Relation entre l’alcalinité totale, la dureté carbonatée et le pH

Thread Content

Avec le développement continu de la société et de l’économie, les eaux usées sont rejetées en grande quantité sans traitement, affectant gravement les cours d’eau par les activités humaines, modifiant leurs caractéristiques hydrochimiques originelles et entraînant une pollution de plus en plus sévère. Cette situation modifiée pose de nouveaux défis à la surveillance de la qualité de l’eau. Le suivi de la qualité de l’eau vise à refléter de manière rapide, précise et complète l’état de la qualité de l’environnement aquatique ainsi que ses tendances d’évolution, afin de fournir une base scientifique pour la gestion, la planification et la lutte contre la pollution de cet environnement. Il s’agit d’une tâche fondamentale pour l’exploitation, le développement et la protection rationnels des ressources en eau, et il agit comme un sentinelle et un œil vigilant pour contrôler la pollution de l’eau, protéger l’environnement aquatique et l’améliorer. La recherche scientifique sur l’environnement aquatique revêt une importance capitale pour le développement de l’économie nationale et la protection de la santé de la population. 1 Aperçu 1) Alcalinité : Contenu total des espèces alcalines fortes dans l’eau qui doivent être neutralisées pour abaisser le pH de l’eau traitée issue d’eau naturelle au niveau correspondant au pH d’une solution aqueuse pure de CO2. 2) Dureté temporaire : également appelée dureté carbonatée, elle désigne la teneur en carbonates de calcium et de magnésium dans l’eau. Comme la teneur en carbonates dans l’eau naturelle est très faible, ces derniers ne se trouvent que dans les eaux alcalines. Ainsi, la dureté temporaire désigne généralement la teneur en bicarbonates dans l’eau ; lors de l’ébullition, les bicarbonates se décomposent pour former un précipité de carbonates. 3) pH : Valeur qui indique le degré d’acidité ou d’alcalinité d’une solution, et correspond au rapport entre le nombre total d’ions hydrogène et la quantité totale en matière dans la solution. 2 Méthodes de détection 2.1 Principe de la méthode de l’alcalinité totale L’échantillon d’eau est titré avec une solution acide standard jusqu’à atteindre la valeur de pH prescrite ; le point d’arrêt est déterminé en fonction du changement de couleur de l’indicateur acido-basique ajouté à cette valeur de pH. Lorsque la titration est achevée lorsque l’indicateur phénolphtaléine passe du rouge au incolore, le pH de la solution est de 8,3, ce qui indique que les ions hydroxyde dans l’eau ont été neutralisés et que tous les carbonates se sont transformés en bicarbonates ； Lorsque la titration est achevée lorsque l’indicateur de méthylorange passe d’un jaune pâle à un rouge orangé, le pH de la solution est de 4,4 à 4,5, ce qui indique que les bicarbonates présents dans l’eau ont été neutralisés, y compris ceux provenant du pétrole brut et ceux transformés à partir de carbonates. En fonction de la quantité de solution de titrage standard d’acide chlorhydrique consommée à l’atteinte des deux seuils mentionnés ci-dessus, on calcule la teneur en carbonates et bicarbonates ainsi que l’alcalinité totale de l’eau. Lorsque le phénolphtaléine est utilisé comme indicateur, la quantité de solution standard d’acide chlorhydrique consommée pour atteindre le changement de couleur est P (ml) ; lorsqu’il s’agit de l’orange de méthyle en tant qu’indicateur, cette quantité est M (ml). 2.2 Principe de la méthode de dureté temporaire Les bicarbonates (et carbonates) présents dans l’eau réagissent avec de l’acide chlorhydrique en présence d’orange de méthyle comme indicateur selon la réaction suivante :
Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2↑ + 2H2O
Si des carbonates sont également présents, une autre réaction a lieu :
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
Lorsque l’eau contient des acides organiques, du bicarbonate ou du sodium carbonate (ou potassium carbonate), ceux-ci consomment de l’acide chlorhydrique. Par conséquent, avant de déterminer la dureté carbonatée, il est nécessaire, si besoin, de déterminer la teneur de ces substances afin de corriger les résultats obtenus ; sinon, la dureté carbonatée calculée sera supérieure à la valeur réelle. 2.3 Principe de la méthode de détermination du pH Le pH est obtenu en mesurant la force électromotrice de la pile de mesure. Cette batterie se compose généralement d’un électrode de mercure saturé en tant qu’électrode de référence, et d’une électrode en verre en tant qu’électrode indicatrice. À 25 °C, à chaque changement d’une unité de pH dans la solution, la différence de potentiel varie de 59,16 mV, ce qui permet d’afficher directement la valeur sur l’instrument en termes de pH. Les différences de température sont compensées par un dispositif sur l’instrument. 3 Réactifs chimiques utilisés dans le travail 3.1 Réactif d’alcalinité totale Indicateur de phénolphtaléine : peser 0,5 g de phénolphtaléine et le dissoudre dans 100 ml d’éthanol à 95 %, puis titrer avec une solution de hydroxyde de sodium à 0,1 mol/L jusqu’à l’apparition d’une couleur rouge pâle. Indicateur d’orange de méthyle : peser 0,1 g d’orange de méthyle et le dissoudre dans 100 ml d’eau distillée. Solution de titration standard d’acide chlorhydrique : C(HCl) = 0,025 mol/L. 3.2 Réactif pour la dureté carbonatée : acide chlorhydrique : 0,1 mol/L. Hydroxyde de sodium : 0,1 mol/L. Solution d’orange de méthyle : 0,05 %. 4 Vérification dans les conditions réelles de travail 4.1 Lorsque le pH est inférieur à 4,4–4,5 : échantillons d’eau prélevés le 1er novembre 2011 par le sous-centre de surveillance de l’environnement aquatique de Benxi pour une grande entreprise de la ville de Benxi. Ce échantillon d’eau a été analysé avec un pH-mètre, son pH étant de 2,2. Détermination de l’alcalinité totale : On prend 100 ml d’échantillon d’eau dans un flacon conique de 250 ml comme échantillon, on y ajoute 4 gouttes de phénolphtaléine et on agite bien ; l’échantillon d’eau est incolore ； Ajouter encore 3 gouttes d’orange de méthyle et bien agiter ; l’échantillon d’eau devient immédiatement orange-rouge. À ce stade, la quantité de chlorure d’hydrogène consommée est M+P=0, et l’alcalinité totale de l’échantillon d’eau est de 0. Détermination de la dureté carbonatée : On prélève 100 ml d’échantillon d’eau, on le met dans un flacon à triple paroi de 250 ml, puis on y ajoute 3 gouttes de solution de rouge de méthyle. La couleur de cet échantillon d’eau est devenue orange-rouge, et sa dureté carbonatée est de 0. 4.2 Lorsque 4,4~4,5 < pH < 8,3 4.2.1 Cas où l’échantillon d’eau ne contient ni bicarbonate de sodium (et de potassium) ni carbonate de sodium (et de potassium) Échantillon d’eau préparé le 1er novembre 2011 par le sous-centre de surveillance de l’environnement aquatique de Benxi pour une grande entreprise de la ville de Benxi. Ce échantillon d’eau a été analysé avec un pH-mètre, donnant une valeur de pH de 6,3. Détermination de l’alcalinité totale : Les étapes sont identiques à celles de la détermination de l’alcalinité totale en 4.1. Lorsque la titration est achevée et que l’indicateur de méthylorange passe d’une couleur jaune pâle à rouge orangé, la quantité d’acide chlorhydrique consommée est de 4,2 ml. L’alcalinité totale de l’échantillon d’eau est alors calculée, donnant une valeur de 52,6 mg/L. Détermination de la dureté carbonatée : procédure conforme à 4.1 Détermination de la dureté carbonatée. Le volume d’acide chlorhydrique consommé par cet échantillon d’eau est de 1,00 ml. La dureté carbonatée de cet échantillon est, selon les calculs, de 50,0 mg/L. 4.2.2 Exemples de échantillons d’eau contenant du bicarbonate de sodium (et de potassium) ou du carbonate de sodium (et de potassium), échantillons prélevés le 11 novembre 2011 par le sous-centre de surveillance de l’environnement aquatique de Benxi pour une grande entreprise de la ville de Benxi. Cette échantillon d’eau a été analysé avec un pH-mètre, donnant une valeur de pH de 6,2. Détermination de l’alcalinité totale : Les étapes sont identiques à celles de la détermination de l’alcalinité totale en 4.1. Lorsque la titration est achevée et que l’indicateur orange de méthyle passe du jaune pâle au rouge orangé, la quantité d’acide chlorhydrique consommée, M, est de 3,70 ml. L’alcalinité totale de l’échantillon d’eau est alors calculée, donnant une valeur de 46,3 mg/L pour cette alcalinité totale. Détermination de la dureté carbonatée : On prélève 100 ml d’échantillon d’eau, on le met dans un flacon à triple paroi de 250 ml, on y ajoute 4 gouttes de solution de phénolphtaléine ; en l’absence de couleur rouge, on fait bouillir pendant 5 à 7 minutes. L’apparition d’une couleur rouge indique la présence de bicarbonates, c’est-à-dire de NaHCO3 ou KHCO3. Dans ce cas, la détermination se fait comme suit : 1) On prélève 100 ml d’échantillon d’eau, on y ajoute 3 gouttes d’orange de méthyle en tant qu’indicateur, puis on titre avec de l’acide chlorhydrique à 0,1 mol/L jusqu’à obtenir une couleur orange pâle, en notant la quantité utilisée (V1) qui est de 0,80 ml. 2) On prélève 100 ml d’échantillon d’eau, on y ajoute 0,80 mL de solution de hydroxyde de sodium à 0,1 mol/L (V1), en quantité égale à celle nécessaire pour utiliser de l’acide chlorhydrique à 0,1 mol/L, on chauffe jusqu’au début de l’ébullition, on refroidit rapidement dans un bac d’eau froide, on filtre les précipités tels que le CaCO3 formé, on rince le papier filtrant avec une petite quantité d’eau distillée, puis on ajoute 3 gouttes d’orange de méthyle au filtrat, on titre avec de l’acide chlorhydrique à 0,1 mol/L jusqu’à obtenir une couleur orange pâle, et on note la quantité utilisée (V2) : 1,10 ml. À ce moment-là, la teneur en carbonates dans l’échantillon d’eau a été calculée, ce qui a donné une dureté carbonatée de 25,0 mg/L pour cet échantillon. 4.3 Dans le cas où le pH > 8,3, échantillon d’eau prélevé le 4 novembre 2011 par le sous-centre de surveillance de l’environnement aquatique de Benxi pour une grande entreprise de la ville de Benxi. Cette échantillon d’eau a été analysé avec un pH-mètre, donnant une valeur de pH de 8,7. Détermination de l’alcalinité totale : On prélève 100 ml d’échantillon d’eau dans un flacon conique de 250 ml qui sert d’échantillon, on y ajoute 4 gouttes de phénolphtaléine et on mélange bien. On titre ensuite avec une solution titrante standard d’acide chlorhydrique jusqu’à ce que la couleur disparaisse complètement. On enregistre la quantité de solution titrante standard d’acide chlorhydrique, P, égale à 6,3 ml ； Ajouter encore 3 gouttes d’orange de méthyle et bien agiter. Lorsque la titration atteint le point où l’indicateur orange de méthyle passe du jaune pâle au rouge orangé, la quantité d’acide chlorhydrique consommée est de M = 3,8 ml. L’alcalinité totale de l’échantillon d’eau, obtenue par calcul, est de 126 mg/L. Détermination de la dureté carbonatée : On prélève 100 ml d’échantillon d’eau, on le met dans un flacon à triple paroi de 250 ml, on y ajoute 4 gouttes de solution de phénolphtaléine ; si une couleur rouge apparaît, cela indique la présence de carbonates, c’est-à-dire de Na2CO3 ou de K2CO3. On ajoute ensuite de l’acide chlorhydrique pour titrer jusqu’à ce que la solution devienne incolore ; on note alors la quantité utilisée, P, qui est de 0,9 ml. Ensuite, on ajoute 3 gouttes de solution de méthylorange et on continue à titrer jusqu’à obtenir une couleur orange pâle ; on note alors la quantité utilisée, M, qui est de 1,5 ml. À ce moment-là, la teneur en carbonates dans l’échantillon d’eau a été calculée, ce qui a permis de déterminer que la dureté carbonatée de cet échantillon était de 30,0 mg/L. 5 Conclusion 1) Lorsque le pH de la dureté carbonatée ； 3) Dureté totale > Alcalinité totale > Dureté carbonatée ； Lorsque le pH > 8,3, l’alcalinité totale > la dureté carbonatée. 6 Conclusion Actuellement, alors que nous passons d’une gestion des ressources en eau axée sur l’ingénierie hydraulique à une gestion axée sur les ressources, et que nous transitionnons d’une gestion hydraulique traditionnelle à une gestion moderne, nous sommes confrontés à des défis tels que la pénurie d’eau, la pollution grave de l’eau et la détérioration de l’écosystème aquatique. Le développement économique et social de la nouvelle ère impose de nouvelles exigences plus élevées en matière de surveillance de la qualité de l’eau. Maîtriser la relation entre l’alcalinité totale, la dureté carbonatée et le pH permet de déterminer la tendance générale et la précision des résultats de surveillance. Cela permet de fournir en temps opportun des données de surveillance fiables et exactes aux services concernés, offrant ainsi une base scientifique pour la prévention et la lutte contre la pollution. Contenu ci-dessus : Site Rotor Douding – Relation entre l’alcalinité totale, la dureté carbonatée et le pH (Auteurs : Sun Jianjun, Mao Yufeng). Instruments de surveillance en ligne correspondant à la dureté, à l’alcalinité et au pH : Dureté : PACON 5000 ; Alcalinité : PACON 5500 ; pH : innoCon 6800P