Bac S 2015 Nouvelle Calédonie Session de remplacement Mars ...
Le lagunage est une technique d'épuration naturelle des eaux usées
particulièrement efficace ... La finition du traitement se fait dans les trois derniers
bassins.
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Bac S 2015 Nouvelle Calédonie Session de remplacement Mars 2016
EXERCICE III LE LAGUNAGE (5 points) HYPERLINK "http://labolycee.org" http://labolycee.org
Le lagunage est une technique dépuration naturelle des eaux usées particulièrement efficace en ce qui concerne la dégaradation de la matière organique. Des villes comme Rochefort-sur-Mer (en Charente-Maritime) ou encore Mèze (dans lHérault) ont opté pour cette solution. Cette technique est aussi utilisée par des particuliers résidant en zone rurale pour lesquels le raccordeement au tout-à-légout est difficile.
Dans cet exercice, on sintéresse à la relation entre la surface des bassins de lagunage et leur capacité dépuration.
Le lagunage à Mèze
Les eaux usées de la ville sont collectées par les égouts puis acheminés vers le lagunage.
La station de lagunage de Mèze est composée de plusieurs bassins qui sont chacun ensemencés de différentes bactéries.
Dans les six premiers bassins, les bactéries anaérobies vont provoquer une minéralisation qui va transformer 70% à 80% de la matière organique en eau, sels minéraux et gaz.
Ces composés vont sécouler par trop plein vers un autre bassin, pour être utilisés par les phytoplanctons dans leur processus de photosynthèse.
La finition du traitement se fait dans les trois derniers bassins. Les bactéries qui se sont développées dans les effluents vont être consommées par les différentes espèces de zooplancton.
La surface totale de lagunage est denviron 15 ha, elle est dimensionnée pour traiter les eaux usées dune population de 15 000 personnes. On considère quil y a globalement une relation de proportionnalité entre la surface de lagunage et sa capacité dépuration.
Extrait des pages web du site de la communauté de communes nord du bassin de Thau
Lindice permanganate et capacité dépuration
Lindice permanganate (IP) est une grandeur qui permet destimer la concentration en matières organiques présentes dans les eaux de surface et les eaux potables. Cet indice correspond à la masse de dioxygène quil aurait été nécessaire dutiliser à la place de lion permanganate MnO4, pour oxyder les matières organiques contenues dans un litre deau à analyser.
Lindice permanganate sexprime en mg de dioxygène par litre deau à analyser (mg.L-1). La législation française précise que, pour une eau destinée à la consommation humaine, lindice permanganate doit être inférieur à 5,0 mg.L-1.
On admet alors que si la quantité n0 dions permanganate est nécessaire pour oxyder la matière organique dun échantillon deau, la quantité de dioxygène correspondante est : EMBED Equation.DSMT4 .
Demi-équation associée au couple MnO4(aq)/Mn2+(aq) : MnO4(aq) + 5e + 8H+(aq) = Mn2+(aq) + 4H2O(l)
Demi-équation associée au couple O2(aq)/ H2O(l) : O2(aq) + 4e + 4H+(aq) = 2H2O(l)
La capacité dépuration est proportionnelle à la différence dindices permanganate (IP0 IPs), où IP0 représente lindice de permanganate des eaux usées avant traitement et IPs lindice permanganate en sortie de la station de traitement. La surface de lagunage S est alors donnée par lexpression suivante : S = k.(IP0 IPs).
Protocole de détermination de lindice permanganate
Le protocole se déroule en 3 étapes :
Étape 1 : la matière organique dun échantillon deau à analyser est oxydée en milieu acide à chaud par une quantité connue dions permanganate introduits en excès.
Étape 2 : une fois toute la matière oxydée, on introduit dans le milieu réactionnel une quantité connue dions oxalate C2O42. Les ions oxalate sont introduits, eux aussi, en excès : leur rôle est de réagir avec les ions permanganate encore présents.
Étape 3 : pour finir, on dose les ions oxalate restants à laide dune solution de permanganate de potassium.
Détail du protocole :
Dans un ballon, introduire un volume de 50,0 mL de leau à analyser, 3 grains de pierre ponce et un volume de 5,0 mL dacide sulfurique de concentration molaire 2 mol.L-1.
Introduire, dans lampoule de coulée, un volume de 20,0 mL dune solution S1 de permanganate de potassium (K+(aq), MnO4(aq)) de concentration molaire 2,00 × 103 mol.L-1.
Adapter un réfrigérant à eau sur le ballon bicol. Mettre en route la circulation deau puis le chauffage.
Verser la solution de permanganate de potassium lorsque le mélange commence à bouillir.
Maintenir une ébullition douce pendant 10 minutes.
Enlever lampoule de coulée, puis ajouter, à laide dune pipette, un volume de 20,0 mL dune solution S2 doxalate dammonium (2NH4+(aq), C2O42(aq)) de concentration molaire 5,00 × 103 mol.L-1.
Arrêter la circulation deau, laisser refroidir à lair et verser le contenu du ballon dans un erlenmeyer. Introduire un barreau aimanté dans lerlenmeyer.
Remplir la burette graduée avec la solution titrante S1.
Placer lerlenmeyer sur lagitateur magnétique puis verser lentement la solution titrante S1 dans le mélange. Cesser lajout lorsque la teinte rosée persiste pendant plus de 30 secondes. Noter alors le volume VE de solution S1 versé à léquivalence.
Au cours de ce dosage, on montre que si lon note n1 la quantité dions permanganate introduite dans le ballon via lampoule de coulée, n0 la quantité dions permanganate ayant réagi avec les matières organiques, n2 la quantité de matière dions oxalate introduite dans le ballon et nE la quantité dions permanganate versée pour : V = VE alors EMBED Equation.DSMT4 .
Questions préliminaires
1. Justifier que lion permanganate MnO4- et le dioxygène O2 sont les oxydants dans les deux couples présentés.
2. Justifier que si une quantité n0 dions permanganate est nécessaire pour oxyder la matière organique dun échantillon deau, alors la quantité de dioxygène nécessaire pour oxyder la même quantité de matière organique est : EMBED Equation.DSMT4 .
Un couple de résidents dune petite commune du centre de la France a opté pour le lagunage afin deffectuer lépuration des eaux usées de son habitation. La surface totale des bassins de leur mini-station est de 15 m². Lindice de permanganate des eaux usées avant traitement par la mini-station de ce foyer de deux personnes vaut IP0 = 11 mg.L-1.
Une détermination de lindice permanganate de leau rejetée dans la nature après passage par leur mini-station est réalisée afin de savoir si cette eau respecte la législation française sur le plan de la pollution organique.
La mise en uvre du protocole de détermination de lindice permanganate sur un échantillon deau prélevé à la sortie du lagunage permet de mesurer un volume équivalent VE = 3,9 mL.
Problème
Déterminer si la mini-station utilisée par le couple de résidents permet de respecter la législation française relative à leau destinée à la consommation humaine.
Dans le cas contraire, calculer la surface minimale nécessaire des bassins de leur mini-station à partir de la capacité dépuration.
Le résultat obtenu est-il cohérent avec la surface de lagunage du bassin de Mèze ?
Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie même si elle na pas abouti. La démarche suivie est évaluée et nécessite dêtre correctement présentée.
Données :
masse molaire atomique : M(O) = 16,0 g.mol-1 ;
1 ha = 10 000 m².
Station de lagunage de Mèze
