Quest-ce que la turbidité?
La définition de la turbidité est le trouble ou le voile dun fluide causé par des solides en suspension qui sont généralement invisibles à lœil nu. La mesure de la turbidité est un test important pour tenter de déterminer la qualité de leau. Cest une propriété optique globale de leau et nidentifie pas les substances individuelles; il dit simplement que quelque chose est là.
Leau contient presque toujours des solides en suspension constitués de nombreuses particules différentes de différentes tailles. Certaines des particules sont suffisamment grosses et assez lourdes pour finir par se déposer au fond dun récipient si un échantillon est laissé au repos (ce sont les solides décantables). Les particules plus petites ne se déposeront que lentement, voire pas du tout (ce sont les solides colloïdaux). Ce sont ces particules qui rendent leau trouble.
Le terme Turbidité (également appelé brume) peut également être appliqué à des solides transparents comme le plastique et le verre.
Quelles sont les causes de la turbidité?
Des organismes comme le phytoplancton peuvent contribuer à la turbidité en eau libre . Lérosion et les effluents des zones fortement urbanisées contribuent à la turbidité des eaux dans ces zones. La construction, lexploitation minière et lagriculture perturbent le sol et peuvent entraîner des niveaux élevés de sédiments qui sécoulent dans les cours deau pendant les tempêtes. Les eaux pluviales des surfaces pavées comme les routes, les ponts et les parkings contribuent également à la turbidité.
Dans leau potable, plus le niveau de turbidité est élevé, plus les personnes qui lutilisent risquent de développer des maladies gastro-intestinales. Les contaminants comme les virus et les bactéries pathogènes peuvent se fixer aux solides en suspension. Ces solides interfèrent alors avec la désinfection.
Des niveaux de turbidité élevés peuvent réduire la quantité de lumière atteignant des profondeurs plus faibles dans les plans deau comme les rivières, les lacs et les réservoirs, ce qui inhibe la croissance des certaines formes de plantes aquatiques et peuvent affecter négativement les espèces qui en dépendent, comme les poissons et les crustacés. Des niveaux de turbidité élevés entraveront également la capacité d’un poisson à absorber l’oxygène dissous. Cette condition a été observée et documentée dans toute la baie de Chesapeake dans la région médio-atlantique des États-Unis.
Comment mesure-t-on la turbidité?
Les mesures de turbidité les plus courantes aux États-Unis sont les unités de turbidité néphélométrique (NTU).
Il existe plusieurs façons de vérifier la turbidité dans leau, la plus directe étant une mesure de latténuation ou de la réduction de la force dune source de lumière lorsquelle passe à travers un échantillon deau. Un système plus ancien sappelait la méthode Jackson Candle, avec des unités exprimées en JTU ou Jackson Turbidity Units. Il utilisait une flamme de bougie vue à travers une colonne claire remplie deau. La longueur de leau à travers laquelle la bougie pouvait être vue était liée à la turbidité de léchantillon deau. Avec lavènement de la technologie des compteurs électroniques, cette méthode nest plus utilisée.
Les particules en suspension dans leau diffuseront un faisceau lumineux focalisé sur elles. La lumière diffusée est ensuite mesurée à différents angles du trajet de la lumière incidente. Ceci est maintenant accepté comme une mesure plus précise de la turbidité. Pour mesurer la turbidité de cette manière, utilisez un néphélomètre, comme le LaMotte 2020we. Néphele est le mot grec pour «nuage»; métrique signifie «mesure». Néphélométrique signifie donc «mesurer la nébulosité». La plupart des néphélomètres mesurent la lumière diffusée à 90 °. Si plus de lumière est capable datteindre le détecteur, cela signifie quil y a beaucoup de petites particules diffusant le faisceau source, moins de lumière atteignant le détecteur signifie moins de particules. Les unités de turbidité néphélométrique (NTU) sont les unités de mesure utilisées par un néphélomètre répondant aux critères de conception de lEPA. La quantité de lumière diffusée est influencée par de nombreux aspects des particules comme la couleur, la forme et la réflectivité. Pour cette raison, et comme les particules plus lourdes peuvent se déposer rapidement et ne pas contribuer à la lecture de la turbidité, la relation entre la turbidité et le total des solides en suspension (TSS) peut changer en fonction de lendroit où léchantillon de test a été collecté.
Pour mesurer la turbidité dans des applications environnementales, telles que les océans, les rivières et les lacs, un disque de Secchi peut être utilisé. Il sagit dun disque noir et blanc qui est descendu dans leau jusquà ce quil ne soit plus visible. À cette profondeur (appelée profondeur de Secchi), le nombre corrélatif est enregistré comme mesure de la clarté de leau. Lavantage de lutilisation de ce dispositif en eaux libres est la possibilité de mesurer la turbidité à différentes profondeurs où plusieurs couches de turbidité sont présentes. Cet appareil est également facile à utiliser et relativement peu coûteux.
Normes et méthodes danalyse de leau potable
De nombreux facteurs peuvent affecter le qualité de leau potable, de sorte que les réglementations gouvernementales fixent le niveau de turbidité autorisé. Aux États-Unis, les systèmes publics deau potable qui utilisent la floculation ou la filtration directe pour le contrôle de la turbidité ne peuvent pas dépasser 1,0 unité de turbidité néphélométrique (NTU) à la sortie de lusine de traitement. Dans les échantillons prélevés pour la mesure de la turbidité, la turbidité doit rester inférieure ou égale à 0,3 NTU pour au moins 95% de ceux collectés au cours dun mois. Si un système public deau potable utilise une filtration autre que la floculation ou la filtration directe, ils sont soumis à leur limite détat individuelle, mais même ceux-ci ne doivent pas dépasser un niveau de turbidité de 5 NTU. Habituellement, les utilitaires essaient de maintenir un niveau de turbidité denviron 0,1 NTU.
Méthodes analytiques
Les méthodes de test analytiques publiées pour la turbidité comprennent:
Néphélomètres et turbidimètres
Dans cette discussion, nous nous concentrerons sur lutilisation des néphélomètres et des turbidimètres pour analyser la turbidité dans leau potable et dans les applications environnementales et industrielles. La différence entre les deux est subtile. Si le détecteur de lumière est à un angle de 90 ° par rapport à la source lumineuse, le compteur est considéré comme un néphélomètre, sil est à un angle de 180 °, il sagit dun turbidimètre. Comme la ou les sources lumineuses de la plupart des compteurs portables contiennent les deux types de détecteurs, les compteurs sont généralement appelés turbidimètres.
Comme indiqué précédemment, la mesure de la turbidité dans leau potable est importante car de la possibilité que les bactéries puissent utiliser les particules en suspension pour «se cacher» des produits chimiques que les services publics utilisent pour la désinfection. Les particules elles-mêmes interagissent également avec les désinfectants, ce qui rend difficile le maintien dun résidu suffisamment élevé pour neutraliser efficacement les agents pathogènes présents.
La plupart des turbidimètres portables diffèrent selon le type de source lumineuse quils utilisent. Les deux types généralement trouvés sont les ampoules à incandescence au tungstène (lumière blanche ) et des ampoules infrarouges à LED.
La turbidité dun échantillon augmentera avec la quantité de solides non dissous présents. Mesurer la lumière lorsquelle se disperse sur léchantillon à 90 Langle ° est une méthode meilleure et plus précise lors de la mesure anneau dans les plages inférieures, < 40 NTU. À des plages plus élevées, langle de 180 ° est plus précis. Entre 500 et 1000 NTU, la plupart des compteurs passeront de la mesure à langle de 90 ° en NTU aux unités dangle et datténuation de 180 °, ou AU. Ces deux unités sont directement comparables.
Un turbidimètre avec une conception spécifiée ISO utilise une LED infrarouge (IR-LED) avec une longueur donde de 860 nm et un chemin de lumière collimaté requis pour les méthodes: ISO 7027 / DIN EN 27027 (EN ISO 7027).
Les turbidimètres aux conceptions spécifiées par lEPA utilisent une lampe à incandescence de type tungstène et sont requis pour léchantillonnage de conformité selon la méthode EPA 180.1 pour la détermination de la turbidité par néphélométrie, qui stipule: / p>
« Les différences de conception physique des turbidimètres entraîneront des différences dans les valeurs mesurées de la turbidité, même si la même suspension est utilisée pour létalonnage. Pour minimiser ces différences, les critères de conception suivants doit être observé:
- Source lumineuse: Lampe au tungstène fonctionnant à une température de couleur comprise entre 2200-3000 ° K.
- Distance parcourue par la lumière incidente et la lumière diffusée dans le tube échantillon: Le total ne doit pas dépasser 10 cm.
- Détecteur: Centré à 90 ° par rapport à la lumière incidente et ne pas dépasser ± 30 ° à partir de 90 °. Le détecteur et le système de filtre, sil est utilisé, doivent avoir une réponse de crête spectrale comprise entre 400 nm et 600 nm.
La sensibilité de linstrument doit permettre de détecter une différence de turbidité de 0,02 NTU ou moins dans des eaux ayant des turbidités inférieures à 1 unité. Linstrument doit mesurer de 0 à 40 unités de turbidité. Plusieurs plages peuvent être nécessaires pour obtenir à la fois une couverture adéquate et une sensibilité suffisante pour les faibles turbidités. »
Il est important de déterminer le type de compteur à utiliser avant dacheter. Un service public deau potable qui doit se conformer à la méthode EPA 180.1 doit utiliser un néphélomètre de type tungstène. Pour la plupart des autres applications, le turbidimètre ISO de type IR-LED doit être utilisé.
La raison en est quune source de lumière infrarouge minimisera, voire éliminera linfluence de la coloration dans un échantillon.Ceux-ci peuvent perdre une certaine sensibilité des particules plus petites à cette longueur donde de 860 nm car les particules plus petites ont tendance à diffuser moins de lumière à 860 nm quaux longueurs donde visibles. Le mesureur de « lumière blanche » de type tungstène aura une sensibilité plus élevée pour ces petites particules, mais perdra de la précision quand une couleur est dans léchantillon.
Il est important de rappelez-vous quavec les deux types de turbidimètres portables, les particules flottantes et en mouvement peuvent entraîner de légers écarts de mesure. Pour que ces compteurs fournissent les meilleurs résultats possibles, il faut toujours mesurer léchantillon immédiatement, car les particules se déposent avec le temps. Il est préférable de Maintenez une température constante de la lampe en nallumant pas et néteignant pas le multimètre fréquemment entre les analyses déchantillons. De plus, la position sur les cellules déchantillonnage doit être marquée lorsquelles sont placées dans la chambre déchantillonnage pour éliminer les écarts dans les flacons en verre.
Échantillonnage , Calibration and Analysis
Aux fins de cette discussion, le turbidimètre LaMotte 2020we / wi sera être utilisé comme exemple. La plupart des turbidimètres portables suivront procédures détalonnage et dessai. Il est important de toujours suivre les recommandations du fabricant concernant l’utilisation, l’entretien et le stockage du compteur.
Le compteur doit être accompagné d’un ensemble de normes de turbidité. Si ce nest pas le cas, achetez les normes recommandées par le fabricant pour cet appareil. Les compteurs 2020we / wi sont livrés avec une norme vierge ou 0 NTU, une norme 1 NTU et une norme 10 NTU. Des normes de niveau NTU supplémentaires peuvent être achetées séparément. Choisissez toujours des étalons proches de la plage déchantillons de turbidité à tester. Pour les résultats les plus précis, sélectionnez des étalons sur la plus petite plage possible. Le compteur doit être étalonné au moins une fois par mois, mais létalonnage doit être vérifié quotidiennement pour sassurer quil est toujours précis. Une vérification peut être effectuée en scannant un échantillon de lune des normes pour voir que le compteur lit toujours vrai.
Le test de la turbidité dans les systèmes deau régulés est essentiel étape pour assurer lobservance et lefficacité du traitement. Les meilleurs résultats sont obtenus par une attention particulière à la procédure et à la technique. Lentretien de léquipement, y compris le compteur, les tubes et la chambre déchantillonnage, ainsi quune manipulation soigneuse des échantillons minimisent les interférences et fournissent les résultats les plus précis. Vérifiez périodiquement la chambre déchantillonnage dans le lecteur pour déterminer sil y a eu des rayures. Si tel est le cas, faites remplacer la chambre dès que possible. Il en va de même pour les tubes déchantillons sils sont rayés. Lapplication dhuile de silicone sur des surfaces en verre rayées nest pas recommandée car cela peut produire une surface inégale dhuile sur le tube et modifier les lectures finales.
Peu importe à quel point un mètre est conçu, il ne peut fonctionner correctement que si lattention à ces détails et les étalonnages appropriés sont suivis.