Appareil de détection automatique des métaux lourds dans les eaux

Automatic apparatus for the detection of heavy metals in water

¹ CNRS - SCA BP 22 69390 Vernaison, France
² Centre de Recherche Lyonnaise des Eaux - Degrémont 38, rue du Président Wilson 78230 Le Pecq, France

Résumé

Les problèmes de contamination de l'environnement par les rejets industriels et domestiques préoccupent de plus en plus la communauté internationale. Il devient indispensable de pouvoir détecter rapidement d'éventuelles contaminations accidentelles, dans les eaux notamment, ainsi que de surveiller l'évolution à long terme des teneurs en éléments toxiques. Afin de répondre à ces besoins nous avons été amenés à étudier et à construire un système automatique pour la détection des métaux lourds dans les eaux.

Afin d'avoir un système d'un coût raisonnable et relativement simple à manipuler, nous nous sommes limités aux éléments suivants : mercure, chrome VI, nickel, zinc, cuivre, plomb et cadmium, ce système devant fonctionner en station d'alarme. C'est-à-dire qu'il délivre un signal si la concentration de l'un de ces sept éléments dépasse la valeur autorisée (1 µ/l pour le mercure, 5 µ/l pour le cadmium, 5000 µ/l pour le zinc et 50 µ/l pour les autres éléments).

En raison des niveaux de concentrations à détecter et des contraintes de coût, les méthodes de détection choisies sont : spectrophotométrie d'absorption atomique ("cold vapor method") pour le mercure, "Differential pulse polarography" (DPP) pour le Ni-Cr-Zn, "Differential pulse anodic stripping voltammetry" (DPASV) pour Cu-Pb-Cd.

Il est bien connu que la présence de substances organiques provoque des interférences en polarographie, soit parce qu'elles sont électroactives, soit parce qu'elles complexent les éléments à doser (5,6). Ces substances organiques sont minéralisées par irradiation de la solution par une lampe UV.

Abstract

Water professionals need to detect the concentration level of certain heavy metals in river waters: copper, lead, cadmium, zinc, nickel, chromium VI and mercury. To respond to these needs, we have developed a heavy metals analyser (HMA). The apparatus has been designed for monitoring heavy metals by alarms. These alarms correspond to raw water standards which are 1 ppb for mercury, 5 ppb for cadmium, 50 ppb for copper, lead, chromium VI and nickel, 500 ppb for zinc.

The HMA is based on the following principle: dissolved organic matter is destroyed in a quartz reactor at pH = 2 by nitric acid under oxygen and UV radiation. The mineralized water sample is then distributed into three cells for the determination of the elements.

In the first cell, Hg is detected by atomic absorption spectrophotometry (cold vapor method). In the second cell Cr VI, Ni and Zn are detected by differential pulse polarography on a dropped-mercury electrode at pH = 9.2. In the third cell, Cd, Pb and Cu are measured by differential pulse polarography anodic stripping voltametry on a mercury pool at pH = 4.5. A complete cycle takes about 1.5 hours; the autonomy of the HMA is one week, and the analyser needs to be calibrated once a week.

The purpose of this paper is to describe the HMA and to show results obtained in laboratory and on-line situations.