtier de 600 x 720 x 420 mm d’environ 70 kg, ce système simple fiable et robuste doit être calibré manuellement. Il affiche une très bonne corrélation avec la DBO₅. Son principe de mesure fait appel à plusieurs réacteurs en cascade. La mesure simultanée de la quantité d’oxygène absorbée au niveau du canal de mesure de référence permet de connaître simultanément la DBO et activité de la boue. Stable grâce au canal de référence, sans filtration grâce au système d’échantillonnage automatique breveté, sa programmation reste conviviale avec stockage des données sur plus de 30 jours et visualisation sur écran LCD de l’évolution des données sur 24 h.

Des solutions en ligne pour suivre la DBO

D’autres approches sont proposées par des fabricants tels Datalink, Swan, Aqualabo Analyse ou encore Enoveo avec son biocapteur microbien NODE pour l’évaluation en temps réel de la demande biologique en oxygène en entrée de station de traitement des eaux usées et déversoirs d’orage. 

Chez EFS, l’UV-Probe 254+ est une sonde de mesure en ligne multi-paramètres destinée à l’analyse en continu des eaux de surface, des eaux usées et des effluents industriels. Le système est constitué d’une sonde de mesure en inox avec un transmetteur assurant la collecte et le traitement des mesures. La sonde utilise la technologie UV/visible pour déterminer les paramètres physico chimiques tels que la DCO (Demande Chimique en Oxygène), la DBO, la COT (Carbone Organique Total), ainsi que les matières en suspension (MES) et les Coefficients d’absorptione Spectrale (CAS254 et le CAS560).

La sonde UV-Probe 254+ mesure la DBO après une corrélation de mesure faite sur site avec le laboratoire de référence du client à partir de 2 échantillons d’eau représentatifs. Une fois la sonde étalonnée, elle est entièrement autonome.

Sans réactif ni filtration préalable, sa cellule de mesure est autonettoyante par air comprimé. La sonde de mesure est plongée directement dans l’effluent à analyser ou installée en chambre de mesure.

« Entièrement autonome avec une longue durée de vie vue de son émetteur UV à led, le capteur utilise le principe de mesure sur deux longueurs d’onde, précise Alexandre Huchon, Directeur Commercial chez EFS. Une voie détecte les matières en suspension pendant que l’autre discerne à la fois les matières en suspension et la DBO. Cette dernière est obtenue par la différence entre les deux voies de mesure. Pour compenser les variations de l’intensité et de la température de lumière, la sonde de mesure utilise un capteur de référence sur chaque voie ».

Toujours en analyse en continu, l’appréciation de DBO en ligne peut aussi être assurée par le capteur Viomax CAS51D d’Endress+Hauser. « Il s’agit d’un capteur Memosens de mesure optique pour eaux usées qui effectue une mesure spectrale à 254 nm afin d’évaluer une absorbance ou coefficient d’absorption spectral ensuite convertit en DBO par un transmetteur Liquiline, explique Aurélia Genet, Chef de marché Environnement chez Endress+Hauser. Cette mesure va corréler l’absorbance avec la mesure de DBO via une table d’étalonnage créée dans le transmetteur et établie lors de la mise en service. Cette méthode en temps réel est envisageable lorsque la nature et la qualité des eaux varient peu, typiquement lors du contrôle des rejets de stations d’épuration ».