Expériences montrant quelques étapes d'épuration d'une eau sale (collège)

Au niveau du collège, l'eau est sujet d'étude courant. Afin de faire comprendre l'utilité des premières étapes de l'épuration de l'eau dans une station, on invite les élèves à concevoir le protocole d'une filtration. Ensuite, ils doivent suivre un mode opératoire très directif mettant en jeu la coagulation et la floculation. A chaque fois, il leur est demandé de faire des schémas clairs et annotés afin d'expliquer leurs démarche et observations.

Ce TP est adaptable au niveau de 1L où il faut ajouter une étape : celle de prise du pH par le test à la touche.

1. Etape de filtration :
Le premier traitement d'une eau sale, à son arrivée dans la station d'épuration, consiste à la débarraser des particules volumineuses.
Tu disposes d'un flacon contenant de l'eau sale (terre, feuilles, graviers, brindilles), d'un bécher, d'un morceau de voilage, d'un entonnoir, d'un anneau.
Question posée aux élèves : comment procèderas-tu pour rendre l'eau la plus claire possible ?
Tu présenteras ta réponse sous forme de protocole court et d'au moins un schéma clair et annoté. Tu décriras l'aspect de l'eau exempte de ces particules volumineuses.

2. Etape de coagulation - floculation :
Lorsque les particules les plus volumineuses ont été éliminées, il faut débarrasser l'eau de particules plus petites qui passent au travers du maillage du filtre. On procède alors à l'étape de coagulation et de floculation au terme de laquelle des boues vont se déposer au fond du becher.
Cette fois-ci, tu devras suivre scrupuleusement le protocole qui t'est indiqué. Tu dresseras ensuite une liste du matériel dont tu auras eu besoin, tu résumeras tes manipulations et tes observations sous forme de schémas clairs et annotés.
  Protocole expérimental :
A la solution obtenue en fin de première étape, ajoute 2 spatulées de sulfate d'aluminium et 5 mL d'acide sulfurique à l'aide d'une éprouvette.

Qu'observes-tu ?

Filtre le contenu de ton becher et compare la couleur du filtrat avec celui obtenu après la première étape de traitement.

  Variante :

A la solution obtenue en fin de première étape, ajoute une pointe de spatule de chlorure de fer III et 5 mL d'hydroxyde de sodium à l'aide d'une éprouvette.  Qu'observes-tu ?
Filtre le contenu de ton becher et compare la couleur du filtrat avec celui obtenu après la première étape de traitement.

3. Conclusion : retour sur le schéma général d'une station d'épuration.
Où les étapes que tu as étudiées lors de tes manipulations ont-elles lieu sur le site d'une station d'épuration ?

Elements de réponse sous forme de photos :

eau à purifier avant (dans verre à pied) et après (dans becher) filtration

 préparation de l'étape de floculation : (de gauche à droite) sans agent floculant; avant l'ajout de chlorure de fer III; avant l'ajout de sulfate d'aluminium III

de gauche à droite : sans agent floculant; flocs décantés à base d'ions Fe³⁺ puis d'ions Al³⁺

après filtration des flos