Ejercicios Resueltos de Ciencias Ambientales Doc

UNIVERSIDAD NACIONAL HUANCAVELICA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E.P INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA

Tema:

PROBLEMAS RESUELTO DE CONTAMINACION DEL AGUA, AIRE Y SÓLIDOS CÁTEDRA

:

CIENCIAS AMBIENTALES

CATEDRÁTICO

:

Ing. ADIEL ALVAREZ TICLLASUCA

HUANCAVELICA – PERÚ 2015


EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTAMINACIO DE AGUA, AIRE Y SÓLIDOS

LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL El aumento continuo de la población, su concentración progresiva en grandes centros urbanos y el desarrollo industrial ocasionan, día a día, más problemas al medio ambiente conocidos como contaminación ambiental. Ésta consiste en la presencia de sustancias (basura, pesticidas, aguas sucias) extrañas de origen humano en el medio ambiente, ocasionando alteraciones en la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas. 1.- Efectos de la contaminación. Los efectos se manifiestan por las alteraciones en los ecosistemas; en la generación y propagación de enfermedades en los seres vivos, muerte masiva y, en casos extremos, la desaparición de especies animales y vegetales; inhibición de sistemas productivos y, en general, degradación de la calidad de vida (salud, aire puro, agua limpia, recreación, disfrute de la naturaleza, etc.). 2.- Causantes de la contaminación. Los causantes o contaminantes pueden ser químicos, físicos y biológicos.  Los contaminantes químicos se refieren a compuestos provenientes de la industria química. Pueden ser de efectos perjudiciales muy marcados, como los productos tóxicos minerales (compuestos de fierro, cobre, zinc, mercurio, plomo, cadmio), ácidos (sulfúrico, nítrico, clorhídrico), los álcalis (potasa, soda cáustica), disolventes orgánicos (acetona), detergentes, plásticos, los derivados del petróleo (gasolina, aceites, colorantes, diesel), pesticidas (insecticidas, fungicidas, herbicidas), detergentes y abonos sintéticos (nitratos, fosfatos), entre otros.  Los contaminantes físicos se refieren a perturbaciones originadas por radioactividad, calor, ruido, efectos mecánicos, etc.  Los contaminantes biológicos son los desechos orgánicos, que al descomponerse fermentan y causan contaminación. A este grupo pertenecen los excrementos, la sangre, desechos de fábricas de cerveza, de papel, aserrín de la industria forestal, desagües, etc. 3.- Formas de contaminación. Se manifiesta de diversas formas:  La contaminación del aire o atmosférica se produce por los humos (vehículos e industrias), aerosoles, polvo, ruidos, malos olores, radiación atómica, etc. Es la perturbación de la calidad y composición de la atmósfera por sustancias extrañas a su constitución normal.  La contaminación del agua es causada por el vertimiento de aguas servidas o negras (urbanos e industriales), de relaves mineros, de petróleo, de abonos, de pesticidas (insecticidas, herbicidas y similares), de detergentes y otros productos.  La contaminación del suelo es causada por los pesticidas, los abonos sintéticos, el UNH – 2015

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petróleo y sus derivados, las basuras, etc.  La contaminación de los alimentos afecta a los alimentos y es originada por productos químicos (pesticidas y otros) o biológicos (agentes patógenos). Consiste en la presencia en los alimentos de sustancias riesgosas o tóxicas para la salud de los consumidores y es ocasionada durante la producción, el manipuleo, el transporte, la industrialización y el consumo.  La contaminación agrícola es originada por desechos sólidos, líquidos o gaseosos de las actividades agropecuarias. Pertenecen a este grupo los plaguicidas, los fertilizantes' los desechos de establos, la erosión, el polvo del arado, el estiércol, los cadáveres y otros.  La contaminación electromagnética es originada por la emisión de ondas de radiofrecuencia y de microondas por la tecnología moderna, como radares, televisión, radioemisoras, redes eléctricas de alta tensión y las telecomunicaciones. Se conoce también como contaminación ergomagnética.  La contaminación óptica se refiere a todos los aspectos visuales que afectan la complacencia de la mirada. Se produce por la minería abierta, la deforestación incontrolado, la basura, los anuncios, el tendido eléctrico enmarañado, el mal aspecto de edificios, los estilos y los colores chocantes, la proliferación de ambulantes, etc.  La contaminación publicitaria es originada por la publicidad, que ejerce presiones exteriores y distorsiona la conciencia y el comportamiento del ser humano para que adquiera determinados productos o servicios, propiciando ideologías, variaciones en la estructura socioeconómica, cambios en la cultura, la educación, las costumbres e incluso, en los sentimientos religiosos.  La contaminación radiactiva es la resultante de la operación de plantas de energía nuclear, accidentes nucleares y el uso de armas de este tipo. También se la conoce como contaminación neutrónica, por ser originada por los neutrones, y es muy peligrosa por los daños que produce en los tejidos de los seres vivos.  La contaminación sensorial es la agresión a los sentidos por los ruidos, las vibraciones, los malos olores, la alteración del paisaje y el deslumbramiento por luces intensas. La contaminación sónica se refiere a la producción intensiva de sonidos en determinada zona habitada y que es causa de una serie de molestias (falta de concentración, perturbaciones del trabajo, del descanso, del sueño).  La contaminación cultural es la introducción indeseable de costumbres y manifestaciones ajenas a una cultura por parte de personas y medios de comunicación, y que son origen de pérdida de valores culturales. Esta conduce a la pérdida de tradiciones y a serios problemas en los valores de los grupos étnicos, que pueden entrar en crisis de identidad.

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PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA 1.- Calcular la dureza de las siguientes aguas ricas en sales de magnesio cuyo análisis dan los siguientes resultados : A.- 4 x10 4 M , Mg 2 . SOLUCION:

4 x10 4 M , Mg  2 

4 x10 4 molMg 2 . 1molCaCO3 100.09 gCaCO3 10 3 mgCaCO3 x x x Lagua 1molCaCO3 1gCaCO3 1molMg  2

Dureza = 40mgCaCO3 / Lagua = 40 ppmCaCO3 B.- 100 ppmMgCO3 SOLUCION:

100 ppmMgCO3 

100mgMgCO3 1gMgCO3 1molMgCO3 1molCaCO3 x 3 x x x Lagua 10 mgMgCO3 84.32 gMgCO3 1molMgCO3

100.09 gCaCO 3 10 3 mgCaCO 3 119 mgCaCO 3 x  1molCaCO 3 1gCaCO 3 Lagua Dureza = 119mgCaCO3 / Lagua = 119 ppmCaCO3 C.- 60 ppmMg 2 SOLUCION:

60 ppmMg

2

60mgMg 2 . 1gMg 2 1molMg 2 1molCaCO3  x 3 x x x Lagua 10 mgMg  2 24.31gMg 2 1molMg  2 100.09 gCaCO3 10 3 mgCaCO3 247mgCaCO3 x  1molCaCO3 1gCaCO3 Lagua

Dureza = 247 ppmCaCO3 2.- Un agua industrial tiene una concentración de 4 x10 4 M , Mg 2 . ¿Cuál es su dureza? SOLUCION: 4

4 x10 M , Mg

2

4 x10 4 molMg 2 . 1molCaCO3 100.09 gCaCO3 10 3 mgCaCO3  x x x Lagua 1molCaCO3 1gCaCO3 1molMg  2

Dureza = 40mgCaCO3 / Lagua = 40 ppmCaCO3 3.- ¿Cuál es la dureza de un agua natural que tiene una concentración de 80 ppm en CaCO3 ? SOLUCION: Dureza = 80mgCaCO3 / Lagua = 80 ppmCaCO3

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4.- ¿Cual será la dureza de un agua industrial que tiene la concentración de 60 ppm en Ca 2 ? SOLUCION:

60 ppmCa  2 

60mgCa 2 1gCa 2 . 1molCa 2 1molCaCO3 x 3 x x x Lagua 10 mgCa 2 40.08 gCa  2 1molCa  2 100.09 gCaCO3 10 3 mgCaCO3 150mgCaCO3 x  1molCaCO3 1gCaCO3 Lagua

Dureza = 150 ppmCaCO3 5.- Un agua de un manantial fue tratada con Na 2 CO3 .Para reducir su dureza. Después de del tratamiento la dureza se ha reducido hasta 10ppm de CaCO3 ¿Cuál será la concentración de

CO32 en el equilibrio? Dato: KcCaCO3  5.0 x10 9 SOLUCION: Conociendo la reacción de precipitación del CaCO3 y el equilibrio de solubilidad del mismo, podemos calcular la concentración del anion carbonato existente en el equilibrio.

Ca(aq2 )  Na2 CO3   CaCO3  2 Na  CaCO3   Ca(aq2 )  CO3(2aq) 1molCO3(2aq) 10mgCaCO3 1gCaCO3 1molCaCO3 10 ppmCaCO3  x 3 x x Lagua 10 mgCaCO3 100.09 gCaCO3 1molCaCO3 =

10 x10 5 molCO3(2aq) Lagua



KcCaCO3  5.0 x10 = Ca 9

CO   5x10 2 3( aq)

5

2 ( aq)

molCO3(2aq) Kc 5 x10 9 5    5 x10 Lagua Ca(aq2 ) 10 x10 5

CO   CO   2 3( aq)

2 3( aq)



M

6.- El análisis de un agua natural indica que es

4 x10 4 M , Mg 2 . , 6 x10 4 MCa 2 . y

8x10 4 M , HCO3 . Si se quiere ablandar dicha agua por el método de la cal y de la sosa

Ca(OH ) 2 yNa 2CO3  , calcule la cantidad de hidroxido de calcio y de carbonato de sodio que sera necesario emplear por cada m3 de agua : SOLUCION: A.- 4 x10 4 M , Mg 2 . B.- 6 x10 4 MCa 2 .

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C.- 8x10 4 M , HCO3 . El agua de partida contiene diferentes concentraciones por lo que habrá de añadir cal sosa. Para el calculo de Na 2 CO3 necesario se tiene la siguiente reacción :

Mg 2  Na2 CO3   MgCO3  2 Na Adición de Sosa 

4 x10 4 molMg 2 . 1molNa 2 CO3 106 gNa 2 CO3 10 3 L x x x Lagua 1molNa 2 CO3 1m 3 1molMg  2 =

42,4 gNa 2 CO3 m3

7.- Una muestra de agua residual que llega a una depuradora fue sometida al ensayo de incubación reglamentario para la determinación del parámetro DBO 5. Para ello, y dado que previsiblemente el valor de DBO5 será alto, se diluyeron 25 ml del agua residual hasta un litro con agua exenta de oxígeno. En esta nueva disolución se determina la concentración del oxígeno disuelto antes del ensayo de incubación y al finalizar el mismo, después de 5 días, obteniéndose los valores de 9 y 1 mgO2/l respectivamente. ¿Cuál es el valor del parámetro DBO5? SOLUCIÓN: Sabiendo que la DBO5 es la diferencia entre la concentración inicial y final de oxígeno disuelto, y teniendo en cuenta el grado de dilución.

DBO5 

mg O2 l agua residual

Dis min ución de O2 disuelto  DBO5 

9 mg O2 1 mg O2 8 mg O2   l agua l agua l agua

8 mg O2 1 l agua (dilución ) 10 3 ml agua (residual ) x x l agua (dilución ) 25 ml agua(residual ) 1 l agua (residual )

DBO5  320

mg O2  320 ppm O2 1 lagua (residual )

8.- Una muestra de 50 ml de un agua residual se diluyó hasta 500 ml con agua exenta de oxígeno y se determinó la concentración en oxígeno disuelto de la muestra diluida, que resultó ser de 6 ppm. Al cabo de 5 días de incubación volvió a repetirse la determinación de oxígeno disuelto, siendo el valor hallado en esta ocasión de 2 ppm. Calcule la DBO5 del agua residual. SOLUCIÓN:

Vr  50 ml agua residual Vd  500 ml agua (dilución ) Ci O2  6 ppm  6 mg O2 / 1l agua Cf O2  2 ppm  2 mg O2 / 1l agua

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DBO5 


mg O2 l agua residual

Dis min ución de O2 disuelto 

6 mg O2 2 mg O2 4 mg O2   l agua l agua l agua

4 mg O2 0.5 l agua (dilución ) 10 3 ml agua (residual ) x x l agua (dilución ) 50 ml agua(residual ) 1l agua (residual ) mg O2 DBO5  40  40 ppm O2 1lagua (residual ) DBO5 

9.- Un vagón cisterna de 60 m3 acaba de realizar un transporte con etanol. Para limpiarlo se llena completamente de agua. ¿Cómo variará la DBO total del agua si habían quedado en el fondo del vagón 10 litros de etanol? Supóngase que el etanol puede sufrir oxidación total por degradación biológica con el oxígeno. Dato: Densidad del etanol 0.87 g/cm3 a 20 ºC. SOLUCIÓN: Teniendo en cuenta la reacción de oxidación del metanol calculamos el oxígeno que empleara para su descomposición.

CH 3OH ( aq)  3 / 2 O2  CO2( aq)  2 H 2 O Oxígeno consumido por el metanol:

10 l CH 3OH 10 3 cm 3 CH 3OH 0.87 g CH 3OH 1 mol CH 3OH 1.5 mol O2 x x x x x 3 3 1l CH 3OH 32 g CH 3OH 1 mol CH 3OH 60 m agua cm 32 g O2 10 3 mg O2 mg O mg O2 x  217500 3 2  217.5 1 mol O2 1 g O2 1l agua m agua 10.- 100 ml de una muestra de agua residual consume para su oxidación total 30 ml de una disolución de dicromato de potasio 0.15 N. Calcule la DQO de dicha agua residual. SOLUCIÓN:

N º Equivalentes de K 2 Cr2 O7  30 x 10 3 x 0.15  4.5 x10 3 N º Equivalentes de Oxígeno  N º Equivalentes de Dicromato N º gramos de Oxígeno  N º Equiv. de Oxígeno x Pesoéquiv. de oxígeno N º gramos de Oxígeno  4.5 x10 3 x 8  36 x 10 3 DBO 

36 x 10 3 g O2 10 3 mg O2 10 3 ml agua x x 100 ml agua 1g l agua

DBO  360

mg O2 l agua

11.- Una industria química que produce acido acético CH3-COOH, evacua un caudal de agua residual de 100 l/s con una concentración en dicho ácido de 300 mg/l. Si se elimina el ácido acético, oxidándolo hasta CO2 con dicromato de potasio 1 M, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr+3, calcule el volumen diario de la solución de dicromato, expresado en UNH – 2015

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m3, que será preciso emplear. SOLUCIÓN: Para calcular el volumen de solución de K 2Cr2O a emplear, basta recordar que el n de moles de equivalentes de este oxidante debe ser igual al n moles de equivalentes de oxigeno que se hubieron consumido caso se hacerse la reacción de oxidación con este ultimo agente. La reacción de oxidación es:

CH 3 COOH  2 O2  2CO  2 H 2 O 300 x 10 3 g CH 3 COOH 1molCH 3 COOH 2mol 0 oxigenonec esario  x x 1 60 gCH 3 COOH l molCH 3 COOH oxigenonec esario  320mg 02 N º Equivalent es de K 2 Cr2 O totales N º Equivalent es de K 2 Cr2 O totales  345600equivalent eK 2 Cr2 O aldia volumendisolucionK 2 Cr2 Odiaria volumendisolucionK 2 Cr2 Odiaria  volumendiario 

345600equivalent eK 2 Cr2 O aldia l molequivalente

345600equivalent eK 2 Cr2 O aldia 6moldeequiv alenteK 2 Cr2 O

volumendiario  57.6

m3K 2 Cr2 O dia

12.- Calcule cual será el DQO de un agua residual que contiene una concentración de 5 ppm del pesticida baygon (C11H15O3N). considere que el nitrógeno se oxida totalmente hasta ion nitrato. La reacción química es: SOLUCION:

C11H 15O3 N  13 / 2 O2 11CO2  15 / 2 H 2 O  NO DBO  x

5 mg C11H 15O3 N 1molC11H 15O3 N 13 / 2mol O2 x x l 1molC11H 15O3 N 0.209mgC11H 15O3 N

0.032mg O2 mg O2  11.29 1 mol O2 l

DBO  11.29

mg O2 l

13.- La DBO total de una determinada agua es de 60 ppm de oxígeno mientras que para la oxidación total de una muestra de 50 cm3 de dicha agua se precisa 4 cm3 de dicromato de potasio 0.12 N. Calcule el DQO del agua mencionada e indique si la materia orgánica que predomina es de naturaleza biodegradable o no biodegradable. SOLUCIÓN: Se sabe que: UNH – 2015

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nEq  g V Dis min ución de O2 disuelto  384 x10 5 O2 N

384 x10  4 10 3 cm 3 agua mgdeoxigen o DQO  x  76.8 3 1l agua Lt 50cm 60 DBO / DQO   0.78 ppm O2 76.8 Respuesta: Por lo tanto predomina la materia orgánica biodegrable. 14.- Para declorar un agua se utiliza un carbón activo, con un contenido de 96% en carbón, que actúa según la siguiente reacción: Calcule: a) ¿Cuántos mg de carbón activo son necesarios par tratar 1 m3 de agua cuya concentración en cloro es de 0.4 ppm? b) Si empleamos una columna de 300 g de carbón activo para eliminar cloro de una agua que contiene 0.8 ppm del mismo, ¿Cuántos litros de agua pueden ser declorados por el carbón de la columna? Suponga que la eficiencia del tratamiento con el carbón activo es del 80%. SOLUCIÓN: A.- Carbón activo necesario



0.4 mg Cl 2 1mol C 2 0.012mgC2 10 3 L mgC x x x  35.21 3 3 l agua 2molCl 2 1molC 1m m agua

80 g C 1moldeC 10 3 mgCl2 71gCl 2 B.- VOLUMEN  300 gCarbonx x x x 100 gCactivo 12 gC 1gCl 2 1molC 2 volumen  284 x10 3 mgCl2 Por lo tanto:



284 x10 4 mg Cl 2  355 x10 4 L  3.6 x10 3 m 3 0.8mgCl2 Ltagua

15.- En las aguas del mar aral, un mar interior, la cantidad total de sólidos disueltos en el agua es del orden del 50 g/l. Para desalinizar esta agua utilizando un proceso de ósmosis inversa, ¿Cuál será la presión Mínima necesaria a la temperatura de 25 ºC? Dato: Suponga el Factor i de Van Hoff = 1.75 y que los sólidos disueltos corresponden un 60% a NaCl y el resto a KCl. SOLUCIÓN: La presión mínima se correspode4nderia con la presión osmótica del agua a tratar por tanto teniendo en cuenta la ecuación que relaciona la presión osmótica con la concentración.

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


LnRT V

30 g NaCl atmLt 298K x0.082 x  21.93atm l MolK 58.5 gmol atmLt 298K  17.5 x 20 gKClx 0.082 x  13.79atm MolK 62 gmol

  1.75 x

Por lo tanto la presion es mayor que : 35.72 atm

16.- A un agua residual que se encuentra a pH = 8 se le incorpora por un nuevo vertido, 13 ppm de Cr (III). ¿Precipitara el citado metal en forma de hidróxido de cromo (III)? Dato: Ks/Cr(OH)3/ = 6.7 x 10-31 SOLUCIÓN:

La reacción en el equilibrio:

Cr (OH )3  Cr 3  3OH 1

Cr  K OH  3

1

pH   LogOH  8

Cr   2.5x10 3

4

ahora : K  2.5 x10 2 x10 4  2 x10 6 En este caso se precipitará

17.- Una determinada industria genera un vertido de 500 l/h de un agua residual con un contenido en propanol de 150 mg/l y 60 mg de Ba+2/l. Calcule: a) La presión osmótica del agua residual, a 20º C, debida al propanol. b) La DBO total del agua residual. c) Si para eliminar el propanol se obatar por oxidarlo con una disolución de dicromato de potasio 2 N, en medio ácido, ¿Cuál sera el volumen de la misma que se precisaria diariamente? d) Si la Ba+2 del agua residual se precipita en forma de fosfato de bario mediante el empleo de fosfato de sodio ¿Qué cantidad de fosfato de sodio se necesitara diariamente, y que cantidad de lodos, compuestos por el fosfato de bario precipitado y con una humedad del 55%, se retirara anualmente? SOLUCION:

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mRT V CRT  1 mRT mgCHO atmLt 298K 1g   1150 x x0.082 x x 3  0.060atm V Ltagua MolK 60 gmol 10 mg



  0.060atm Reacción de propanol :

CHO3  O2  3CO2  4 H 2 O DBO  360mgO2 / LtH 2 O

18.a. Si para depurar la corriente A se pretende como primer paso reducir el cromato (CrO-2) hasta Cr-2, Calcular la cantidad diaria que se necesitara de sulfito se sodio (Na2SO3) si se utiliza este compuesto como reductor. b. Su se pretende precipitar como hidróxido todo el Cr+3 , obtenido en el paso anterior, calcular la cantidad de cal apagada (hidróxido de calcio de 85% de pureza que será) necesario emplear diariamente. c. Si para depurar la corriente B se pretende oxidar al ion cianuro (CN-) hasta dióxido d carbono y nitrógeno elemental, mediante una disolución 5M de hipoclorito de sodio (NaOCl), proceso en el cual el hipoclorito se reduce hasta ion cloro. Calcular los litros diarios de dicha solución oxidante que se necesitaran. SOLUCIÓN: a. La reacción química: 2Cr4-2+3Na2SO3=Cr2(SO4)3+6Na++1/2O2 Cantidad de sulfito:

60mgCrO4 l

2

 1013561.38

2

126 gNa2 SO3 1molCrO4 120l 3600s 24h 3molNaSO4 x x x x x x 2 2 3 s 1h d 1molCrO4 1molNa2 SO3 116 *10 mgCr4 gNa2 SO3 1.014TM .Na2 SO3  d d

b. La reacción química

Cr2 (SO4 ) 3  3Ca(OH ) 2  2Cr (OH ) 3  3CaSO4 Calculo de la cantidad de Cr2 (SO4 )3 :

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 60mgCrO4 l 1051100.7

2

EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTAMINACIO DE AGUA, AIRE Y SÓLIDOS 2

392 gCr2 ( SO4 ) 3 1molCrO4 120l 24h 1molCr2 ( SO4 ) 3 x x x x x 2 2 3 s d 1molCr2 ( SO4 ) 3 2molCrO4 116 *10 .mgCrO4

gCr2 ( SO4 ) 3 KgCr2 ( SO4 ) 3 105.1 dia dia

Calculo de la cantidad de Ca(OH ) 2 :



1051.1KgCr2 ( SO4 ) 3 3molCa(OH ) 2 1molCr2 ( SO4 ) 3 0.074 KgCa (OH ) 2 x x x dia 1molCr2 ( SO4 ) 3 0.392 KgCr2 ( SO4 ) 3 1molCa (OH ) 2 * 0.85

 700.3

KgCa (OH ) 2 dia

c. La reacción química:

2CN  5NaClO  2H   2CO2  5NaCl  N 2  H 2O Calculo de la cantidad de NaClO :

5mgCN  100l 3600s 24h 5molNaClO molNaClO x x x x  4153.85  l s h dia 2molCN dia M

n n 4513,85mol lNaClO V    830,77 V M 5mol / l dia

19.- Una industria química genera un agua residual que posee las siguientes características media: Caudal=80l/s Etanol=130mg/l Acido metanoico=400mg/l Sólidos en suspensión=500mgl

Pb   3mg / l 2

Para esta agua indique: a. La DBO total del agua residual debida a la presencia de etanol y del acido metanoico b. Si se pudiese eliminar selectivamente solo el acido metanoico, oxidándolo hasta CO2 con bicromato de potasio en medio acido, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr+2, ajuste la ecuación iónica de oxidación-reducción que tendría lugar y calcule el volumen diario de la solución de dicromato de potasio 2M, expresado en m3. Que seria preciso emplear. c. Las toneladas anuales de lodos húmedos, retiradas con un 40% de humedad, que se producirán si los sólidos e suspensión se reducen hasta 30mg/l. si se disminuye la concentración de Pb+2 precipitándolo por adición estequiometrica de una solución de carbonato de sodio. ¿cual será el consumo diario de carbonato de sodio sólido de pureza

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de 95%¿ cual será la concentración de Pb+2, expresada en ppb, en el agua residual una vez tratada? SOLUCIÓN: a. Para calcular la DBO será preciso ajustar las ecuaciones de oxidación del etanol y acido metanoico y calcular la contribución de cada una de la DBO total.

CH 3  CH 2 OH  3O2  2CO2  3H 2 O C 2 H 5OH  3O2  2CO2  3H 2 O 1 H  COOH  O2  CO2  H 2 O 2 CH 2 O2  1 / 2O2  CO2  H 2 O DBO causada por el etanol:

130mgC2 H 5OH 1molC 2 H 5OH 3molO2 32 *103 mgO2 x x x l 1molC 2 H 5OH 46 *10 3 mgC2 H 5OH 1molO2  271.30

mgO2 l.H 2O

DBO causada por el acido metanoico:

400mgCH 2 O2 0.5molO2 1molCH 2 O2 32 *10 3 mgO2 x x x l 1molCH 2 O2 46 *10 3 mgCH 2 O2 1molO2  139.13

mgO2 l.agua

DBOTotal  271.30  139.13  410,43

mgO2 l.agua

b. El ajuste de la ecuación de oxidación-Reducción permitirá establecer la estequiometria del proceso y por lo tanto calcular la cantidad de K2Cr2O7 necesario: La reacción iónica: 2

3H  COOH  Cr2O7  H   3CO2  2Cr 3  7 H 2O La cantidad de dicromato necesario: 2

1molCH 2 O2 80l 3600s 24h 400mgCH 2 O2 1molCr2O7  x x x x x s h d l.agua 3molCH 2O2 46 *10 3 mgCH 2 O2  20034.76 M

molCr2O7 dia

2

n n m3 K2Cr2O7 V   20034.78mol / dia  10.01 V M dia

c. Los fangos retirados vendrán dados por la diferencia de los sólidos iniciales y finales. SÓLIDOS ELIMINADOS = SÓLIDOS INICIALES - SÓLIDOS FINALES UNH – 2015

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mg mg mg  30  470 dolidos .e lim inados l l l lodos 80l 3600s 24h 365dias 470mg mg x x x x x  1.9761*1012 año s h dia año l. * 0.60( solidos sec os) año lodos.humedos  1976.17TM año

500

d. La estequiometria de la reacción de precipitación establecerá la cantidad de Na2CO3 :

Pb 2  Na2CO3  PbCO3  2 Na  Cantidad de carbonato de sodio:

80l 3600s 24h 3mgPb 2 1molNa2 CO3 1molPb 2 x x x x x s h dia l 1molPb  2 207,2 *103mgPb  2 16 *103mgNa2 CO3 10.61KgNa2 CO3 KgNa 2 CO3 x   11.17 1molNa2 CO3 0.95.dia dia Concentracion de Pb+2: La reacción:

PbCO3  Pb 2  CO3





Ks  Pb  2 CO3

3

3

  s.s  s

2

Ks  S 2 s  Ks s  1.5 *10 13  3.8729 x10 7

Pb   3.8729 x10 2

7

M

concentrac ion.dePb  2  80.29

3,8729 x10 7 molPb 2 207.2 gPb 2 106ugPb 2 x x l.agua 1molPb  2 1gPb  2

ugPb  2  80.29 pbbPb  2 l.agua

PROBLEMAS RESUELTOS DE CONTAMINACION DE AIRE 1.- Convierta los siguientes valores: a. 500 ppb de CO, medidos a 293K y 101,3 Kpa a mg CO/m3 SOLUCIÓN:

500 ppm  500

cm 3 l  0,5 3 3 m m

T  293K P  101.3Kpa  1atm gCO M  28 mol

UNH – 2015

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gSO2 1atmx 28 g / mol  1.165 Atmxl l 0.082 x 293K molxK 3 1 g 10 mg mgCO  0.5 3 x1.165 x  582,7 l g m m3 pv  nRT 

w w PM RT    M v RT

b. 500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg SO3/Nm 3 SOLUCIÓN:

500 ppm  500

cm 3 l  0,5 3 3 m m

T  293K P  101.3Kpa  1atm M  64

gSO3 mol

w w PM 1atmx64 g / mol gSO2 RT     2,66 M v RT 0.082 Atmxl x 293K l molxK 3 1 g 10 mg mgSO2  0.5 3 x 2.66 x x1331.89 m l g m3 pv  nRT 

c. 500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm3 SOLUCIÓN:

cm 3 l 500 ppm  500 3  0,5 3 m m gCO 28 gCO 1mol g M  28  x  1.25 mol mol 22,4l / mol l

 0.5

1 g 103 mg mgCO x 1 . 25 x  625 3 l g m m3

d. 500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO2/Nm3 SOLUCIÓN:

500 ppm  500

cm 3 l  0,5 3 3 m m

T  293K P  101.3Kpa  1atm gSO2 28 gSO2 1mol g M  64  x  2.85 mol mol 22,4l / mol l  0.5

1 g 10 3 mg mgSO2 x 2 . 857 x  1428.57 3 l g m m3

2.- Exprese las concentraciones de contaminantes que se indican en los valores que se piden: a. 250 mgC6H6/Nm3 en ppm. SOLUCIÓN: UNH – 2015

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1molC6 H 6 mg 1g 22.4l 103cm3 cm 3 250 x x x x  71.79 3  71.79 ppm 78 g 1molC6 H 6 1l Nm 2 103mg m b. 420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C6H6/Nm3 SOLUCIÓN:

420 ppm  420

cm 3 l  0,42 3 3 m m

T  293K P  101.3Kpa  1atm gC H M  78 6 6 mol gC H w w PM 1atmx64 g / mol pv  nRT  RT     3.246 6 6 Atmxl M v RT l 0.082 x 293K molxK 3 mgC6 H 6 1 g 10 mg  0.42 3 x3.246 x  1363.5 m l g m3 c. 350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO2/Nm3 SOLUCIÓN:

cm 3 350 ppm  350 3 m gNO2 M  46 mol cm3 1l 46 gNO2 mg 1mol 103 mg mgNO2  350 3 x 3 3 x x x  718.75363.5 m 10 cm 1mol 22.4l 1g m3 d. 250 mg de NO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO2. SOLUCIÓN:

250mgNO2  0.25 gNO2 T  293K P  101.3Kpa  1atm gNO2 mol w w PM 1atmx 46 g / mol gNO 2 pv  nRT  RT     1.915.246 M v RT 0.082 Atmxl x 293K l molxK 1l lNO 2 cm 3 NO2  0.25 g  0.1305 3  130.5  130.5 ppmNO2 1.915 g m .aire m3 M  46

3.- Una estación Municipal de control de contaminación media de ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 g / m3 a 25ºc y 1 Bar. ¿Cuál será la concentración de ozono expresado en ppm? SOLUCIÓN: UNH – 2015

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25g cm 3 1g 1 Concentración =  500 3 x 6  0.5 3 3 m m 10 ug m T  298K P  1bar  750mmmhg  0  9861atm w w PM 0.986atmx 46 g / mol 48 g gg RT     1.937 M v RT 0.082 Atmxl x 293K 298Kxmol l molxK g 1 103cm3 cm 3  25 *104 3 x x  0.0129 3  0.0129 ppm.ozono m 1.937 g 1l m pv  nRT 

4.- Una norma de calidad fija para el monóxido de carbono una concentración media de 11 ppm medidos durante un periodo de muestreo de 24 horas. ¿cual será la concentración equivalente en mg/m3. SOLUCIÓN:

cm3 m3 cm3 1mol 28 gCO 1l 103 cm3 mg  11 3 x x x 3 x  13.75 m 22,4l 1mol 10 cm3 1g Nm3

11 ppm  1

P  1.05bar  1.036atm T  500ª C  273K pv  nRT 

w PMv 0.986atmx 46 g / mol 48 g gg RT  w    1.937 Atmxl M RT l 0.082 x 293K 298Kxmol molxK

5.- En una planta de producción de energía , el gas de chimenea sale a 500C y contiene las cantidades de bióxido de azufre que a continuación se indica según sea la calidad de combustible quemado: a. 2100 ppm b. 1900ppm. Si la emisión de gases es de 30000m3/min. cual será la emisión de gas de SO2/5? Dato: La presión de los gases a la salida de la chimenea es de 1.05 bar. SOLUCIÓN: a. 2100 ppm  2100 b. 1900 ppm  1900

cm3 l  2.1 m3 m3

cm3 l  1.9 m3 m3

a.

UNH – 2015

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PMv 1.0364atm 2M 64 gSO2 gSO  x 3 x  2,196 3 2 Atmxl m 1molx 273K RT m 0.082 molxK g 30000m3 1 min gSO  2.196 x x  1098 3 2 m3 min 60seg m w

b.

1.0364atm 1.9l 64 gSO2 gSO x 3 x  1.987 3 2 Atmxl m 1molx 273K m 0.082 molxK g 30000m3 1 min gSO w  1.987 x x  993.5 3 2 m3 min 60seg m w

6.- Una norma de calidad del aire fija para el dióxido de azufre una concentración de 85ug/m3 a 20·C y 1.1 bar de promedio anual. ¿cual será la concentración equivalente en ppb . SOLUCIÓN: Concentración =

85g ug 1g g  85 3 x 6  85 *106 3 3 m m 10 ug m

T  20ª C  273K  293K P  1.1bar  1.0855atm w w PM 1.0855atmx64 gSO 2 / mol 64 g g RT      2.891 Atmxl M v RT 298Kxmol l 0.082 x 293K molxK 3 3 3 g 1 10 cm 10 mm3 mm3  85 *10 6 3 x x x  29.40 3  0.0129 ppb.SO2 m 2.891g 1l 1cm3 m pv  nRT 

7.- Un método muy frecuente de obtención de cobre es el tratamiento de sulfuro de cobre (I) con oxigeno, proceso en el cual se libera e cobre metálico y se genera dióxido de azufre. Si de desea fabricar diariamente 40Tn de una aleación Cu-Ni con un contenido de cobre de 18%. Calcule: a. La cantidad diaria de mineral de cobre , con un contendido de sulfuro de cobre (I) del 32% que abra que tratar, si el proceso de obtención del cobre transcurre con un rendimiento del 78% b. Si todo el azufre contenido en el minera procesado se emitiera a la atmósfera como SO2, ¿ Cual serán las emisiones diarias de este compuesto a la atmósfera expresada en Kg SO2/dia?. c. ¿Cual seria la concentración de este compuesto en las bases de emisión si se liberan a la atmósfera 6.2*104 Nm3 de gas por tonelada de mineral procesado?. Exprésala en ppm y mg SO2/Nm3. SOLUCIÓN:

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a. La reacción: Cu2 S  O2  2Cu  SO2 Aleación Cu-Ni: 18%Cu Producción: 40OM/dia Cu en la aleación: 0.18(40)=7.2TM/dia Rendimiento:

7.27TM / dia  9.23TM / dia 0.78

La cantidad de mineral de cobre:



1molCu 2 S 1molCu 159 gCu 2 S 9.237TM TM 11.55TM / dia x x x  11.55  2molCu 63.5 gCu 1molCu 2 S dia dia 0.32

 36.11TM / dia.deCu 2 S b. de la reacción: Cu2 S + O2 → 2Cu + SO2 Se tiene:

1molSO2 1molCu 2 S 64 gSO2 11.55TMCu 2 S x x x 1molCu 2 S 159 gCu 2 S 1molSO2 dia KgSO2 TM  4.649  4649 dia dia 

c. se tiene:

6.2 x10 4 Nm 3 gas  x36.11TM min eral  223.882 x10 4 Nm 3 gas TM min eral mgSO2 4649 Kg 10 4 mg  x  2076.54 4 3 1Kg 223.88 x10 Nm Nm 3

4649 Kg 22.4l 1mol 10 3 cm 3 10 3 g  x x x x 1l 1Kg 223.88 x10 4 Nm 3 1mol 64 g 3 cm  726.79  726.79 ppmSO2 Nm 3 8.-

Sabiendo que le valor limite umbral (VLU) que indica el porcentaje del oxigeno en el aire ambiente por debajo del cual pueden ocasionarse efectos perjudiciales para la salud es de 18% en volumen, calcule si se correría el riesgo de alcanzar en un laboratorio de dimensiones 8m de largo, 5m de ancho y 3m de altura en el que se produce una fuga total del nitrógeno contenido en 4 botellas de 20 litros cada uno, a una presión d 180 atm. Y situados en el interior del laboratorio. Considere que el laboratorio se encuentra a una presión de 1atm. Y 22 C de temperatura, y que la composición de aire es de un 21% de oxigeno y un 79% de nitrógeno en volumen. SOLUCIÓN: Efecto perjudicial (18% de O2 en el aire Laboratorio P= 1Atm T= 22C Volumen total de laboratorio (aire) = 8mx5mx3m=120m3 Fuga de nitrogeno: P s1= 4x20l=80l

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Ps2= 180Atm. Aplicando la ley de Boyle: P1 V1=P2 V2 V2=180atmx80l=14400l=14.4 m3 N2 Volumen de aire: 120 m2 VolO2=0,21(120)=25,2 m3 VolN2= 0.79 (120) = 94,8 m3 Volumen de N2= 94.8 + 14.4 (fuga) = 109.2 m3 N2 Volumen del aire: Vol.O2 + Vol.N2 = 25.2 + 109.2 = 134.4m3 VolO2= 25.2/134.4 x 100% = 18.75% O2 Vol N2= 109,2/134.4 x 100% = 81.25% N2 Por lo tanto al ser: 18.75%. 18% no supone riesgo aunque este muy próximo.

PROBLEMAS DE CONTAMINACION CON RESIDUOS SÓLIDOS 1.- En una determinada incineradora se 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/Nm3, si el caudal de gases es de 15 Nm3/kg de residuo incinerado. SOLUCIÓN: Residuos: 45 TM = 45000 Kg Concentración: 2

g Hg kg residuo

 2 gHg  45000kg   90000 g  90kgHg  kg 

Cantidad de Hg: 

Nm 3 Flujo de gases: 15 kgresiduo 

Total de Gases: 15



Nm 3  3  x45000kgresiduo  675000 Nm kgresiduo 

Calculo de la concentración: 3 3 3 cm 3  90kgHg   1molHg  10 cm  10 g    14 . 9    3  Nm 3  675000 Nm   200.6 gHg   1l   1kg 

2.- Al hacer una auditoria ambiental en una empresa se detecta que sus problemas medio ambientales son fundamentalmente: UNH – 2015

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 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 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 retirados? SOLUCIÓN: a

 400mg   22.41 

1mol

 10 3 cm 3  cm 3  194 . 78  1l  Nm 3

Concentración NO2 :   3  3   Nm   1mol   46 x10 mg   Concentración NO2

= 194cm3/Nm3

Emisión: 194.78 – 20 = 174.78pp Eficacia: b

174.78 x100%  89.73% 194.78

La reacción de biodegradación:

CH 3  CH 2  CH 2  CHO 

11 O2   4CO2  4 H 2 O 2

3  60mg   5.5molO2  1molC 4 H 8 O   32 x10 mgO2  DBO      3   l  1molC 4 H 8 O   72 x10 mg   1molO2  mgO2 DBO  146.67 lAgua

c

La reacción:

3Zn2  2 Na3 PO4   Zn3 ( PO4 ) 2  6 Na 

 1molZn  250mgZn   2molNa3 PO4         l    3molZn   65.39 x10mgZn   2.548 x10 3 molNa3 PO4 mlNa3 PO4 n n 2.548 x10 3 mol M  V    2.548 V M 0.1mol / l l

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Rendimiento 78%: Vf 


mlNa3 PO4 25.48  32.66 0.78 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

Zn3 (PO4 ) 2 ; como lodos:

Cantidad de

Zn3 (PO4 ) 2 :

 1molZn  250mlZn  1molZn3 ( PO 4 ) 2   386.11gZn3 ( PO 4 ) 2         3    l 3molZn     1molZn3 ( PO 4 ) 2   65.39 x10 mgZn  gZn3 ( PO4 ) 2  0.492 ; lodosdeZn3 ( PO 4 ) 2  con 46%deHumedad lAgua Re sidual 

kgZn3 ( PO4 ) 2 0.492 g 0.5m 3 24h 30días 10 3 l 1Kg x x x x 3 x 3  328 (0.54)l h dia mes 1m 10 g mes

3.- Las aguas residuales del prensado de pulpas de una industria azucarera tienen un contenido de sacarosa (C12O22H11) de 2000mg/l y de sólidos en 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 UNH – 2015

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SOLUCIÓN: a

Sacarosa C12H22O11 : 2000 mg/l Sólidos en suspensión: 2g/l Flujo de agua residual: 0.6m3/TM azúcar Producción: 2000TM azúcar/mes

Reacción de biodegradación:

C12H 22O11  12O2  12CO2  11H 2O

  32 x10 3 mgO2   2000mgC12 H 22O11   12molO2   1molC12 H 22O11 DBO     1molC H O   342 x10 3 mgC H O   1molO l   12 22 11   2 12 22 11    mgO2  2245.6 lagua b

En el proceso anaeróbico:

C12 H 22 O11 bacterias  11CH 4  9CO 2  4CO Calculo del volumen del metano CH4 : Flujo del agua Residual:

m3 2000TMazucar  0.6 x  1200m 3 / mes TMazucar mes

  2000mgC12 H 22O11  1200m 3   1molCH 4   1molC12 H 22O11        3  mes 0.7l     2molC12 H 22O11   342 x10 mgC12 H 22O11   22.4lCH 4  Nm 3CH 4 x  1235 . 08  mes  1molCH 4  c

Lodos : Sólidos en Suspensión: 12g/l =12000mg/l Lodos retirados: 12000mg/l -30mg/l = 11970mg/l

 d

11970mg 1200m 3 10 3 l 1TM TMlodos x x 3 x 9  41.04 (0.35)l mes mes m 10 mg

Cantidad de carbón: S = 1.8% ; C = 98.2% Se tiene la cantidad de CH4 de (b) :

1molCH 4 16 gCH 4 10 3 l 1kg  1235.08m CH 4 x x x x 22.4lCH 4 1molCH 4 1m 3 10 3 g  882.2 KgCH 4 3

En la reacción del carbón C:

2C  2H 2 O   CH 4  CO2 UNH – 2015

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 882.2kgCH 4 x


2molC 1molCH 4 12 gC 1223.3kgC x x  1molCH 4 16 gCH 4 1molC 0.982

 1347.55kgCarbón e

Las emisiones de SO2 : La reacción:

S  O2   SO2 Flujo:

 8000

Nm 3 x1.3475TMCarbón  10780.44 Nm 3 gases TMcarbón

S = 0.018x(1347.55) = 24.256 Kg S 3 3 3  24.256 KgS  1molSO2  1molS   64 gSO2   22.4lSO 2  1molSO2  10 cm  10 g         3   10780.44 Nm   1molS   32 gS  1molSO2   1molSO2   64 gSO2   1l   1kg 

cm 3  1575  1575 ppmSO2 Nm 3 4 mgSO2  24.256 KgS  1molSO2  1molS   64 gSO2  10 mg       4500   3   Nm 3 10780.44 Nm   1molS   32 gS  1molSO2   1kg 

4.- En una industria es preciso disponer diariamente de 12x106kcal. 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 6.7x103 Nm3por tonelada de carbón incinerado. Exprésales en ppm y mg/Nm3 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

Wcarbón 

12 x106 Kcal  1411.76 Kg  1.41176TM 8500 Kcal / kg

COMPOSICIÓN DE CARBÓN:

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C  83%;

H  7%;

S  1.1%;

Cenizos  8.9%

Cantidad de S = 0.011(411.76) = 15.53 KgS En la reacción de emisión: S + O2 = SO2 La cantidad de SO2:

 15.53KgSx

1molSO2 1molS 64 gSO2 x x  31.06 KgSO2 1molS 32 gS 1molSO2

6.7 x10 3 Nm 3 Flujo x1.41176TM carbón  9458.79 Nm 3 TM carbón La concentración de SO2 en ppm y mg / Nm3



31060 gSO2 1molSO 2 22.41SO2 10 3 cm 3 x x x  1149.30 ppmSO2 11 9458.79 Nm 3 64 gSO2 1molSO2

mgSO2 3106 x10 3 mg   3283.72 3 9458.79 Nm Nm 3 La reacción del lavado: SO2  CaOH 2  

1 2 O  CaSO2  H 2 O 2

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 136 gCaSO2 x  60.05KgCaSO2 64 gSO2 1molCaSO2

 60.05KgCaSO2 (sec o) x



100 gCaSO2 (húmedo) KgCaSO2  100.08 60 gCaSO2 (sec o) día

100.08KgCaSO2 30días 12meses 1TM TMCaSO2 (húmedo) x x x 3  36.03 día 1mes 1año año 10 Kg

La reacción iónica Ca SO2  Ca 2  SO4

2

Se tiene la KsCASO4  3.7 X 10 3





Ks  Ca 2 SO2

2

  3.7 x10

3

s x   s 2  3.7 x10 1

s  3.7 x10 1  6.0827 x10 1

SO   6.0827 x10 2

2

3

mol 96 x10 3mg SO4 x 2 1 1molSO4

2

SO   583.93 mg1  583.93 ppm 2

2

5.- Una ciudad de 200000 habitantes genera 1.25 Kg. de residuos urbanos pro persona y día, que se someten a un tratamiento de incineración. La densidad de los mismos es de 0.18 UNH – 2015

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g/cm3 y el contenido de azufre es de un 0.5%. Calcule: a. Si todo el azufre se transforma durante la incineración en SO2 ¿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 SO2 en los gases de emisión depurados si para cada kg. De residuo incinareado se genera 13 Nm3 de vertido cascajo? Exprésela en ppm y en mg/Nm3 c. Si las aguas residuales generadas en la misma planta arrastran 600 mg/l de un compuesto orgánico biodegradable de fórmula C2H4O2, ¿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

Kg residuos Kg residuo x200000 personas  2500000 persona x día día g Densidad del residuo incinerado 0.18 cm 3 KgS Azufre: S= 0.5%; Cantidad de S = 0.005(2500000)=2500 día En la reacción de emisión S  O2  SO2 (1) 1 Tratamiento CaSO2  SO2  o2  CaSO2  CO2 (2) 2 Cantidad de residuos 1.25

Cantidad de SO2 en (1):

KgSO2 KgS 1molSO2 1molS 64 gSO2 x x x  2500 día 1molS 32 gS 1molSO2 día TMSO2 Cantidad SO2 tratada 0.96 2500  2400 Kg  2.4 día KgSO2 Cantidad SO2 emitidas 0.042500  100 día  1250

Cantidad de Caliza:

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 2.4




TMCaCO3 TMSO2 1molSO2 1molSO2 100 gCaCO3 x x x  3.75 día 1molSO2 64 gSO2 1molCaCO3 día

3.75TMCaCO3 TMCaCO3  4.573 0.82día día

b. En la reacción de emisión S  O2  SO2 ; Emisión de SO2  100KgSO2 Flujo de gas Concenración de SO2



100 KgSO2 1día 10 4 mg 22.4 x10 3 cm 3 SO2 1molSO2 x  x  1 3 1Kg 1molSO2 325 x10 Nm 64 x10 3 mgSO2

ppmSO2 día 100 KgSO2 1día 10 3 mg mgSO2  x  30.77 2 3 1kg 325 x10 Nm Nm 3 día

10.77cm 3  10.77

1 O2  3CO2  3H 2 O 2

c. En la reacción: C3 H 4 O2 

DBOr 

600mgC3 H 4 O2 1molC3 H 4 O2 3.5molO2 32 x10 3 mgO2 x x x 1 1molC3 H 4 O2 74 x10 3 mgC3 H 4 O2 1molO2

DBOr  908.11

mgO2 1

d. La reacción Ph 2  SO4

Ph 2  SO4

2

2

 PhSO4

 PhSO 4

K Nmim  1.1xO





Ks  Ph  2 SO4

2



La concentración de SO4 :

molSO4 mgPh 2 1molSO4 1molPh 2 x  1.45 x10 3 2 1 2 1 1 1molPh 207 x10 mgPh 2

 300

Ph en el agua residual .1x10 Ph SO   1.1X 10 .Ph   11.45 x10

2

2

2

2

1

2

4

Ph   1.57 mgPh l 2

Residuos = 250000

2

3 3

 0.76 x10 x

mol 207 x101 mgPh  2 x l 1molPh  2

 1.57 ppmPh  2

Hg ; cenizas: 15% residuos incinerados día

Cenizas = 0.15250000Kg / día37500Kg / día; p  1.2 gcm 3  1200Kg / m3

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Volumen del vertedero: v 

m 37500 Kg / día m3   31 . 25 p día 1200 Kg / m 3

m 3 30día 12meses x x x60años Volumen vida útil para 60 años = día 1mes 1año  675000m 3  6.75 x101 m 3  31.25

6.- 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 Cá(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:

3O2  3H 2 O

C1 H 6 O3 DBO  400

mgC1 H 6 O3 1molC1 H 6 O3 3mol10 2 32 x10 2 mgO2 x x x l 1molC1 H 6 O3 90 x10 2 C1 H 6 O3 1molO2

DBO  426,67

mgO2 l

b. Sólidos en sus pensión 800mg / I  0.8Kg / m 3 Vertido: 15/s=54 m 3 / h Rendimiento: 94% Densidad: 1.07g/c m 3 =1070Kg/ m 3 Humedad: 76% Lodos=

0.940.8Kg sec o x 100 g lodos húmedo x 54m 3 m

3

24 g lodos (sec o)

H

 169.2

Kg lodos h

Volumen de lados: c.

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Nm 3 gas Flujo  1250 Tm basura a. Concentracion de SO2 

1.25 KgdeSO2 mg SO2 10 4 mg 3 kgdeSO2  10 *  10 3 3 3 1Kg 1250 Nm Nm Nm 3 TM basura TM basura

10 3

mg SO2 1molSO2 22 .4 * 10 3 cm 3 SO2 cm 3 * *  350  350 ppmSO2 1molSO2 Nm 3 64 * 10 4 mgSO2 Nm 3

b.Concentracion de NO2 

1.5KgdeNO2 mg NO2 10 4 mg  4 kgdeNO2  12 * 10 *  1200 3 3 1Kg 1250 Nm Nm Nm 3 TM basura TM basura

mg NO2 1molNO2 22 .4 *10 3 cm 3 SO2 cm 3 1200 * *  584 ,34  584 .34 ppmNO2 1molNO2 Nm 3 46  10 3 mgSO2 Nm 3 c.Concentrac ion de HC (hidrocarburos) 

4 14 Kgde Particulas mg HC  4 kgdeHC 10 mg  6 * 10 *  600 3 3 1Kg 1250 Nm Nm Nm 3 TM basura TM basura

d ..Concentrac ion de particulas : 

4 mg Particulas 0.75 KgdeHC 3 kgdeHC 10 mg  11 . 2 * 10 *  11200 3 3 1Kg 1250 Nm Nm Nm 3 TM basura TM basura

e..Concentrac ion deCO : 4 18Kgde CO mg HC  4 kgdeHC 10 mg   14.4 * 10 *  14400 3 3 1Kg 1250 Nm Nm Nm 3 TM basura TM basura

14400

mg CO 1molCO 22.4 * 10 3 cm 3 CO cm 3 * *  11520  11520 ppmNO 1molCO Nm 3 28  10 3 mgCO Nm 3

7.- 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 SOLUCIÓN:

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a.Cantidad SO2 en los gases de emision : kg kg )2 dia dia En la reaccion : S  O  SO2

S 0.004(500



64  10 3 KgSO2 KgSO2 2 KgS 1mol deSO2 1molS    4 3 dia 1mol S 1molSO2 dia 32  10

1mol deSO2 64  10 3 KgSO2 mgSO2 2 KgS dia 1molS     5333.33 3 750 Nm3 / dia 1mol S 1molSO2 32  10 Nm 3 lareacccio n de depuracion se det er min a a la cantidad de caliza : 1 SO2  CaCO3  O2  CaSO4  CO2 2 



100 103 KgCaCO3 KgCaCO3 4 KgSO 2 1mol deCaCO3 1molSO2     7.35 3 (0.85)dia 1molSO2 64 10 SO2 1molCaCO3 Dia

Aguas residuales convertidos de acido acético

CH 2  COOH  300mg / L Reacción de biodegradación:

C2 H 4 O2  O2  2CO2  2H 2 O 300mgC 2 H 4O 2 2molO 2 1molC 2 H 4O 2 32 *10 2 mgO2 DBO  * * * L 1molC 2 H 4O 2 60 *10mgC 2 H 4O 2 1molO2 mgO2 DBO  320 L 8.- Una industria tiene un ritmo de producción de 5000 unidades de producto por día y genera unas aguas residuales con caudal de 20 l por unidad de producción y unas emisiones en la atmósfera con un caudal de Nm3 de gas por unidad de producción a) si las aguas 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 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 partículas en el gas de emisión. SOLUCION: Producción = 5000 Unid/dia Agua Residual: Q=20L/unid

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l 5000unid *  10 4 l / dia unid dia Nm 2 5000unid Nm 2 Emisión a la atmósfera  2 *  10 4 unid dia dia a Producción de agua residual  20

DBO  200 ppmO2 La reacción de biodegradación del propanoico (CH 3  CH 2  COOH )

1 C3 H 4 O2  O2  3CO2  3H 2 O 2 Concentración del propanoico:

mgO2 1molC 3H 4O 2 1molO 2 74 *10 3 mgC3H 4O 2  132.14 * * * l 3.5molO2 1molC 3H 4O 2 32 *10 2 mgO2 132.14mgC3H 4O 2  l La cantidad de NaClO, en la siguiente reacción:

C3 H 6 O2  7 NaClO  3CO2  3NaCl  3H 2 O Calculo de NaClO

mgC3H 6O 2 7molNaClO 1molC 3H 6O 2 74 *10 3 kgNaClO *  * l 1molC 3H 6O 2 74 *10 3 mgC3H 6O 2 1molNaClO kgNaClO l kgNaClO 931.23 *10 4 *10 4  931.23 l dia dia

132.14

Emisión de partículas: Emisión a la atmósfera: 10^5 partículas /día

Q  103 Nm 2 / dia concentrac iondeparti culas 

105 particulas / dia particulas  10 2 3 2 10 Nm / dia Nm 2

9.- Una industria agraria quema diariamente 100 toneladas de un carbón que contiene 75% de 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 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 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, y considere que el 90% corresponde a monóxido de nitrogeno NO, calcule la concentración de NO y NO2 en los gases de emisión expresándolas en mg/Nm3 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. UNH – 2015

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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 aguas lavadas del horno y de las instalaciones de combustión, cuya caudal es de 80m3/dia, en forma de anion cromato.

Calcule: a. La concentración de partículas de oxido de cromo (VI) en los gases de combustión. b. La concentración del cromato en el vertido. Expresada en ppm. c. La cantidad diaria de cloruro de calcio dihidratado, expresado en kg. Necesaria para precipitar 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 a. Concentración de SO2 : S + O2  SO2



64*103 KgSO2 dia Kg SO2 4000 Kg S 1mol SO 1mol S * * * *  333.33 3 dia 1mol S 32*10 Kg S 1mol SO2 24h h

333.33Kg SO2 106 mg mgSO2  *  60606.06 2 5500 Nm / h 1Kg Nm 2 mgSO2 22.4*103 cm3 1mol SO2 cm3  60606.06 * *  21212.12 Nm 2 1mol SO2 64*103 mg SO2 Nm 2  21212.12 ppmSO2 b. Emisión de NO2 =1.8Kg/TMcarbon Kg NO2 1.8Kg 100TM carbon Q *  180 TM carbon dia 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 : 6.75Kg NO / h 106 mg KgNO  *  1227.27 3 5500 Nm / h Kg Nm3 

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0.75Kg NO2 / h 106 mg KgNO2 *  136.36 3 5500 Nm / h Kg Nm3

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Escorias=


14 KG 100000 Kgcarbon Kg escorias *  14000 100 Kgcarbon dia dia

escoria  0.85 g / cm3  850 Kg / m3 14000 Kg / dia m3 365dias escoria m3  16.47 *  6011.55 850 Kg / m3 dia año año Emision de cromo a la atmosfera :1%;  0.01*(200 Kg / dia )  2 KgCr / dia Volumen  v  m /  

2

KgCr dia 103 g gCr *  83.33 dia 24h 1Kg h

Q  80m3 / dia  3.33m3 / h # concentracion de la paricula de CrO3 en los gases de emision : la reaccion : Cr  3 / 2O2  CrO3  83.33 

gCrO3 gCr 1molCrO3 1molCr 100 gCrO3 * * *  160.25 h 1molCr 52 gCr 1molCrO3 h

160.25 gCrO3 / h 106 mg mgCrO3 *  29.14 2 5500 Nm / h 1g Nm 2

 Concentracion de CrO32 en el vertido :Cantidad de Cr que queda :  0.99(200)  198KgCr / dia  8250 gCr / h En la reaccion Cr  2O2  CrO42

 8250

gCrO42 gCr 1molCrO42 1molCr 116 gCrO42 * * *  18403.85 h 1molCr 52 gCr 1molCrO42 h

18403.85 gCrO42 / h 106 mg 1m3 mg  * *  5521.15  5521.15 ppmCrO42 2 3.33Nm / h 1g 1l l cantidad de CaCl2 .2 H 2O En la reaccion CaCl2 .2 H 2O  CrO42  CaCrO4  2 H 2O  Cl2 cantidad deCrO42 : 18403.85 g / h  441.69 Kg / dia  441.69

KgCrO42 1molCaCl2 .2 H 2O 1molCrO42 147 gCaCl2 .2 H 2O * * * dia 1molCrO42 116 gCrO42 1molCaCl2 .2 H 2O

 559.73

KgCaCl2 .2 H 2O dia

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Ejercicios Resueltos de Ciencias Ambientales Doc

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