TEMA 2.2 GUIA EJEMPLOS DE BALANCES DE MASA
1. A una planta de tratamiento de aguas urbanas ingresa un flujo de 300 m 3 /min con una concentración de sólidos de 120 mg/L y una concentración de DBO (materia orgánica) de 250 mg/L
A) calcular la masa de sólidos y DBO que ingresa: Solidos 120 mg/L = 120 gr/m 3 DBO 250 mg/L = 250 gr/m 3Q= 300 m3 /min Masa sólidos = Q x C solidos = 300 x 120 = 36.000 gr/min= 36 Kg/min (flujo másico) Masa DBO = Q x C DBO = 300 x 250 = 75.000 75.000 gr/min = 75 Kg/min (flujo másico) B) Se ha instalado una industria en las cercanías de la planta de tratamiento y ha comenzado a descargar sus residuos líquidos en la misma. Una medición del RIL antes de su descarga al alcantarillado dio como resultado un caudal de descarga de 30 m3 /min y concentraciones de DBO y Sólidos de 950 y 500 mg/L respectivamente. Calcular la masa de sólidos y DBO que descarga la industria y cuales serían los nuevos valores de concentración de estos parámetros a la entrada de la planta de tratamiento. Para la industria: Solidos 500 mg/L = 500 gr/m 3 DBO 950 mg/L = 950 gr/m 3Q= 30 m3 /min Masa sólidos = Q x C solidos = 30 x 500 = 15.000 gr/min= 15 Kg/min (flujo másico) Masa DBO = Q x C DBO = 30 x 950 950 = 28.500 28.500 gr/min = 28,5 Kg/min (flujo másico) Suponiendo que la densidad de las aguas residuales es igual a 1 concentración a la entrada de la planta sería
(M=V) el cálculo de
Masa Solidos 36 + 15 15 = 51 51 Kg/min Masa DBO 75 + 28,5 = 103,5 Kg/min Kg/min Si la densidad es 1 puedo asumir que Q = 300 + 30 30 = 330 m 3 /min Concentración sólidos = [51 Kg /min] / [330 m3 /min] = 0,15 Kg/ m3 = 150 mg/L Concentración DBO = [103,5 Kg /min] / [330 m 3 /min] = 0,31 Kg/ m3 = 310 mg/L
2. Un lodo que contiene un 70% de agua se seca hasta un punto en el que se ha eliminado el 80% del agua contenida inicialmente. Calcular: a) La masa de agua eliminada por kg de lodo húmedo; b) La composición del lodo seco M1 (lodo humedo) 70% humedad 30% solido
M2 (lodo seco)
agua base calculo M1 =1 Kg: 70% agua: 0,7 x M1 = 0,7 Kg, 30% solido =0,3 =0,3 x M1 = 0,3 0,3 Kg
se retira 80% agua inicial = 0,8 x 0,7 x M1 = 0,56 Kg agua remanente: 0,7 – 0,56 =0,14 Kg La masa de agua eliminada por kg de lodo húmedo; 0,56 Kg agua/Kg lodo humedo La composición del lodo seco: 0,3 Kg solidos, 0,14 Kg agua ; total 0,44Kg Composición: agua: 0,14/0,44x100 = 31,82 % Solidos: 0,3/0,44 x 100 =68,18% 3. Se utiliza un sistema de separación por membrana para concentrar un residuo líquido desde un 10 % (M1) hasta un 30% de sólidos totales (M4). Este proceso se realiza en dos etapas, en la primera de las cuales se produce una corriente residual de bajo contenido en sólidos (M2) y en la segunda se separa el producto final (M4) de otra corriente con bajo contenido de sólidos que es recirculado a la primera etapa.(M5) Calcular la magnitud de la corriente de reciclaje si contiene un 2% de sólidos totales , la corriente residual contiene un 0.5 % de sólidos totales y la corriente principal entre las dos etapas contiene un 25% de sólidos totales. En el proceso deben producirse 100 kg/min de residuo de 30% de sólidos totales. M2 M1
M3
M4
M5 Datos: M5: 2% ST, 98% agua M2: : 0,5% ST 99,5% agua M3: 25% ST, 75% agua M4: 30% ST 70% agua: 100 Kg/min M1: 10% ST, 90% agua B calculo; 1 minuto Se pide calcular M5 Haciendo balance en etapa 2: balance total M3 = M4 + M5 = 100 + M5 (1) Balance solidos 0,25 M3 = 0,3 M4 + 0,02 M5 = 30 + 0,02 M5 (2) Arreglando la ecuación (1) y reemplazando en (2) queda 0,25 M3 = 30 + 0,02 (M3 – 100) = 30 + 0,02 M3 –2 0,23 M3 = 28 M3= 121,74 Kg/min de (1) M5 = M3 – M4 = 21,74 Kg/min Balances de masa para resolver
1. Un río que porta un caudal de 25 m3 /s y con una concentración en sales de 400 ppm recibe una descarga agrícola de 5 m 3 /s con una concentración en sales de 2000 mg/l, que se mezcla y distribuye uniforme e instantáneamente. Una localidad situada aguas abajo toma el agua del río y la mezcla con un caudal de agua completamente libre de sales, para garantizar el suministro a la población de un agua con contenido en sales no superior a 500 ppm.¿Cuál deberá ser el coeficiente de mezcla entre el agua pura y la proveniente del río? 2. El efluente de una planta de tratamiento de aguas residuales desemboca en un riachuelo. Las características de ambos se muestran en la siguiente tabla:
Parámetro
Riachuelo
Efluente
Caudal
8640 m3 /día
1,2 m3 /s
DBO, mg/l
25
2,1
Amoniaco, mg/l
7
0
Nitratos, mg/l
10
3
Cloruros, mg/l
15
5
Determinar las características del corriente resultante de la mezcla. 3.
En una empresa productora de cecinas, hace unos años, se instaló una planta de tratamiento primario para reducir la contaminación. La planta cuenta con un sistema de separación de sólidos gruesos, seguido de un sedimentador y un sistema de flotación. La eficiencia de remoción de sólidos en el sedimentador es del 90% para los sólidos sedimentables. De este equipo se retira un lodo con un 90% de humedad. En el caso del sistema de flotación, la eficiencia de remoción de sólidos suspendidos es del 80% y la corriente que contiene el material suspendido (principalmente grasas)contiene un 50% de agua. A la planta de tratamiento ingresan 100 m 3 /día de riles. Una primera caracterización de los mismos, luego de la etapa de separación de sólidos gruesos, entregó los siguientes datos para el afluente: Sólidos suspendidos : 500 ppm: Sólidos sedimentables: 300 ppm M4
afluente luego de separación de sólidos gruesos M1
SEDIMENTADOR
M3
FLOTACION
M2 M5 a) Por que corrientes se retira la mayor proporción de sólidos sedimentables y de sólidos suspendidos? (1 punto) b) Calcular los flujos másicos de cada corriente (3 puntos) c) Calcular la concentración final de los sólidos suspendidos y sedimentables al término del tratamiento (en M5) (3 puntos)
