UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA
PROBLEMAS DE RESIDUOS SÓLIDOS
CATERA:
Ciencias Ambientales PRESENTADO A:
Ing. José Pomalaya Valdez REALIZADO POR:
ALFARO ASTOHUAMÁN, Ángel Ángel
ALUMNO DEL VIII SEMESTRE DE LA FIQ-UNCP
Ciudad Universitaria – Huancayo Perú Julio del 2008
1
23
1. En una determinada incineradora se queman queman diariamente 45 ton e unos residuos que contienen varios compuestos mercúricos, con una concentración total de 2 g de mercurio por kg de residuo. Si en el proceso de incineración el mercurio se emitiera en forma de átomos gaseoso, expresado tanto en ppm como en mg/Nm 3, si el caudal de gases es de 15 Nm 3/kgde residuo incinerado. Solución:
Residuos: 45 TM = 45000 Kg Concentración: 2
g Hg kg residuo
2 gHg Cantidad de Hg: (45000 kg ) = 90000 g kg Flujo de gases: 15
Nm
=
90kgHg
3
kgresiduo
Nm 3 3 Total de Gases: 15 x45000kgresiduo = 675000 Nm kgresiduo
Calculo de la concentración:
3 3 3 cm 3 90kgHg 1molHg 10 cm 10 g = 675000 Nm 3 200.6 gHg 1l 1kg = 14.9 Nm 3
2
23
2. Al hacer una auditoria ambiental en una empresa se detecta que que sus problemas medio ambientales son fundamentalmente: • •
Emisiones de óxidos de nitrógeno (medidos como dióxido de nitrógeno) de 400mg/Nm3. Aguas con 60mg/l de butanol y un contenido de zinc de 250ppm.
Calcule: a. ¿Cual debiera ser la eficacia del sistema de eliminación de óxidos de nitrógeno a instalar si sus emisiones deben reducirse a 20 ppm? b. ¿Cuál será el DBO del agua residual si se considera que se debe exclusivamente al butanol? c. ¿Cuántos ml de disolución 0.1 M de fosfato de sodio habrá que añadir, por litro de agua residual, para eliminar el zinc que contiene, precipitándolo como fosfato de zinc, si el rendimiento del proceso es del 78 %? La eliminación elim inación del zinc, ¿Será completa? Justifique la respuesta. d. Si el fosfato de zinc generado en el apartado se retira en forma de lodos con un 46% de humedad, y sabiendo que el caudal de agua residual es de 0.5 m3 /h ¿Cuál será el peso mensual de lodos lodos retirados? Solución:
a. Concentración NO2 : 3 3 cm 3 400mg 22.41 1mol 10 cm Nm 3 1mol 46 x10 3 mg 1l = 194.78 Nm 3
Concentración NO2
= 194cm3 /Nm3
Emisión: 194.78 194.78 – 20 = 174.78pp 174.78pp Eficacia:
174.78 194.78
x100% = 89.73%
b. La reacción de biodegradación:
CH 3
3
23
− CH 2 − CH 2 − CHO +
11 2
→ → 4CO2 O2
+ 4 H 2 O
3 60mg 5.5molO2 1molC 4 H 8 O 32 x10 mgO2 DBO = 3 l 1molC 4 H 8 O 72 x10 mg 1molO2
DBO = 146.67
mgO2 lAgua
c. La reacción: −2 3 Zn
=
+
→ → Zn3 ( PO4 ) 2 2 Na3 PO4
+ 6 Na
+
1molZn 250mgZn 2molNa3 PO4 3molZn 65.39 x10mgZn l
= 2.548 x10
M =
n V
−3
⇒ V =
molNa3 PO4
n
=
2.548 x10 −3 mol
M
0.1mol / l
Rendimiento 78%: Vf =
25.48 0.78
=
=
2.548
32.66
mlNa3 PO4 l
mlNa3 PO4 lAgua Re sidual
La eliminación de Zn no es completa, permanece en disolución la cantidad de Zn correspondiente al producto de solubilidad del
d. El
Zn3 ( PO4 ) 2
Cantidad de
Zn3 ( PO4 ) 2
:
1molZn 250mlZn 1molZn3 ( PO4 ) 2 386.11gZn3 ( PO4 ) 2 −3 1molZn ( PO ) l 3molZn 3 4 2 65.39 x10 mgZn
=
0.492
gZn3 ( PO4 ) 2 lAgua Re sidual
0.492 g (0.54)l
23
; como lodos:
=
=
4
Zn3 ( PO4 ) 2
x
0.5m 3 h
; lodosdeZn3 ( PO4 ) 2
− con46%deHumedad
24h 30días 10 3 l 1Kg x x x x dia mes 1m 3 10 3 g
=
328
kgZn3 ( PO4 ) 2 mes
3. Las aguas residuales residuales del prensado prensado de pulpas pulpas de una industria azucarera tienen un contenido de sacarosa (C 12 O 22 H11 1 ) de ) de 2000mg/l y de sólidos en 12 O 22 H 1 suspensión de 12 g/l. Sabiendo que su caudal es de 0.6 m3/ton de azúcar producido. Calcule para una azucarera que produzca 2000 ton mensuales de azúcar: a. ¿Cuál seria la DBO total de esta agua suponiendo que se produce una oxidación completa de sacarosa? b. Si para depurar las aguas residuales se opta por un proceso anaeróbico, logrando que el carbono de la sacarosa se transforme en metano con un rendimiento del 70%. Calcule la cantidad de metano generado mensualmente, expresado en m3medidos en condiciones normales. c. Si los sólidos en suspensión se reducen hasta 30mg/l, retirándose como lodos húmedos con una humedad de 65%. Calcule el peso mensual de lodos producidos. d. ¿Qué cantidad de carbón, de PCI 7300kcal/kg y contenido de azufre de 1.8 % se podría ahorrarse mensualmente empleando en su lugar el metano generado en el proceso de depuración? e. ¿Cuáles serian las emisiones de SO2 a la atmósfera (expresado en ppm y en mg/Nm3) si en lugar del metano generado se emplea el carbón mencionado en el apartado d, teniendo en cuneta que las emisiones de gases a la atmósfera son de 8000 Nm3 /tonelada de carbón? DATOS: ∆ H
º
(CH 4 ) = −17.9kcal / mol
∆ H
º
(CO2 ) = −94.1kcal / mol
∆ H
º
( H 2 O ) = −57.8kcal / mol
Solución:
H22 O11 a. Sacarosa C 12 12 H 2 2 O 1 1 : 2000 mg/l Sólidos en suspensión: 2g/l Flujo de agua residual: 0.6m3/TM 0. 6m3/TM azúcar Producción: 2000TM azúcar/mes
Reacción de biodegradación:
C 12 H 22O11 + 12O2 → →12CO2
5
23
+ 11 H 2O
32 x10 3 mgO2 2000mgC 12 H 22 O11 12molO2 1molC 12 H 22 O11 DBO = 1molC H O 342 x10 3 mgC H O 1molO l 12 22 11 2 12 22 11 =
2245.6
mgO2 lagua
b. En el proceso anaeróbico: C 12 H 22 O 11
→ 11 CH 4 + bacterias
9 CO 2
+
4 CO
Calculo del volumen del metano CH4: Flujo del agua Residual: =
0.6
m3 TMazucar
x
2000TMazucar mes
= 1200 m
3
/ mes
2000mgC 12 H 22 O11 1200 m 3 1molCH 4 1molC 12 H 22 O11 = mes 2molC H O 342 x10 3 mgC H O 0.7l 12 22 11 12 22 11 3 22.4lCH 4 Nm CH 4 x = 1235.08 1 molCH mes 4
c. Lodos : Sólidos en Suspensión: 12g/l =12000mg/l
Lodos retirados: 12000mg/l -30mg/l = 11970mg/l
11970mg 1200 m 3 10 3 l 1TM = x x 3 x 9 (0.35)l mes 10 mg m
d. Cantidad de carbón: S = 1.8%; C = 98.2% 6
23
=
41.04
TMlodos mes
Se tiene la cantidad de CH4 de (b):
= 1235 .08m
3
CH 4 x
1molCH 4 22.4lCH 4
x
16 gCH 4 1molCH 4
x
10 3 l 1m
3
x
1kg 10 3 g
= 882.2 KgCH 4
En la reacción del carbón C:
→ → CH 4 2C + 2 H 2 O
=
882.2kgCH 4 x
2molC 1molCH 4
x
1molCH 4 16 gCH 4
x
12 gC
+ CO2
=
1molC
1223.3kgC 0.982
= 1347.55kgCarbón
e. Las emisiones de SO2 : La reacción: → SO2 S + O2
Flujo:
=
8000
Nm
3
TMcarbón
x1.3475TMCarbón = 10780.44 Nm 3 gases
S = 0.018x (1347.55) = 24.256 Kg S
3 3 3 24.256 KgS 1molSO2 1molS 64 gSO2 22.4lSO2 1molSO2 10 cm 10 g = 10780.44 Nm 3 1molS 32 gS 1molSO 1molSO 64 gSO 1l 1kg 2 2 2
= 1575
cm 3 Nm 3
= 1575 ppmSO2
4 mgSO2 24.256 KgS 1molSO2 1molS 64 gSO2 10 mg = = 4500 10780.44 Nm 3 1molS 32 gS 1molSO 1kg Nm 3 2
7
23
4. En una industria industria es preciso disponer diariamente de 12x10 6kcal. Si para obtenerlas se quema un carbón de composición: 83%C; 7%H; 1.1%S; 8.9% de cenizas y PCI = 8500kcal/kg, calcule: a. cual seria la concentración del dióxido de azufre en los gases de emisión, sabiendo que el caudal de los mismos es de 6.7x10 3 Nm3por tonelada de carbón incinerado. Expresar en ppm y mg/Nm 3 considerando que todas las medidas de gases se hacen en condiciones normales. b. Si los gases se lavan con una disolución de hidróxido de calcio, para eliminar las emisiones de dióxido de azufre en un 91%, calcule la cantidad de sulfato de calcio, con una humedad del 40% que se retira anualmente. c. Cual será la concentración de anion sulfato en el agua residual, si para el proceso indicado en el apartado anterior se ha empleado la cantidad estequiometrico de hidróxido de calcio. Solución:
a. Carbón: PCI = 8500kcal/kg Q = 12x106 Kcal
W carbón
=
12 x106 Kcal 8500 Kcal / kg
= 1411 .76 Kg = 1.41176TM
COMPOSICIÓN DE CARBÓN: C = 83%;
H = 7%;
S = 1.1%;
Cenizos
Cantidad de S = 0.011(411.76) = 15.53 KgS
En la reacción de emisión: La cantidad de SO2: → SO 2 S + O 2
8
23
=
8.9%
= 15.53KgSx
Flujo
1molSO2
x
1molS
6.7 x10 3 Nm 3 TM carbón
1molS 64 gSO2 x 32 gS 1molSO2
x1.41176TM carbón
=
=
9458.79 Nm 3
x
3106 x10 3 mg 9458.79 Nm 3
1molSO 2
=
64 gSO2
3283.72
31.06 KgSO2
=
9458.79 Nm 3
en ppm y mg / Nm 3
La concentración de SO2 31060 gSO2
=
22.41SO2
x
1molSO2
x
10 3 cm 3
= 1149 .30 ppmSO2
11
mgSO2 Nm
La reacción del lavado: SO2
3
+ Ca
(OH 2 ) +
1 2
O
2
→
CaSO2
+ H 2 O
Eliminar el 91% de SO2 en la emisión: 0.91 (31.06Kg) =28.26 Kg SO2
La cantidad de Ca SO2 : =
=
=
28.26 KgSO2 x
1molCaSO2 64 gSO2
60.05KgCaSO2 (sec o) x
100.08 KgCaSO2 día
x
136 gCaSO2
x
Ks
=
[Ca ] SO
60 gCaSO2 (sec o)
30días 12meses 1TM x x 3 1mes 1año 10 Kg
= −2
−2
2
(s)( x) = s 2 s
=
=
+
SO4
=
3.7 x10
3.7 x10
−1
2
36.03
−2
−3
= −3
6.0827 x10
mol
1
x
−1
mg 96 x10 3 SO4
1molSO4
[SO ] = 583.93 mg = 583.93 ppm −2
23
=
3.7 x10 −1
[SO ] = 6.0827 x10
9
= 100.08
3.7 X 10 −3
−2
2
60.05 KgCaSO2
100 gCaSO2 (húmedo )
La reacción iónica: Ca SO2 ↔ Ca −2 Se tiene la Ks CASO 4
=
1molCaSO2
1
−2
−2
KgCaSO2 día
TMCaSO2 (húmedo ) año
5. Una ciudad de 200000 200000 habitantes genera 1.25 Kg. Kg. de residuos urbanos por persona y día, que se someten a un tratamiento de incineración. La densidad de los mismos es de 0.18 g/cm 3 y el contenido de azufre es de un 0.5%. Calcule: a. Si todo el azufre se transforma durante la incineración en SO 2 ¿Qué cantidad estequiómetrica de caliza, del 82% de pureza en carbonato de calcio, debe emplearse diariamente para eliminar, en forma de sulfato de calcio, el 96% de los óxidos de azufre generados? Exprese el resultado en toneladas. b. ¿Cuál será la concentración de SO 2 en los gases de emisión depurados si para cada kg. De residuo incinerado se genera 13 Nm 3 de vertido cascajo? Exprésela en ppm y en mg/Nm 3 c. Si las aguas residuales generadas en la misma planta arrastran 600 mg/l de un compuesto orgánico biodegradable de fórmula C 2H4O2, ¿cuál será la OBO total de dichas aguas originadas por el compuesto citado? d. Las aguas residuales contienen también 300 ppm de Pb -2. Para eliminar se precipita como sulfato de plomo (II), añadiendo la cantidad estequiométrica de ión sulfato, a pesar de ello. ¿Cuánto Pb-2 quedará en el agua residual (exprésalo en ppm) e. Si el 15% del vertido incinerado permanece como cenizas de densidad 1.2 gcm3 ¿Qué volumen mínimo, expresado en m3, debiera tener el vertedero en el que van a depositarse si se pretende que tenga una vida útil de 60 años? Solución:
a. Nº habitantes =200000 Cantidad de residuos 1.25
Kg residuos persona x día
x 200000 personas = 2500000
Densidad del residuo incinerado 0.18
Kg residuo
g cm
3
Azufre: S= 0.5%; Cantidad de S = 0.005(2500000)=2500
En la reacción de emisión: 10
23
KgS día
día
S + O2
→
(1)
SO2
Tratamiento: CaSO2
+
SO2
+
1 2
o2
→
CaSO2
+ CO2
( 2)
Cantidad de SO2 en (1): = 1250
KgS 1molSO2 1molS 64 gSO2 x x x 1molS 32 gS 1molSO2 día
=
2500
Cantidad SO2 tratada: 0.96 (2500 ) = 2400 Kg Cantidad SO2 emitidas: 0.04(2500 ) = 100
=
KgSO2 día
2.4
TMSO2 día
KgSO 2 día
Cantidad de Caliza:
=
=
2.4
TMSO2 día
x
1molSO2 1molSO2
3.75TMCaCO3
(0.82)día
=
1molSO2
x
4.573
64 gSO2
x
100 gCaCO3 1molCaCO3
=
3.75
TMCaCO3 día
TMCaCO3 día
b. En la reacción de emisión S + O2
→
Emisión de SO2
SO2 ; = 100 KgSO2
Flujo de gas: Concentración de SO2 : 100 KgSO2 1día 10 4 mg x = − 1Kg 325 x10 1 Nm 3
3
= 10.77cm = 10.77
=
22.4 x10 3 cm 3 SO2 1molSO2
x
1molSO2 64 x10 3 mgSO2
ppmSO2 día
100 KgSO2 1día 10 3 mg x = 1kg 325 x10 2 Nm 3
=
30.77
mgSO2 3
Nm día
c. En la reacción: C 3 H 4 O2
11
23
+
1 2
O2
→ 3CO2 + 3 H 2 O
=
DBOr
=
DBOr
=
600mgC 3 H 4 O2 1 908.11
3.5molO2
x
1molC 3 H 4 O2
x
1molC 3 H 4 O2 74 x10 3 mgC 3 H 4 O2
x
32 x10 3 mgO2 1molO2
mgO2
1
d. La reacción: Pb +2
Pb +2
+
K Nmim Ks
=
SO4
−2
→
= 1.1 x10
+
SO4
−2
→
PbSO4
PbSO4
3
[Pb ][SO ] −2
+2
4
La concentración de SO4 : = 300
mgPb +2 1molSO4
2
− 1molPb 2
1
x
1molPb +2 + 207 x101 mgPb 2
= 1.45 x10
−3
molSO4
−2
1
Pb +2 en el agua residual
[Pb ][SO ] = 1.1 X 10 .[Pb ] = 2
+2
−3
+2
4
[Pb ] = 1.57 +2
mgPb l
1.1 x10 −3 1.45 x10
−3
=
0.76 x10 x
mol l
x
207 x10 4 mgPb + 2 1molPb
+2
+2 +2
= 1.57 ppmPb
Hg
e. Residuos = 250000 día ; Cenizas: 15% residuos incinerados
Cenizas = 0.15(250000 )Kg / día37500 Kg / día; p = 1.2 gcm 3 Volumen del vertedero: v =
m ρ
=
37500 Kg / día 1200 Kg / m 3
Volumen vida útil para 60 años =
= =
12
23
31.25
m
3
día
675000 m
x 3
=
31.25
m
= 1200 Kg / m
3
3
día
30día 12meses x x60años 1mes 1año =
1 3 6.75 x10 m
6. El vertido liquido de una industria posee contaminante: 400ml/l de ácido láctico (C 3H6O3). • 800ml/l de sólidos en suspensión. • 300ml/l de Cd(II) •
la siguiente
carga
Si el caudal del vertido líquido es de 15 litros es de 15 litros por segundo, calcule:
a. La DQO del vertido, atribuible al ácido láctico. b. Si los sólidos en suspensión se eliminan por decantación, con un rendimiento del 94%, generando unos lados de densidad 1.07% g/cm3 y humedad del 76% ¿Qué volumen anual de lados, expresada en m3 se obtendrá? c. Si el Ca(II)se precipita con hidróxido de cadmio, mediante alcalinización del vertido hasta pH = 8. ¿Cuál será la concentración residual del metal en el vertido una vez tratado? Expréselo en ppm.
Solución:
a. La reacción debía degradación del ácido láctico: C 3 H 6O3
DBO = 400
mgC 3 H 6 O3
DBO = 426,67
l
x
→ →
3mol1O2 1molC 3 H 6 O3
x
3O2 + 3 H 2O 1molC 3 H 6 O3 90 x10 2 C 3 H 6 O3
x
32 x10 2 mgO2 1molO2
mgO2 l
b. Sólidos en sus pensión 800mg / I = 0.8 Kg / m 3 Vertido: 15/s = 54 m 3 / h Rendimiento: 94% Densidad: 1.07g/c m 3 =1070Kg/ m 3 Humedad: 76% Lodos =
m
3
Volumen de lodos: ρ = 1070 kg / m
13
23
lodos (húmedo ) 54m 3 Kg lodos x = 169.2 H h 24 g lodos(sec o )
(0.94)0.8 Kg (sec o) 100 g
3
x
v=
m
=
ρ
169.2kg / h 1070kg / m 3
v = 1366 .25
c.
=
3
h
x
24h 30dias 12meces x x día 1mes 1año
=
2.67 x10 −3 mol / l
m 3lodos año
[Cd ] = 300 +2
0.158
m
mg l
x
1molCd +2 3
112.4 x10 mg
La reacción: +2
Cd
−
+ 2OH → → Cd (OH ) 2 ;
+2 → → Cd Cd (OH ) 2 ←
Ks
=
+ 2OH
−
[Cd ][OH ] = [s][2s] +2
2
−
La alcalinidad: pH = 8 pH = − log[ H + ] = 8; [ H + ] = 10 −8 Ks
=
[ H ][][OH ] = 10
[OH ] = −
+
−
10 −14 10
−8
= 10
[Cd ][OH ] = 4s +2
s
−
= 8.74 x10
−6
=
[2.67 x10 ][10 ] −3
−6
molCd + 2 l
[Cd ] = 93.23 ppmCd +2
14
23
−6
2
−6
[Cd ] = 8.74 x10 +2
3
−14
+2
x
112.4 x10 3 mgCd + 2 1molCd +2
=
93.23mg / l
7. Los factores de emisión establecidos por la EPA indican que que un proceso de incineración de bacterias producirá, por tonelada de basura incinerada, las siguientes emisiones: • 1.25kg de dióxido de carbono • 1.6kg de óxidos nitrosos • 0.75kg de hidrocarburos. • 14kg de partículas • 18kg de monóxido de carbono. Si una incineradora .no tuviera sistema alguno de tratamientote gases ¿cual seria la concentración de cada uno de los contaminantes producidos en los gases de chimenea, sabiendo que se emiten 1250Nm 3 de gas pro tonelada de basura incinerada. Considere los óxidos de nitrógeno como dióxido de nitrógeno y exprese los resultados que sean posibles en ppm y en mg/Nm3
Solución: Flujo = 1250
Nm3 gas Tm basura
a. Concentracion de SO2 1.25KgdeSO2
=
TM basura
10
3
mg SO2 Nm 3
*
1250 Nm 3
= 10
−3
kgdeSO 2 Nm
3
*
10 4 mg 1Kg
= 10
3
mg SO2 Nm
3
TM basura
1molSO2 64 * 10 4 mgSO2
*
22.4 * 10 3 cm 3 SO2
=
1molSO2
350
cm 3 Nm 3
=
350 ppmSO2
b. Concentracion de NO2 1.5KgdeNO2
=
TM basura
1200
mg NO2 Nm 3
1250 Nm 3
= 12 * 10
−4
kgdeNO2 Nm 3
23
1Kg
= 1200
mg NO2 Nm 3
TM basura
*
1molNO2 46 × 10 3 mgSO2
*
22.4 *10 3 cm 3 SO2 1molNO2
c. Concentracion de HC (hidrocarburos )
15
*
10 4 mg
=
584,34
cm 3 Nm 3
=
584.34 ppmNO2
14 Kgde Particulas = 1250 Nm3 TM basura TM basura
=
6 *10
−4
kgdeHC 10 4 mg * Nm3 1Kg
=
600
mg HC Nm3
d. Concentracion de particulas : 0.75KgdeHC = 1250 Nm 3 TM basura TM basura
= 11.2 *10
−3
kgdeHC 10 4 mg * Nm 3 1Kg
= 11200
mg Particulas Nm 3
e. Concentracion deCO : 18 Kgde CO
=
TM basura
14400
16
23
mg CO Nm 3
1250 Nm 3
4
= 14.4 * 10
−4
kgdeHC 10 mg * 3 1Kg Nm
= 14400
mg HC Nm
3
TM basura
*
1molCO 28 × 10 3 mgCO
*
22.4 *10 3 cm 3CO 1molCO
= 11520
cm 3 Nm 3
= 11520 ppmNO
8. Una industria utiliza como combustible 500kg/dia de un gasoleo que contiene 0.4%de azufre y emite a la atmósfera 1.5nm3de gas pro Kg. de gasoleo. a. Calcular la concentración de SO2 en los gases de emisión expresándolo en mg/Nm3 b. Si para depurar las emisiones se emplea un método “seco”, utilizando caliza, c. Calcular la cantidad diaria que se necesitara de una caliza que contiene300mg/l de ácido acético (CH3-COOH) Calcular la DBO total que ocasionaría la presencia de dicho contaminante.
Solución:
a. Cantidad SO2 en los gases de emision :
S =0.004(500
kg dia
)=2
kg dia
En la reaccion : S + O → SO2 =
2 KgS 1mol deSO2 ×
dia =
1mol S
2 KgS dia
×
750 Nm3 / dia
×
1molS 32 ×10 −3
1mol deSO2
×
−
×
64 ×10 3 KgSO2 1molSO2
1molS 32 ×10
1mol S
−3
×
=
4
KgSO2 dia
64 ×10 −3 KgSO2 1molSO2
= 5333 .33
mgSO2 Nm3
b. lareacccion de depuracion se det er min a a la cantidad de caliza :
SO2 + CaCO3 +
=
4 KgSO 2 (0.85)dia
×
1mol deCaCO3 1molSO2
×
1 2
O2 → CaSO4 + CO2
1molSO2 − 64 × 10 3 SO2
×
− 100 × 10 3 KgCaCO3
Aguas residuales convertidos de ácido acético
CH 3 − COOH = 300mg / L
17
23
1molCaCO3
=
7.35
KgCaCO 3 Dia
Reacción de biodegradación:
C 2 H 4 O2 DBO =
300mgC 2 H 4 O2
DBO = 320
18
23
L mgO2 L
*
+ O2 →
2molO2 1molC 2 H 4 O2
2CO2
*
+ 2 H 2 O
1molC 2 H 4 O2 60 *10mgC 2 H 4 O2
*
32 *10 2 mgO2 1molO2
9. Una industria industria tiene un ritmo de producción de de 5000 unidades de producto por día y genera unas aguas residuales con caudal de 20 l por por unidad de producción y unas emisiones en la atmósfera con un caudal de Nm3 de gas por unidad unidad de producción a. si las aguas residuales residuales poseen una DBO de 200 ppm de O2 y es atribuida la concentración de este compuesto en el vertido. b. Calcular la cantidad diaria de hipoclorito de sodio necesaria para eliminar completamente dicho DBO. Considere el proceso se se realiza en medio básico consideraciones en q el hipoclorito se reduce hasta un Ion cloruro. c. Si se estima una emisión a la atmósfera se 10^8 partículas por día. Calcular la concentración de de partículas en el gas de emisión.
Solución:
Producción
= 5000 Unid/día
Agua Residual: Q = 20L/unid
Producción de agua residual = 20 Emisión a la atmósfera = 2
Nm 2 unid
l unid
*
*
5000unid dia
5000unid dia
= 10
4
= 10
4
l / dia
Nm 2 dia
a. DBO = 200 ppmO2
La reacción de biodegradación del propanoico propanoico (CH 3 C 3 H 4 O2
− CH 2 − COOH )
+ 1 / 2O2 → 3CO2 + 3 H 2 O
Concentración del propanoico:
= 132.14
= 132.14
19
23
mgO2 l
*
1molC 3 H 4 O2 3.5molO2
mgC 3 H 4 O2 l
*
1molO2 32 *10 2 mgO2
*
74 *10 3 mgC 3 H 4 O2 1molC 3 H 4 O2
b. La cantidad de NaClO, en la siguiente reacción: C 3 H 6 O2
+ 7 NaClO → 3CO2 + 3 NaCl + 3 H 2 O
Calculo de NaClO : = 132.14
=
mgC 3 H 6 O2
931.23 x10 4
l
x
7molNaClO 1molC 3 H 6 O2
kgNaClO l
x10
4
l
=
dia
=
1molC 3 H 6 O2 74 *10 3 mgC 3 H 6 O2
931.23
x
74 x10 3 kgNaClO 1molNaClO
kgNaClO dia
c. Emisión de partículas: Emisión a la atmósfera: 105 partículas /día Q = 10 3 Nm 2 / dia concentraciondeparticulas =
20
23
10 5 particulas / dia 3
2
10 Nm / dia
= 10
2
particulas Nm
2
10. Una industria agraria quema diariamente 100 toneladas de un carbón que contiene 75% de carbono, carbono, un 4% de azufre y un 0.2% de cromo. Las emisiones de gas a la atmósfera procedentes a dicha combustión equivalen a 5500Nm 3/hora determine. a. La concentración concentración de dióxido de azufre en el vertido gaseoso tanto en ppm y en mg/Nm3, si no se dota a la industria de un sistema sistema de tratamiento de gases. b. si el factor de emisión de óxidos de nitrógeno es de 1.8 kg de NO2 por tonelada de carbón, carbón, y considere que el 90% corresponde a monóxido de nitrógeno NO, calcule la concentración concentración de NO NO y NO2 en los gases de 3 emisión expresándolas en mg/Nm si se realiza depuración alguna. c. se genera 14 kg de escoria por cada 100 kg de carbón quemado, calcule el volumen anual de escoria producido, sabiendo que su densidad es de 0.85 g/cm3. d. Suponiendo que el cromo presente en el carbón se emitiese en un 1% a la atmósfera’ en forma de partículas de oxido de cromo y que el resto fuera arrastrado por por aguas lavadas del horno y de las instalaciones de combustión, cuya cuya caudal es de 80m3 /dia, en forma de anion cromato.
Calcule: •
• •
La concentración de partículas de oxido de cromo (VI) en los gases gases de combustión. La concentración del cromato en el vertido. Expresada en ppm. La cantidad diaria de cloruro de calcio dihidratado, expresado en kg. Necesaria para precipitar estequiometricamente estequiometricamente en anion cromato en forma de cromato de calcio.
Solución:
Carbón: 1000 TM/dia Contiene:
C = 75% := 0.75 * (100) = 75TM / dia = 75000 Kg / dia S = 4% := 0.04 * (100) = 4TM / dia = 4000 Kg / dia Cr = 0.2% := 0.002 * (100) = 0.2TM / dia = 200 Kg / dia
Emisor de gases:= 5500Nm 3 /h 21
23
a. concentración de SO 2 : →
S + O2
=
−3 Kg SO2 4000 Kg S 1mol SO 1mol S 64*10 KgSO2 dia = * * * * 3 3 3 . 3 3 dia h 1mol S 32 *10 −3 Kg S 1mol SO2 24 h
6
333.33 Kg SO2 10 mg = * 5500 Nm 2 / h 1Kg = 60606.06 =
SO 2
mgSO2 Nm
2
*
mgSO2
= 60606.06
3 3 22.4*10 − cm
1mol SO2
*
Nm
2
1mol SO2 3 64 *10 mg SO2
= 21212.12
21212.12 ppmSO2
b. Emisión de Q=
NO 2 =1.8Kg/TMcarbon
1.8 Kg TM carbon
*
100TM carbon dia
= 180
Kg NO2 dia
Cantidad : NO = 0.90(180) = 162 Kg NO / dia = 6.75 Kg NO / h NO2
= 0.10(180) = 18 Kg
NO2 / dia = 0.75 Kg NO2 / h
Concentracion : =
6.75 Kg NO / h 106 mg * 5500 Nm3 / h Kg
=
0.75 Kg NO2 / h 10 mg * 5500 Nm3 / h Kg
= 1227.27
6
c.
22
23
= 136.36
KgNO Nm3 KgNO2 3
Nm
cm
3 2
Nm
Escorias=
14 KG 100 Kgcarbon
*
100000 Kgcarbon dia 3
ρ escoria = 0.85 g / cm = 850 Kg / m Volumen = v = m / ρ =
850 Kg / m3
=2
dia
*
3 dia 10 g
24h 1Kg
Kg es escorias dia
3
14000 Kg / dia
Emision de cromo a la atmosfera :1%; KgCr
= 14000
= 16.47
m3 dia
.01*( 200 Kg / = 0.01*( = 83.33
*
365dias
= 6011.55
año
escoria m 3
dia) = 2 KgCr / d ia
gCr h
3 3 Q = 80m / dia = 3.33m / h
# concen concentraci tracion on dela de la paricu paricula la deCrO de CrO3 enlos en los gases gases de emision emision : la re reaccion : = 83.33
Cr
3 / 2O2
+
gCr 1molCrO3 1molCr 100 gCrO3 * * * 1molCr 52 gCr 1molCrO h 3
160.25 gCrO3 / h 106 mg * = 5500 Nm 2 / h 1g −2
= Concen Concentra tracio cion n deCrO3 = 0.99( 200) = 198 KgCr /
En la reaccion Cr + 2O2
= 29.14
gCrO3 h
Nm
2
enel vertid vertido o :Cantid Cantidad ad deCr quequeda quequeda :
dia = 8250 gCr / h −2
→ CrO4
18403.85 gCrO4− / h 10 mg 1m = * * 2 3.33 Nm / h 1g 1l 6
= 160.25
mgCrO3
2 2 gCr 1molCrO4− 1molCr 116 gCrO4− = 8250 * * * 2 h 1molCr 52 gCr 1molCrO4− 2
→ CrO3
3
= 5521.15
= 18403.85
mg l
gCrO4−
2
h −2
= 5521.15 ppmCrO4
cantid ntida ad de CaCl CaCl2 .2 H 2O −2
En la reaccion CaCl2 .2 H 2 O + CrO4
→
CaCrO4
+ 2 H 2O + Cl2
cantidad de CrO4− : 18403.85 g / h = 441.69 Kg / dia 2
KgCrO4−
2
=
441.69
= 559.73
23
23
dia
2 1molCaCl2 .2 H 2 O 1molCrO4− 147 gCaCl2.2 H 2 O * * * 1molCrO4−2 116 gCrO4−2 1molCaCl2.2 H 2 O
KgCaCl2 .2 H 2O dia
año
