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Nitrate et nitrite
Que sont les nitrates et les nitrites ?
Le nitrate et le nitrite sont des composés qui contiennent de l'azote et de l'oxygène. Les molécules de nitrate et de nitrite contiennent un atome d'azote. Les nitrites ont deux atomes d'oxygène, tandis que les nitrates ont trois atomes d'oxygène.
Nitrate
Le nitrate représente un état plus oxydé de l'azote. Les bactéries autotrophes convertissent l'ammoniac en nitrite puis en nitrate dans des conditions aérobies ; la foudre convertit directement en nitrate de grandes quantités d'azote atmosphérique (N 2). La réduction bactérienne du nitrate peut également produire du nitrite dans des conditions anaérobies.
Nitrite
L'azote nitrite est un stade intermédiaire de la décomposition biologique de l'ammoniac/ammonium. Les bactéries autotrophes convertissent l'ammoniac en nitrates dans des conditions oxiques (aérobies).
Nitrification et dénitrification
Ce processus se produit naturellement dans les lacs, les rivières et d'autres environnements aqueux et naturels. Ces procédés biologiques sont couramment utilisés dans le traitement des eaux usées ou la biofiltration pour l'élimination de l'azote. La nitrification peut se produire dans les réseaux de distribution d'eau potable où elle n'est pas souhaitée et doit être surveillée de près.
La nitrification est l'oxydation biologique aérobie en deux étapes de l'ammoniac en nitrite et enfin en nitrate. La dénitrification est un processus facilité par les microbes au cours duquel le nitrate est réduit par voie anoxique pour produire de l'azote moléculaire comme étape finale.
Dans ces processus, différentes conditions dans les zones oxiques (aérobies) et anoxiques du traitement des eaux usées sont utilisées par des bactéries autotrophes telles que nitrosomonas, ou des bactéries hétérotrophes telles que nitrobacter pour convertir l'ammoniac et le nitrate en azote gazeux. Le contrôle de l'oxygène est essentiel à la nitrification, parmi d'autres facteurs importants tels que l'alcalinité. L'oxygène dissous (OD) doit être surveillé et géré au cours de ce processus. Une dénitrification efficace repose sur le manque d'OD et une quantité appropriée de carbone facilement biodégradable.
Pourquoi mesurer les niveaux de nitrate et de nitrite ?
Faisant partie intégrante du cycle de l'azote dans l'environnement, le nitrite et le nitrate sont des éléments nutritifs et une source vitale d'azote pour les plantes et les organismes complexes qui les consomment. Composé d'oxygène et d'azote, l'ion nitrate se trouve naturellement dans le sol. Comme les nitrites s'oxydent facilement en nitrates, on ne les trouve pas souvent dans les eaux de surface.
Lorsque les concentrations sont correctement surveillées et maintenues, le nitrite et le nitrate jouent un rôle important dans de nombreux programmes industriels et municipaux de surveillance de la qualité de l'eau :
- Les nitrites sont souvent utilisés comme inhibiteurs de corrosion dans les eaux industrielles et les tours de refroidissement.
- L'industrie agroalimentaire utilise des composés de nitrite comme conservateurs.
- De nombreux engrais granulaires dans le commerce contiennent de l'azote sous forme de nitrates.
Des concentrations excessives de nitrite et de nitrate peuvent affecter négativement les processus de traitement de l'eau et poser des risques pour la santé :
- Des niveaux élevés de nitrate dans l'eau peuvent indiquer la présence de déchets biologiques aux étapes finales de la stabilisation ou un écoulement provenant de champs fortement fertilisés.
- Les effluents riches en nitrates rejetés dans les plans d'eau récepteurs peuvent dégrader la qualité de l'eau en encourageant une croissance excessive d'algues.
- Les eaux potables contenant des quantités excessives de nitrates (MCL = 10 mg/L) peuvent provoquer une méthémoglobinémie infantile (syndrome du bébé bleu), alors que les concentrations de nitrite dépassent rarement 0,1 mg/L.
Les concentrations de nitrite et de nitrate peuvent avoir un effet négatif sur les processus de traitement des eaux usées et présenter des risques pour la santé :
- Les nitrates entraînent une dégradation des systèmes qui maintiennent l'élimination biologique du phosphore par encrassement des conditions de zone anaérobie.
- L'efficacité du système de désinfection au chlore est réduite par la présence de nitrite.
- La teneur totale en azote inorganique (TIN) dans les effluents d'eaux usées contribue à la dégradation de la qualité de l'eau des plans d'eau récepteurs.
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Quels processus nécessitent une surveillance du niveau de nitrate/nitrite ?
Traitement des eaux usées
Dans les systèmes d'eaux usées où des formes spécifiques d'azote sont limitées dans les permis ou les systèmes où une surveillance est nécessaire, les concentrations de nitrite et de nitrate dans le système doivent être comprises.
Les systèmes requis pour surveiller l'azote total (TN), l'azote inorganique total (TIN) ou les NOx des effluents doivent prélever des échantillons de nitrite (NO 2 -) et de nitrate (NO 3 -) dans des endroits importants dans l'ensemble de la station.
L'efficacité et la stabilité de la nitrification et de la dénitrification dépendent de nombreux facteurs : pH approprié, alcalinité, oxygène dissous (OD), température, carbone disponible, temps de rétention des solides (SRT), taux internes de recyclage des liqueurs mixtes (IMLR) et conditions anoxiques, entre autres facteurs pour chaque système biologique respectif.
L'azote pénètre dans les stations d'épuration sous forme d'ammoniac (NH 3) ou d'ammonium (NH 4 +) et est éliminé par des procédés de traitement biologique. Les niveaux typiques d'azote ammoniacal dans l'influent municipal brut varient de 30 mg/L à 50 mg/L NH 3 -N. Les niveaux de nitrate indiquent le stade de conversion de l'ammoniac et de l'azote organique en nitrate par les étapes de traitement biologique aérobie pendant la nitrification.
La nitrification convertit l'ammoniac/ammonium en nitrate dans un état oxique avec une population stable de bactéries nitrifiantes et des valeurs adéquates d'oxygène (OD), d'alcalinité, de pH, de température et de temps de rétention des solides (SRT).
La dénitrification convertit le nitrate en azote gazeux (N 2) où il est retiré du système dans un état anoxique avec un carbone facilement biodégradable adéquat, un temps de rétention et une température appropriés, exempt d'oxygène libre (OD). Si le système dispose d'un recyclage interne (IR ou IMLR) pour faciliter la dénitrification, il convient de surveiller les taux de recyclage.
La surveillance des nitrates dans la zone anoxique est importante pour comprendre l'efficacité de la dénitrification. Dans les systèmes avec zone de variation, la capacité peut être un indicateur pour faciliter les exigences de zone de variation anoxique ou oxique.
Dans les systèmes qui effectuent une suppression du phosphore biologique (BPR), les nitrates doivent être surveillés dans un flux de boues activées de retour (RAS) qui pénètre dans la zone anaérobie. Les nitrates entrant dans cette zone réduisent ou arrêtent les fonctions clés de la suppression du phosphore biologique à ce stade.
Dans la liqueur mixte (ML) de boues activées, il est important de comprendre la surveillance des nitrites et des nitrates à la fin du système biologique avant d'entamer la clarification secondaire. Un temps de rétention incorrect des solides (SRT) peut entraîner une rétention excessive des solides dans la décantation secondaire et, si les concentrations de nitrite/nitrate sont élevées, cela peut entraîner des boues flottantes, une dénitrification de la couche du clarificateur et une présence importante de solides dans les effluents.
Certaines bactéries anaérobies spécialisées peuvent effectuer une dénitruration rapide. Ces types de bactéries n'utilisent pas de voies de nitrification/dénitrification standard pour la dénitruration. Ce type de dénitruration est généralement effectué dans les systèmes à flux latéral où les niveaux de nitrite et de nitrate sont des mesures clés à différentes étapes du processus. Une dénitrification incomplète peut entraîner une augmentation des coûts de désinfection au chlore en raison de la demande en nitrite.
La surveillance des nitrites et des nitrates dans les effluents peut être nécessaire en tant que limite numérique ou paramètre de surveillance, soit en tant que polluants individuels, soit en tant que partie d'azote total (TN) ou d'azote inorganique total (TIN). Exigences
Eaux de surface, eau mélangée et eau souterraine
Le nitrate est un contaminant réglementé que l'on trouve souvent dans les zones agricoles en raison de l'utilisation d'engrais. Il est important de surveiller les niveaux de nitrate dans les eaux de source potentiellement contaminées car le traitement est difficile et peut nécessiter une filtration par osmose inverse (RO). De même, il est important de surveiller le nitrite car il peut également être présent dans les eaux de source et parce que pendant le traitement, le nitrite est oxydé pour produire du nitrate.
Les eaux souterraines, en particulier sous l'influence directe des eaux de surface (GWUDI), peuvent contenir des composés tels que le nitrate qui, bien qu'ils ne soient pas nécessairement nocifs pour la santé humaine à des niveaux inférieurs au MCL (10 mg/L), peuvent poser des problèmes de traitement à certains systèmes (en particulier ceux qui utilisent le chlore pour la première fois).
Traitement de l'eau potable
Il est important de surveiller la présence de nitrite dans l'eau de source car il peut être présent et s'oxydera pendant le traitement pour produire du nitrate. La mesure du nitrite et du nitrate dans l'eau du robinet chloraminée est cruciale pour détecter la nitrification afin de prendre des mesures d'atténuation en temps opportun. Les variations des concentrations de nitrites dans les systèmes de distribution d'eau potable chloraminée peuvent être une indication précoce de la nitrification. Il est essentiel de surveiller les nitrites et les nitrates et de maintenir leurs concentrations à des niveaux réglementés pour protéger la santé publique.
Comment les niveaux de nitrate/nitrite sont-ils surveillés et gérés ?
Méthode du sulfate de fer (nitrite)
Cette méthode est principalement utilisée pour les eaux usées. Dans un milieu acide, le sulfate de fer réduit l'azote dans le nitrite (NO 2 -) pour former du protoxyde d'azote (N2O). Les ions de fer se combinent au protoxyde d'azote pour former une couleur brune dont l'intensité est directement proportionnelle au nitrite présent dans l'échantillon d'eau. Le développement des couleurs suit la loi de Beer.
Paillasse :
Méthode de diazotisation USEPA (nitrite)
Dans ce test de nitrites de basse valeur, les ions de nitrite réagissent avec l'acide sulfanilique pour former un sel de diazonium intermédiaire. Il réagit avec l'acide chromotropique pour produire une couleur rouge-orange directement proportionnelle à la quantité de nitrite présente. Une mesure de l'intensité de la couleur fournit ensuite une détermination précise de la concentration en nitrite dans l'échantillon d'eau. Cette méthode peut être utilisée pour les eaux usées, l'eau de mer, l'eau potable, les eaux de surface et les eaux de traitement.
Paillasse :
Portable:
Analyseur portable parallèle SL1000
Réactif Chemkey pour le nitrite
Online:
Méthode de titrage de l'acide cérique (nitrite)
L'indicateur ferroïne et l'acide sont ajoutés à l'échantillon. L'échantillon est titré avec de l'ion cérium tétravalent, qui est un oxydant fort. Une fois que le cérium oxyde le nitrite, l'indicateur est oxydé et provoque un changement de couleur de l'orange au bleu pâle. La quantité de titrant utilisée varie en fonction de la concentration de nitrite de sodium dans l'échantillon. Cette méthode est utilisée pour les eaux des tours de refroidissement.
Paillasse/portable :
Méthode de l'acide chromotropique (nitrate)
Le nitrate dans l'échantillon réagit avec l'acide chromotropique dans des conditions fortement acides pour produire un produit jaune qui peut être analysé avec un spectrophotomètre ou un colorimètre. Cette méthode est utilisée pour les eaux usées.
Paillasse :
Méthode de réduction du cadmium (nitrate/nitrite)
Dans cette méthode colorimétrique, utilisée pour l'eau potable, les eaux usées et l'eau de mer, le nitrate est réduit en nitrite avec des particules de cadmium cuivrées. Les réactifs de diazonium réagissent ensuite avec le nitrite pour produire une couleur rouge. L'intensité de la couleur est proportionnelle à la quantité initiale de nitrate et de nitrite présente dans l'échantillon.
Paillasse :
Portable:
Méthode de réduction de l'hydrazine (nitrate/nitrite)
Dans cette méthode colorimétrique, utilisée pour l'eau potable, les eaux usées et l'eau de mer, le nitrate est réduit en nitrite avec du sulfate d'hydrazine. Les réactifs de diazonium réagissent ensuite avec le nitrite pour produire une couleur rouge. L'intensité de la couleur est proportionnelle à la quantité initiale de nitrate et de nitrite présente dans l'échantillon.
En ligne :
Méthode USEPA avec diméthylphénol (nitrate)
Cette méthode est utilisée pour les eaux usées, l'eau potable, les eaux de surface et les eaux de traitement. Les ions de nitrate dans les solutions qui contiennent des acides sulfurique et phosphorique réagissent avec le 2,6-diméthylphénol pour former du 4-nitro-2,6-diméthylphénol, qui peut ensuite être mesuré (longueur d'onde 345 nm).
Paillasse :
Méthode ISE directe (nitrate)
Les ions de nitrate sont absorbés de manière sélective par la membrane ISE. Les ions de nitrate absorbés provoquent un potentiel (tension) proportionnel à la concentration de nitrate dans l'échantillon. La membrane ISE est une membrane polymère-solvant qui est un échangeur d'ions de nitrate dans une matrice plastique inerte de polychlorure de vinyle (PVC). L'électrode de nitrate est dotée d'un élément interne en argent/chlorure d'argent, ce qui donne un potentiel de référence fixe lorsqu'elle touche la solution de remplissage interne. Cette méthode est utilisée pour l'eau potable et les eaux usées.
Paillasse/portable :
En ligne :
Méthode de dépistage par UV (nitrate)
La première mesure est effectuée à 220 nm. Le nitrate et la matière organique absorbent la lumière à 220 nm. La deuxième mesure est effectuée à 275 nm. Le nitrate n'absorbe pas à 275 nm. La deuxième mesure est utilisée pour corriger l'absorbance causée par la matière organique. De l'acide hydrochlorique est ajouté dans la procédure de test pour éviter toute interférence des ions hydroxyde ou carbonate. Cette méthode n'est pas recommandée pour les échantillons qui contiennent des concentrations élevées de matière organique, qui pourraient interférer avec le test. Par conséquent, cette méthode est utilisée pour analyser les sources d'eau naturelle et potable non contaminées contenant de faibles concentrations de matière organique.
Paillasse :
Spectrophotomètre DR6000 UV-VIS
En ligne :
Bandelettes de test nitrite et nitrate
La plage de concentration pour le nitrate est de 0-50 mg/L par incréments de 0, 1, 2, 5, 10, 20 et 50 ; pour le nitrite, elle est de 0-3 mg/L par incréments de 0, 0,15, 0,3, 1, 1,5 et 3.
Foire aux questions
Comment stocker les sondes à semi-conducteurs ISE pour nitrate ?
Toutes les électrodes à semi-conducteurs doivent être stockées sèches et bouchées. Toutes les électrodes combinées à semi-conducteurs sont dotées d'un électrolyte interne limité et non remplaçable. En raison de cette méthode de stockage, toute solution (même standard) peut provoquer une perte accélérée et souvent excessive d'électrolyte. Cela peut réduire considérablement la durée de vie de l'électrode. Les symptômes d'une perte excessive d'électrolyte incluent un décalage important qui peut entraîner un échec de l'étalonnage et un temps de stabilisation plus long. Pendant l'étalonnage, les étalons récents peuvent avoir un temps de stabilisation plus long que les étalons précédents, ce qui peut entraîner le « verrouillage » de ces points avant que la mesure ne soit stable. Le verrouillage prématuré de l'étalon peut entraîner des problèmes de pente et des échecs d'étalonnage.
Comment conserver les échantillons pour l'analyse des nitrates/nitrites ?
La méthode utilisée pour le nitrate indique que si les échantillons sont conservés, ils sont maintenant du nitrate total + nitrite. Qu'est-ce que cela signifie ?
Analysez les échantillons dès que possible pour obtenir les meilleurs résultats. Si l'analyse immédiate n'est pas possible, filtrez et conservez les échantillons à une température inférieure ou égale à 6 °C ou 42,8 °F pendant 48 heures maximum. Pour conserver les échantillons pendant 28 jours maximum, ajustez le pH à 2 ou moins avec de l'acide sulfurique concentré (~ 2 mL par litre) et conservez à une température inférieure ou égale à 6 °C ou 42,8 °F.
Lors de la conservation des échantillons par acidification à l'acide sulfurique, le nitrite dans l'échantillon est converti en nitrate. En raison de cette conversion, il devient impossible d'effectuer une analyse du nitrite, même si l'échantillon est neutralisé avant l'analyse. Les échantillons nécessitant une spéciation du nitrite ne doivent pas être conservés.
La méthode 10206 Test N Tube (TNTplus®) pour le nitrate est-elle approuvée par l'Agence de protection de l'environnement (EPA) ?
La méthode 10206 utilisant le test de flacons pour nitrate TNTplus®, LR (0.2-13.5 mg/L NO 3 -N) et le test de flacons pour nitrate TNTplus®, HR (5-35 mg/L NO 3 -N); (produit TNT835 et TNT836), est approuvée par l'EPA pour l'eau potable mentionnée dans le Code of Federal Regulations (CFR) 141 40 et approuvée pour les eaux usées citées selon 40 CFR 136 (Clean Water Act).
Le nitrite constitue-t-il une interférence dans la méthode 10206 du nitrate pour le LCK339 et le LCK340 ?
Les concentrations de nitrite supérieures à 2,0 mg/L interfèrent (résultats à biais élevé) avec la méthode de nitrate 10206 pour les tests LCK339 et LCK340. Pour tenir compte de cela, ajoutez 50 mg d'acide sulfamique (dans l'acide sulfonique) à 5,0 mL d'échantillon, dissolvez et attendez 10 minutes. Analysez ensuite l'échantillon préparé comme décrit dans la méthode.