Aurélie 18/08/07
 

Mesure de la pollution phosphorée d'une eau de rejet : dosage par étalonnage concours technicien chimiste Lille 2007


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L'élément phosphore présents dans les eaux de rejet urbaines a deux origines principales : le métabolisme humain qui rejette le phosphore par les urines et les rejets de détergents ( lessives aux polyphosphates ). Rejeté dans les eaux de surface, il entraîne un développement important des algues ce qui implique la mise en oeuvre de normes strictes. L'élément phosphore se retrouve dans les eaux sous différentes formes : dans les biomolécules ( phospholipides, phosphoprotéines ) et dans les différentes formes de l'acide phosphorique H3PO4.
  1. Comment appelle t-on le phénomène de prolifération des algues dans les eaux naturelles ? eutrophisation.
  2. Ecrire les trois couples acide / base de l'acide phosphorique.
    réponse :
    H3PO4 / H2PO4- ; H2PO4- / HPO42- ; HPO42- / PO43-.
  3. Les pKa de ces trois couples sont respectivement 1,9 ; 7,1 ; 12,3. Le pH des eaux de rejets est compris entre 5 et 8. Justifier le fait que ces dérivés soient principalement sous la forme d'ions monohydrogénophosphate HPO42-.
    réponse : à pH inférieur à pKa la forme acide du couple acide / base prédomine.
    couple : H3PO4 / H2PO4- : pKa1 = 1,9 : H3PO4 prédomine à pH<1,9.
    couple H2PO4- / HPO42-: pKa2 = 7,1 : H2PO4- prédomine à 1,9 < pH<7,1 ; HPO42- prédomine à 7,1 < pH<12,3.
    couple HPO42- / PO43- : pKa3 = 12,3 : PO43- prédomine à pH>12,3.
  4. On dispose d'une solution mère S0 de monohydrogénophosphate de sodium présentant une teneur massique en élément phosphore t0 = 2,0 mg/L. Quelle est la concentration molaire en ions HPO42- de la solution S0. Masse atomique molaire du phosphore : 31 g/mol.
    réponse : 2Na+ aq+ HPO42-aq.
    masse (g) / masse molaire du phosphore (g/mol) =2,0 10-3/ 31 = 6,5 10-5 mol d'élément phosphore dans 1 L.
    [HPO42-] =6,5 10-5 mol /L.
 



  1. Ces ions traités par une solution acide de molybdate de sodium donnent, après réduction par l'acide ascorbique, une espèce colorée présentant une forte absorption à 700 nm. On se propose de préparer une gamme d'étalonnage :
    Dans une série de fioles jaugées de 50 mL on a introduit les volumes V de S0 ainsi que les réactifs comme indiqués dans le tableau ci-dessous. Chaque fiole est complétée à 50,0 mL avec de l'eau distillée.
    n° solution
    blanc
    S1
    S2
    S3
    S4
    S5
    S6
    V(mL)
    0
    1,0
    2,0
    4,0
    6,0
    8,0
    10,0
    sol. acide de molybdate
    2 mL
    sol. réductrice
    1 mL
    Absorbance A ( 700 nm)
    0
    0,025
    0,047
    0,102
    0,148
    0,197
    0,246
    Calculer la concentration massique en élément phosphore da chacune des solutions étalons.
    réponse :
    n° solution
    blanc
    S1
    S2
    S3
    S4
    S5
    S6
    V(mL)
    0
    1,0
    2,0
    4,0
    6,0
    8,0
    10,0
    facteur de dilution :F
    xxxx
    50/1 = 50
    50/2 = 25
    50/4 = 12,5
    50/6 = 8,33
    50/8 = 6,25
    50/10 =5
    concentration (mg/L) : c0/F = 2,0 / F
    0
    2/50 =0,04
    2/25 =0,08
    2/12,5 = 0,16
    2/8,33 =0,24
    2/6,25 =0,32
    2/5 = 0,4
    A ( 700 nm)
    0
    0,025
    0,047
    0,102
    0,148
    0,197
    0,246
  2. A l'aide d'une méthode graphique, établir la relation entre l'absorbance A et la concentration massique c en phosphore.

 

 


Traitement de l'eau de rejet :

A un prélèvement de 47 mL on ajoute 2 mL et 1 mL des deux réactifs ( molybdate et réducteur) comme pour les étalons. La mesure de l'absorbance donne AERT= 0,264.

On réalise également une mesure d'absorbance sur l'eau de rejet non traitée ( 47 mL d'eau de rejet + 3 mL d'eau distillée ) : on trouve AERN = 0,092.

- Justifier le calcul de la concentration en phosphore des ions monohydrogénophosphate à partir des résultats de la question précédente en utilisant comme absorbance la valeur AERT- AERN .

- Déterminer la concentration massique t en élément phosphore du rejet étudié ; des teneurs supérieures à 0,5 mg/L laissent suspecter une pollution ; est-ce le cas ?

réponse :

A=AERT- AERN = 0,264-0,092 = 0,172

Le graphe donne : A= 0,63 t soit t = A/0,63 = 0,172/0,63 = 0,27 mg/L.

valeur inférieure à 0,5 mg/L : donc absence de pollution.

 
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