La DCO fournit une estimation rapide de la pollution oxydable chimiquement, tandis que la DBO indique quelle proportion de cette pollution peut réellement être biodégradée par les microorganismes. La demande chimique en oxygène (DCO) utilise un oxydant puissant pour mesurer l’équivalent en oxygène consommé par les composés organiques, y compris de nombreuses substances récalcitrantes. La demande biochimique en oxygène, généralement indiquée sous la forme DBO5, mesure l’oxygène consommé par les microorganismes au cours d’une incubation de cinq jours à 20 °C. Dans la plupart des échantillons d’eaux usées, la DCO est supérieure à la DBO5, car l’oxydation chimique atteint des composés que le traitement biologique ne peut pas facilement décomposer.
La DCO indique aux opérateurs la quantité de matières oxydables présentes ; la DBO indique quelle proportion peut être traitée biologiquement. La mesure des deux paramètres permet aux équipes d’unités pilotes d’évaluer la biodégradabilité des eaux usées, de sélectionner les procédés de traitement appropriés, de surveiller les performances et d’éviter des décisions incorrectes concernant l’aération ou le dosage des produits chimiques.
Ce que mesurent réellement la DCO et la DBO
Demande chimique en oxygène
La DCO mesure l’équivalent en oxygène nécessaire pour oxyder chimiquement les substances présentes dans un échantillon à l’aide d’un oxydant puissant, généralement du dichromate de potassium acide chaud.
L’analyse est relativement rapide et fournit généralement des résultats en deux à trois heures environ. Cela rend la DCO utile pour le suivi et l’ajustement du procédé pendant le fonctionnement d’une unité pilote.
La DCO englobe à la fois les matières organiques facilement biodégradables et les composés que les microorganismes dégradent lentement ou ne peuvent pas dégrader dans les conditions d’essai.
Demande biochimique en oxygène
La DBO mesure l’oxygène dissous consommé par les microorganismes lorsqu’ils décomposent biologiquement les matières organiques.
L’essai standard de DBO5 consiste à incuber un échantillon dilué pendant cinq jours à 20 °C. Il reflète donc la demande biologique en oxygène sur une période définie plutôt que la demande ultime complète en oxygène de chaque composé présent.
La DBO est étroitement liée au potentiel de pollution biologique des eaux usées, car elle mesure l’oxygène que l’activité microbienne consommerait dans un milieu récepteur aérobie ou dans un procédé de traitement.
Pourquoi la DCO est généralement plus élevée
Les oxydants chimiques réagissent généralement avec une gamme de composés plus large que les microorganismes responsables du traitement. Les substances récalcitrantes ou non biodégradables peuvent contribuer fortement à la DCO tout en contribuant peu à la DBO5.
La relation est utile, mais elle n’est pas absolue. La toxicité de l’échantillon, une chimie inhabituelle, les substances réductrices inorganiques, les conditions d’essai ainsi que la présence ou l’absence de nitrification peuvent influencer la comparaison.
Pourquoi la relation entre la DBO et la DCO est importante
Estimation de la biodégradabilité
Le rapport DBO/DCO fournit une indication pratique de l’aptitude d’une eau usée à être traitée biologiquement.
Un rapport relativement élevé suggère qu’une part importante de la charge organique est biodégradable. Un rapport faible indique que l’eau usée contient davantage de matières lentement biodégradables, récalcitrantes ou potentiellement inhibitrices.
Le rapport doit être considéré comme un indicateur de présélection, et non comme une limite universelle de réussite ou d’échec. Le résultat dépend de la composition des eaux usées et des méthodes analytiques précises utilisées.
Sélection des procédés de traitement
Les eaux usées présentant une bonne aptitude au traitement biologique peuvent convenir à des procédés tels que les boues activées, les filtres percolateurs ou les biofiltres aérés.
Lorsque la DCO est élevée mais que la DBO est comparativement faible, le traitement biologique seul peut ne pas éliminer la totalité de la charge organique. Une oxydation chimique, un prétraitement, une adsorption ou d’autres étapes de procédé peuvent être nécessaires pour traiter la fraction moins biodégradable.
Interprétation des variations dans une unité pilote
La mesure des deux paramètres à l’entrée et à la sortie de chaque opération unitaire révèle quelle fraction de la charge organique est éliminée par chaque étape.
Un réacteur biologique devrait généralement produire une réduction significative de la DBO. Une étape d’oxydation chimique peut réduire la DCO, notamment les composés qui ne sont pas facilement éliminés biologiquement.
Les variations du rapport DBO/DCO peuvent également montrer si le prétraitement a rendu une eau usée plus facilement traitable biologiquement.
Pourquoi les deux paramètres sont essentiels dans les unités pilotes
Ajustement de l’aération et du transfert d’oxygène
La DBO aide à estimer la demande en oxygène créée par la dégradation biologique dans les unités aérobies.
Les opérateurs peuvent utiliser les mesures à l’entrée et à la sortie, conjointement avec l’oxygène dissous, le débit d’aération, le temps de rétention hydraulique et le taux de charge organique, afin d’évaluer si le réacteur reçoit suffisamment d’oxygène.
Une aération insuffisante peut réduire les performances du traitement, tandis qu’une aération excessive gaspille de l’énergie et peut perturber les conditions du procédé.
Évaluation du traitement biologique
La DBO est un indicateur direct de la charge biodégradable entrant dans une unité de traitement biologique et en sortant.
Le suivi de l’élimination de la DBO aide les étudiants et les chercheurs à évaluer la cinétique du traitement, à comparer les conditions de fonctionnement et à déterminer si les variations de l’aération ou du temps de rétention améliorent les performances.
La DCO fournit une perspective plus large du bilan massique en indiquant si des matières organiques résistantes au traitement biologique restent après le traitement.
Évaluation du traitement chimique
La DCO est particulièrement utile pour évaluer les étapes d’oxydation chimique qui utilisent des réactifs tels que le dichromate pour l’analyse et, à l’échelle du procédé, des oxydants tels que l’ozone, le chlore ou des réactifs de type Fenton.
Une réduction de la DCO indique que les matières oxydables chimiquement ont été éliminées ou transformées. Toutefois, la seule élimination de la DCO ne prouve pas que les composés formés sont inoffensifs ou facilement biodégradables.
Soutien à la conception des procédés
Les unités pilotes servent à tester la charge organique, le temps de rétention hydraulique, les besoins en aération, la production de boues et la succession des traitements avant une mise en œuvre à grande échelle.
La DCO fournit un retour rapide pour ajuster les conditions de fonctionnement. La DBO5 fournit une référence plus lente de l’aptitude au traitement biologique et peut contribuer à l’évaluation par rapport aux exigences de rejet lorsque la DBO est réglementée.
Ensemble, ces paramètres contribuent à éviter les conceptions fondées uniquement sur la charge organique totale ou uniquement sur le comportement biologique à court terme.
Démonstration des performances des opérations unitaires
Des prélèvements avant et après les étapes de séparation primaire, de traitement chimique, de traitement biologique et de finition permettent de calculer les rendements d’élimination.
Un calcul simple de l’élimination est le suivant :
[ \text{Rendement d’élimination (%)} = \frac{\text{Concentration à l’entrée} - \text{Concentration à la sortie}} {\text{Concentration à l’entrée}} \times 100 ]
Le calcul n’est pertinent que lorsque l’échantillonnage, la conservation, les conditions d’écoulement et les méthodes analytiques sont cohérents.
Comprendre les compromis
La DCO est rapide, mais ne mesure pas directement la biodégradation
La DCO peut fournir des informations sur le procédé le jour même, ce qui est précieux lorsque les conditions de l’unité pilote doivent être modifiées rapidement.
Sa limite réside dans le fait que l’oxydation chimique ne représente pas directement les performances microbiennes. Une diminution de la DCO peut refléter l’oxydation de composés que les microorganismes n’auraient pas éliminés autrement.
La DBO est pertinente biologiquement, mais lente
La DBO5 représente plus fidèlement la demande en oxygène associée au traitement biologique et à la biodégradation dans l’environnement.
Son délai de cinq jours la rend inadaptée comme unique paramètre de contrôle en temps réel. L’essai est également sensible à la population microbienne, à la température, à l’eau de dilution, à la toxicité et au contrôle de la nitrification.
La DCO et la DBO ne sont pas parfaitement interchangeables
L’utilisation d’un facteur de conversion fixe entre la DCO et la DBO peut entraîner des décisions de conception ou d’exploitation trompeuses.
La relation doit être établie pour l’eau usée spécifique au moyen de mesures répétées dans des conditions représentatives. Les effluents industriels peuvent présenter des relations particulièrement variables, car leur composition et leur toxicité peuvent évoluer dans le temps.
La sécurité analytique et les interférences sont importantes
Les essais de DCO impliquent généralement des réactifs chauds et fortement acides et peuvent utiliser des oxydants ou des catalyseurs dangereux. Des contrôles de laboratoire appropriés, des équipements de protection individuelle, une gestion des déchets et des procédures validées sont indispensables.
Les deux essais peuvent également être affectés par des erreurs d’échantillonnage et des interférences liées à la matrice. Les résultats doivent être interprétés avec d’autres mesures telles que l’oxygène dissous, les matières en suspension totales, le pH, les indicateurs de toxicité et, le cas échéant, le carbone organique total ou la demande totale en oxygène.
Faire le bon choix selon votre objectif
Utilisez les deux paramètres ensemble, tout en choisissant l’indicateur principal en fonction de la décision à prendre.
- Si votre priorité est le contrôle rapide du procédé : Utilisez la DCO pour obtenir un retour fréquent sur les variations de la charge globalement oxydable chimiquement et sur les performances du traitement.
- Si votre priorité est l’aptitude au traitement biologique : Utilisez la DBO5 pour déterminer quelle demande en oxygène est associée à la dégradation microbienne.
- Si votre priorité est la sélection d’un procédé de traitement : Comparez la DBO5 à la DCO afin d’estimer la biodégradabilité et d’identifier le besoin d’un prétraitement chimique ou physique.
- Si votre priorité est le dimensionnement d’un réacteur aérobie : Utilisez la demande biologique en oxygène fondée sur la DBO, conjointement avec les données de charge, d’oxygène dissous, d’aération et de temps de rétention.
- Si votre priorité est l’évaluation d’une oxydation chimique : Suivez la réduction de la DCO, puis évaluez si les matières traitées sont également devenues plus biodégradables.
- Si votre priorité est de démontrer la conformité ou de valider une conception pilote : Mesurez la DBO5 et la DCO à l’aide de méthodes cohérentes et documentées, puis comparez les résultats aux critères de rejet applicables.
La DCO montre l’étendue de la charge oxydable, la DBO montre sa conséquence biologique et leur relation fournit aux opérateurs d’unités pilotes les éléments nécessaires pour concevoir et contrôler intelligemment le traitement.
Tableau récapitulatif :
| Paramètre | DCO | DBO5 |
|---|---|---|
| Ce qu’il mesure | Matières oxydables chimiquement | Oxygène consommé par les microorganismes |
| Durée typique de l’essai | Environ 2 à 3 heures | 5 jours à 20 °C |
| Valeur principale | Suivi rapide du procédé et estimation de la charge totale oxydable | Aptitude au traitement biologique et évaluation de la demande en oxygène en conditions aérobies |
| Indique | Composés facilement biodégradables et récalcitrants | Matières organiques biodégradables |
| Applications en unité pilote | Évaluer le traitement chimique, le bilan massique et les modifications du procédé le jour même | Évaluer le traitement biologique, les besoins en aération et la biodégradation |
| Interprétation | Généralement supérieure à la DBO5 | À comparer à la DCO pour estimer la biodégradabilité |
| Limite principale | Ne prouve pas directement l’aptitude au traitement biologique | Résultats lents et sensibilité aux conditions d’essai |
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