Les eaux usées transportent de grandes quantités de substances organiques dans les rivières et les lacs, entraînant une forte croissance des bactéries et une carence en oxygène. Les méthodes de mesure ont été jusqu'à présent incapables de mesurer précisément cette pollution organique. Une nouvelle méthode co-développée par des experts du Helmholtz-Zentrum Hereon devrait fournir une image claire des conditions de l'eau à l'avenir. Les travaux sont maintenant publiés dans la revue scientifique Avancées scientifiques .

Lorsque les eaux usées des villages et des villes se déversent dans les rivières et les lacs, de grandes quantités de graisses, protéines, sucres et autres carbonés, les substances organiques se retrouvent dans la nature avec les matières fécales. Ces substances organiques sont décomposées par des bactéries qui consomment de l'oxygène. Plus le volume d'eaux usées est important, mieux les bactéries se développent. Cette, cependant, signifie que la teneur en oxygène de l'eau continue de diminuer jusqu'à ce que finalement le poisson, les muscles ou les vers manquent littéralement d'air. Cela a créé des zones de mort à faible teneur en oxygène dans de nombreuses rivières et lacs du monde entier.

Pas d'étalon-or pour les mesures jusqu'à présent

Afin de mesurer à quel point les eaux sont polluées par la matière organique des matières fécales, les organismes gouvernementaux et les chercheurs en environnement prélèvent régulièrement des échantillons d'eau. Une méthode de mesure largement utilisée utilise une réaction chimique pour déterminer la teneur en substances organiques. Comme le montre maintenant une équipe internationale de scientifiques, cette méthode établie fournit des valeurs à partir desquelles le degré réel de pollution de l'eau peut difficilement être dérivé. le professeur Helmuth Thomas, directeur de l'Institut des cycles du carbone de Hereon est également un contributeur à l'étude, qui vient d'être publié dans la revue scientifique Avancées scientifiques . "Dans le journal, nous introduisons donc également une nouvelle méthode pour rendre les mesures beaucoup plus fiables à l'avenir, " il dit.

En utilisant la méthode de mesure conventionnelle, les échantillons d'eau sont mélangés avec les produits chimiques permanganate ou dichromate. Ceux-ci sont particulièrement réactifs et décomposent toutes les substances organiques en peu de temps. La quantité de permanganates ou de dichromates consommés peut ensuite être utilisée pour déterminer la quantité de substance organique contenue dans l'échantillon d'eau. Les experts appellent cette mesure « demande chimique en oxygène, " DCO. Le problème avec les mesures DCO est qu'elles ne différencient pas les substances organiques qui se retrouvent dans l'eau avec les eaux usées, et ceux qui se forment naturellement, comme la lignine et les acides humiques, qui sont libérés lors de la décomposition du bois. Cela signifie que la pollution de l'eau peut difficilement être distinguée de la teneur naturelle en substances organiques. "Pour le fleuve Han en Corée du Sud, par exemple, nous avons montré que la pollution par les substances organiques des eaux usées au cours des vingt-cinq dernières années a diminué. Les mesures de DCO, cependant, montrent toujours des valeurs élevées comme avant, " dit Helmuth Thomas, "parce qu'ici, les substances naturelles constituent une grande partie de la matière organique de l'eau."

Analyse biologique compliquée

Mais comment mesurer de manière plus fiable la pollution réelle ? Une méthode de mesure biologique est établie ici depuis des décennies, mais elle est beaucoup plus complexe que la méthode COD et est donc rarement utilisée par les organismes gouvernementaux et les instituts de recherche. Dans ce cas, un échantillon d'eau est prélevé dans la rivière ou le lac et la teneur en oxygène de l'eau est mesurée comme valeur initiale. Un autre "échantillon parallèle" est immédiatement scellé hermétiquement. Ensuite, cet échantillon d'eau repose pendant cinq jours. Pendant ce temps, les bactéries décomposent la substance organique, de sorte qu'ils consomment progressivement l'oxygène de l'eau. Au bout de cinq jours, le conteneur est ouvert et l'oxygène est mesuré. Si l'eau contient beaucoup de matière organique, alors les bactéries étaient particulièrement actives. La consommation d'oxygène était alors proportionnellement élevée. Les experts se réfèrent à la « demande biologique en oxygène » (DBO) dans cette mesure.

« La mesure de la DBO est bien plus précise que la DCO car les bactéries décomposent préférentiellement les petites molécules organiques des eaux usées mais laissent les naturelles, comme la lignine, intact, " dit Thomas. Néanmoins, la mesure de la DBO a ses inconvénients, trop. La mesure de la DBO prend cinq jours, tandis que la valeur COD est disponible après quelques minutes. Cependant, pendant le remplissage, stocker et mesurer les échantillons d'eau, un soin méticuleux doit être pris pour s'assurer qu'aucun oxygène de l'air ambiant ne s'enroule dans l'échantillon et ne fausse la valeur de mesure. « Seules quelques personnes ayant une grande expérience en laboratoire maîtrisent parfaitement la prise en charge complète de la mesure de la DBO, " dit Thomas. " Par conséquent, les organismes gouvernementaux et les chercheurs préfèrent encore aujourd'hui le COD malgré ses plus grandes incertitudes."

Méthode plus rapide et plus fiable

Helmuth Thomas et son équipe introduisent donc une méthode alternative qui améliore la mesure conventionnelle de la DBO. L'avantage de la méthode est qu'un seul échantillon d'eau est nécessaire, qui est immédiatement scellé et la consommation d'oxygène est mesurée sans interférer avec l'échantillon. Il n'est donc pas nécessaire d'ouvrir à nouveau l'échantillon au bout de cinq jours pour mesurer la teneur en oxygène. Cela empêche l'échantillon d'entrer à nouveau en contact avec l'oxygène atmosphérique. Avec la nouvelle approche, une fibre optique est insérée dans le récipient d'échantillon dès que l'échantillon d'eau est rempli. Grâce à cette fibre, la teneur en oxygène peut être mesurée en continu directement dans l'échantillon à l'aide d'effets optiques.

Thomas dit, "Nous pouvons mesurer la teneur en oxygène en continu et obtenir une image beaucoup plus précise de la consommation d'oxygène par les bactéries." Les premiers tests ont montré qu'un résultat significatif est déjà disponible après environ 48 heures, quelque chose qui accélère considérablement la mesure de la DBO. En tout, la méthode optique rend les mesures de la DBO non seulement plus fiables, mais aussi plus rapide. Helmuth Thomas suppose que la nouvelle méthode sera établie dans les années à venir comme la nouvelle norme, remplaçant à la fois la DCO et les mesures classiques de la DBO. À l'avenir, par exemple, il sera possible de déterminer de manière plus fiable qu'auparavant si les mesures de lutte contre la pollution de l'eau sont réellement efficaces.