Stabilisation du pH pendant un essai de létalité d’un effluent d’eau usée chez la truite arc-en-ciel : textes préliminaires
Texte préliminaire
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Richard Scroggins
Chef, Division des méthodes biologiques
Centre des sciences et technologies environnementales
Environnement Canada
335, River Road
Ottawa (Ontario)
K1A 0H3
Lisa Taylor
Gestionnaire, Section de l’élaboration et de l’application des méthodes
Centre des sciences et technologies environnementales
Environnement Canada
335, River Road
Ottawa (Ontario)
K1A 0A3
Avis de révision
Le présent document a été révisé par le personnel de la Direction générale de l’avancement des technologies environnementales d’Environnement Canada. La mention d’appellations commerciales ou de produits offerts sur le marché ne constitue pas une recommandation de leur emploi par Environnement Canada. D’autres produits de valeur semblable existent.
Résumé
Le présent document expose dans le détail des techniques, des conditions et des conseils permettant la stabilisation du pH d’échantillons d’effluent d’eau usée. Les modes opératoires décrits doivent être utilisés conjointement avec les consignes explicites données dans la méthode de référence SPE 1/RM/13 intitulée Méthode d’essai biologique : méthode de référence pour la détermination de la létalité aiguë d’effluents chez la truite arc-en-ciel (Environnement Canada, 2000). Cette procédure n’est pas autonome ; elle est complémentaire à la méthode de la détermination de la létalité aiguë chez la truite arc-en-ciel.
Dans beaucoup d’échantillons d’effluent d’eau usée, la teneur en dioxyde de carbone (CO2) risque d’être élevée en raison d’une forte activité biologique. L’aération de ces échantillons peut provoquer l’augmentation du pH, celle-ci causée par la perte de CO2, ce qui peut modifier la toxicité de l’ammoniac présent. La stabilisation du pH a pour but de remplacer le CO2 perdu à cause de l’aération pour maintenir le pH durant l’essai aux valeurs où il se trouvait initialement dans les échantillons.
Pour qu’on lui applique cette procédure complémentaire, l’échantillon doit satisfaire à trois conditions : (i) il faut doser l’ammoniac total de tous les échantillons d’effluent d’eau usée soumis à un essai par la méthode SPE 1/RM/13 ; (ii) un échantillon antérieur de l’effluent doit avoir échoué à un essai de létalité aiguë pour la truite arc-en-ciel (SPE 1/RM/13) ; (iii) les techniques de stabilisation du pH ne peuvent être utilisées que lorsque la concentration d’ammoniac non ionisé présent dans l’échantillon d’effluent d’eau usée non dilué est inférieure à 1,25 mg/L à 15 °C ou lorsque la concentration d’ammoniac total est inférieure à la concentration maximale d’ammoniac total (y) en mg/L déterminée à l’aide de la formule suivante et du pH initial de l’échantillon à 15 °C :
y = 1,25 × (10(9,564 136 638 - pH) + 1)
Dans le présent document, on décrit trois techniques de stabilisation du pH utilisables en complément de la méthode SPE 1/RM/13 : (i) l’injection de CO2 ; (ii) le recyclage ; (iii) la technique du pH-mètre régulateur.
Cette procédure de stabilisation du pH s’applique aux essais à concentration unique comme aux essais à concentrations multiples visant à déterminer la concentration létale médiane (CL50). Elle comprend des instructions sur le montage de l’appareillage, les observations et mesures à effectuer et la régulation du pH durant l’essai. On expose brièvement les critères de validité de la procédure auxquels il faut satisfaire en plus de ceux qui sont exposés dans la méthode SPE 1/RM/13.
Avant-propos
Les trois techniques de stabilisation du pH d’un effluent d’eau usée pendant un essai de létalité aiguë fonctionnent comme modes opératoires complémentaires de la méthode de référence SPE 1/RM/13 ; la technique choisie doit être utilisée conjointement avec cette méthode de référence pour mesurer et évaluer l’effet ou les effets toxiques de l’effluent d’eau usée chez la truite arc-en-ciel. On ne peut l’utiliser que lorsque l’échantillon d’essai satisfait aux trois conditions exposées dans le document ; ces conditions concernent le dosage de l’ammoniac total dans tous les échantillons d’effluent d’eau usée soumis à l’essai de toxicité, l’échec de la méthode de référence sur un échantillon antérieur d’effluent d’eau usée et la quantité d’ammoniac non ionisé dans l’échantillon d’effluent à l’étude.
Cette procédure complémentaire expose un ensemble explicite d’instructions et de conditions à employer avec la méthode SPE 1/RM/13 et qu’on n’applique qu’aux échantillons d’effluent d’eau usée définis dans le document.
Terminologie
Les mots ou expressions définis sous la présente rubrique sont mis en italique lorsqu’ils paraissent pour la première fois dans le corps du texte conformément à leur définition. Toutes les définitions s’inscrivent dans le contexte du présent rapport. Elles pourraient ne pas être adaptées à d’autres contextes.
Verbes auxiliaires
L’auxiliaire doit (doivent) et il faut expriment l’obligation absolue.
L’auxiliaire devrait (devraient) et le conditionnel d’obligation (il faudrait) expriment une recommandation ou la nécessité de respecter, dans la mesure du possible, la condition ou la marche à suivre.
L’auxiliaire peut (peuvent) exprime l’autorisation ou la capacité d’accomplir une action.
Termes techniques
aigu, Survenant dans un bref délai (≤ 96 h dans le cas de l’essai de létalité aiguë pour la truite arc-en-ciel).
alcalinité, Capacité de l’eau de neutraliser l’acidité, exprimée en milligrammes de carbonate de calcium (CaCO3) par litre (mg/L) [voir American Public Health Association (APHA) et al., 2005].
ammoniac, L’ammoniac total [NH3 + NH4, en tant qu’azote (N)], l’ammoniac non ionisé (NH3 en tant que N) et l’ammoniac ionisé (NH4+ en tant que N). Le pourcentage d’ammoniac non ionisé (NH3) dans l’ammoniac total est déterminé par le pH et la température. Les formules suivantes permettent de calculer les fractions non ionisée et ionisée. Comme NH3 = 1/(1 + 10pK - pH), que NH4+ = 1/(1 + 10pK - pH) et que l'ammoniac total = NH3 + NH4+, la concentration d'ammoniac non ionisé (en posant pK = 9,56 à 15 °C) se calcule comme suit : ammoniac non ionisé = (ammoniac total) × [1/(1 + 10pK - pH)] (United States Environmental Protection Agency (USEPA), 1999).
CL50 (concentration létale médiane), Concentration d’effluent dans l’eau que l’on estime létale pour la moitié des organismes soumis à l’essai, après 96 h d’exposition. La CL50 et ses limites de confiance au seuil de 95 % sont obtenues par analyse statistique des pourcentages de mortalité obtenus à plusieurs concentrations d’essai, après une période fixe d’exposition.
contrôle, Traitement reproduisant l’ensemble des conditions et facteurs qui pourraient influer sur les résultats d’une étude, à l’exception de la condition particulière faisant l’objet de cette étude. Dans un essai de toxicité en milieu aquatique, le contrôle doit reproduire toutes les conditions du ou des traitements d’exposition, mais ne doit pas renfermer de la substance à l’étude. Le contrôle sert à établir l’absence de toxicité mesurable des conditions de base de l’essai, telles que la température, la qualité de l’eau de dilution, l’état de santé des organismes d’essai ou les effets dus à leur manipulation.
DBO, La demande biologique d’oxygène, c’est-à-dire la quantité d’oxygène consommé lors de la biodégradation de la matière organique dans un volume d’eau (voir APHA et al., 2005).
dureté, Concentration des cations dans l’eau qui réagissent avec un savon de soude pour précipiter en un résidu insoluble. Dans la présente méthode, la dureté est une mesure de la concentration des ions calcium (Ca++) et magnésium (Mg++) dans l’eau, exprimée en milligrammes de carbonate de calcium (CaCO3) par litre [voir APHA et al., 2005).
eau de contrôle/de dilution, Eau utilisée pour diluer l’échantillon d’effluent et pour l’essai de contrôle.
eau usée, Mélange de liquides résiduaires principalement constitué d’eaux usées domestiques, qui peut également comprendre d’autres déchets liquides provenant d’établissements industriels, commerciaux et publics.
effluent, Tout déchet liquide (par exemple industriel ou urbain) rejeté dans l’environnement aquatique. Voir la définition d’effluent d’eau usée, pour cette catégorie particulière d’effluent.
effluent d’eau usée, Eau usée brute ou traitée, évacuée par l’émissaire ou les émissaires d’un réseau d’assainissement, à l’exclusion des déversoirs d’eau excédentaire de ce réseau.
essai avec stabilisation du pH, Essai effectué selon la méthode SPE 1/RM/13, au cours duquel on applique une technique de stabilisation du pH à un échantillon d’effluent d’eau usée.
létal, Causant directement la mort.
méthode de référence, Méthode d’essai biologique spécifique pour réaliser un essai de toxicité, c’est-à-dire comportant un ensemble d’instructions et de conditions explicitées dans un document écrit. Contrairement à d’autres méthodes d’essai biologique polyvalentes publiées par Environnement Canada, la méthode de référence n’est fréquemment utilisée que pour répondre aux besoins d’un règlement particulier, c’est-à-dire pour vérifier si les dispositions générales de la Loi canadienne sur les pêches ont été enfreintes.
pH, Logarithme négatif de l’activité des ions hydrogène, en équivalents grammes par litre. Il exprime le degré d’intensité des réactions acides et alcalines sur une échelle de 0 à 14, où 7 représente la neutralité, les nombres inférieurs à 7 une acidité croissante, et les nombres supérieurs à 7 une basicité ou alcalinité croissante.
pH initial, pH mesuré à 15 ± 1 °C, sur un échantillon composite à 100 %, avant toute aération de la solution expérimentale au laboratoire.
poisson mort, Poisson chez qui tous les signes visibles de mouvement ou d’autre activité ont cessé (voir le § 4.5 de la méthode SPE 1/RM/13).
pouvoir tampon, Capacité de l’eau de maintenir la stabilité du pH, grâce à la quantité d’ions carbonate (alcalinité) présents dans l’eau.
réseau d’assainissement, Tout ouvrage ou partie d’ouvrage servant à la collecte ou au traitement et à l’évacuation des eaux usées.
statique, Se dit de l’essai de toxicité pendant lequel les solutions d’essai ne sont pas renouvelées. (Syn. essai sans renouvellement)
sublétal, Nocif pour les poissons, mais à une concentration moindre que celle qui les tue directement pendant les 96 h de l’essai.
toxicité, Potentiel ou capacité propre d’une substance de provoquer un ou des effets nocifs chez les poissons. L’effet ou les effets peuvent être létaux ou sublétaux.
Remerciements
Le présent document a été rédigé par Lesley Novak et Keith Holtze (Stantec Consulting Ltd., Guelph, Ont.). En tant que responsable scientifique du projet, Rick Scroggins (chef de la Division des méthodes biologiques, Environnement Canada, Ottawa) lui a imprimé une orientation stratégique, en formulant des observations détaillées et en accordant son aide technique tout au long de sa réalisation. Lisa Taylor (gestionnaire de la Section de l’élaboration et de l’application des méthodes, Environnement Canada, Ottawa) y est allée de ses conseils techniques et de ses observations. Nous voudrions remercier Graham van Aggelen et Grant Schroeder (Environnement Canada, Laboratoire des essais environnementaux du Pacifique et du Yukon, North Vancouver (C.-B.)), Julie Schroeder et Richard Chong-Kit (ministère de l’Environnement de l’Ontario, Toronto) ainsi que Garth Elliott et Nancy Kruper (Environnement Canada, Laboratoire des essais environnementaux des Prairies et du Nord, Edmonton) d’avoir fourni les modes opératoires normalisés des procédures de stabilisation du pH ainsi que des conseils techniques et des observations sur les versions antérieures. Merci également à Ken Doe et à Paula Jackman (Environnement Canada, Laboratoire des essais environnementaux de l’Atlantique, Moncton) ainsi qu’à Brian Walker et à Manon Harwood (Environnement Canada, Laboratoire des essais environnementaux du Québec, Montréal) pour leur apport technique et leurs commentaires. Tous les laboratoires susmentionnés ont aussi participé à la validation des trois techniques de stabilisation du pH pour leur application aux effluents d’eau usée.
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