PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA 1.-
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 DBO 5 será alto, se diluyeron 5 ml del agua residual !asta un litro con agua e"enta de o"#geno. $n esta nueva disolución se determina la concentración del o"#geno disuelto antes del ensayo de incubación y al finali%ar el mismo, despu&s de 5 d#as, obteni&ndose los valores de ' y ( mgO )l respectivamente. respectivamente. *+uál es el valor del parámetro DBO 5
SOLUCIÓN:
Sabiendo que la DBO e! la di"e#en$ia en%#e la $on$en%#a$i&n ini$ial ' "inal de o()*eno di!uel%o+ ' %eniendo en $uen%a el *#ado de dilu$i&n. DBO5
mg O2
=
l agua residual 9 mg O2
Dis min ución de O2 disuelto = DBO5
=
DBO5
=
,.-
8 mg O2 l agua ( dilución) 320
x
−
1 mg O2
l agua
l agua
1 l agua ( dilución) 25 ml agua( residual )
mg O2
=
1 l agua ( residual )
=
8 mg O2 l agua
x
10 3 ml agua (residual ) 1 l agua (residual )
320 ppm O2
Una muestra de 5- ml de un agua residual se diluyó !asta 5-- ml con agua e"enta de o"#geno y se determinó la concentración en o"#geno disuelto de la muestra diluida, que resultó ser de ppm. /l cabo de 5 d#as de incubación volvió a repetirse la determinación de o"#geno disuelto, siendo el valor !allado en esta ocasión de ppm. +alcule la DBO 5 del agua residual.
SOLUCIÓN: Vr Vd
=
50 ml agua residual
=
500 ml agua ( dilución)
Ci O 2
=
6 ppm
=
6 mg O 2 / 1 l agua
Cf O 2
=
2 ppm
=
2 mg O 2 / 1 l agua
DBO5
mg O2
=
l agua residual
Dis min ución de O2 disuelto =
.-
DBO5
=
DBO5
=
4 mg O2 l agua ( dilución ) 40
x
6 mg O2
−
2 mg O2
l agua
l agua
0.5 l agua ( dilución ) 50 ml agua( residual )
mg O2 1 l agua (residual )
=
=
4 mg O2 l agua
x
10 3 ml agua ( residual ) 1 l agua ( residual )
40 ppm O2
Un vagón cisterna de - m 0 acaba de reali%ar un transporte con etanol. Para limpiarlo se llena completamente de agua. *+ómo variará la DBO total del agua si !ab#an quedado en el fondo del vagón vagón (- litros litros de etanol etanol 1upóngase 1upóngase que el etanol etanol puede puede sufrir sufrir o"idació o"idación n total por degradac degradación ión biológica con el o"#geno. Dato2 Densidad Densidad del del etanol -.34 g)cm0 a - +.
SOLUCIÓN:
Teniendo en $uen%a la #ea$$i&n de o(ida$i&n del e%anol $al$ulao! el o()*eno que e/lea#a /a#a !u de!$o/o!i$i&n. CH 3 OH ( aq )
3 / 2 O2
+
→
CO2 ( aq )
+
2 H 2 O
O()*eno $on!uido /o# el e%anol0 3
3
10 l CH 3 OH 10 cm CH 3 OH 0.87 g CH 3 OH 1 mol CH 3 OH 1.5 mol O2 x x x x x 3 3 1l CH 3 OH 32 g CH 3 OH 1 mol CH 3 OH 60 m agua cm 3
32 g O2 1 mol O2
.-
x
10 mg O2
=
1 g O2
217500
mg O2
=
3
m agua
217.5
mg O2 1l agua
(-- ml de una muestra de agua residual consume para su o"idación total 0- ml de una disolución de dicromato de potasio -.(5 6. +alcule la D7O de dic!a agua residual.
SOLUCIÓN: N º Equivalent es de 2 Cr 2 O7 N º Equivalent es de Oxígeno
.-
N º gramos de Oxígeno
=
N º gramos de Oxígeno
=
DBO
=
DBO
=
36 x 10
−
3
g O 2
100 ml agua 360
x
= =
30 x 10
−
3
x 0.15
=
4.5 x10
−
3
N º Equivalent es de Dicromato
N º Equiv . de Oxígeno x Pesoéquiv. de oxígeno 4.5 x10
10
−
3
−
3
mg O 2
1 g
x 8
=
36 x 10
−
3
10 3 ml agua x l agua
mg O2 l agua
Una industria qu#mica que produce acido ac&tico +8 09+OO8, evacua un caudal de agua residual de (-- l)s con una concentración en dic!o ácido de 0-- mg)l. 1i se elimina el ácido ac&tico, o"idándolo !asta +O con dicromato de potasio ( :, proceso en el que el dicromato se reduce !asta +r ;0, calcule el volumen diario de la solución de dicromato, e"presado en m 0, que será preciso emplear.
SOLUCIÓN: Para calcular el volumen de solución de
2 Cr 2O
a emplear, basta recordar que el n de moles de
equivalentes de este o"idante debe ser igual al n moles de equivalentes de o"igeno que se !ubieron consumido caso se !acerse la reacción de o"idación con
este ultimo agente.
reacción de
o"idación es2 CH 3 COOH
UNCP – 2007-I
+
2 O2
→
2CO + 2 H 2 O
2
oxigenonecesario
=
oxigenonecesario
=
300 x 10
−
3
g CH 3 COOH 1
1molCH 3 COOH
x
60 gCH 3 COOH
x
2mol 0 l molCH 3 COOH
320mg 02
N º Equivalent es de 2 Cr 2 O totales N º Equivalent es de 2 Cr 2 O totales
=
345600 equivalent e 2 Cr 2 O aldia
volumendisolucion 2 Cr 2 Odiaria volumendisolucion 2 Cr 2 Odiaria volumendiario
=
volumendiario
=
2.-
=
345600equivalent e 2 Cr 2 O aldia l molequival ente
345600equivalent e 2 Cr 2 O aldia 6moldeequivalente 2 Cr 2 O 57.6
m3 2 Cr 2 O dia
+alcule cual será el D7O de un agua residual que contiene una concentración de 5 ppm del pesticida baygon =+((8(5O06>. considere que el nitrógeno se o"ida totalmente !asta ion nitrato.
SOLUCION: C 11 H 15 O3 N DBO x
13 / 2 O2
→
5 mg C 11 H 15 O3 N l
0.032mg O2
=
1 mol O2
DBO
3.-
=
+
=
11.29
11.29
11CO2
x
+
15 / 2 H 2 O + NO
13 / 2mol O2 1molC 11 H 15 O3 N
x
1molC 11 H 15 O3 N 0.209mgC 11 H 15 O3 N
mg O2 l
mg O2 l
SOLUCIÓN: 1e sabe que2 N ≡
nEq − g V
Dis min ución de O2 disuelto D!O
=
384 x10 − 4 50cm 3
DBO / D!O
=
x
60 76.8
=
384 x10
10 3 cm 3 agua
=
1l agua =
−
5
O2
76.8
mgdeoxigeno "t
0.78 ppm O2
Respuesta: Por lo tanto predomina la materia orgánica biodegrable.
4.-
Para declorar un agua se utili%a un carbón activo, con un contenido de '@ en carbón, que actAa segAn la siguiente reacción2 +alcule2
UNCP – 2007-I
3
a> *+uántos mg de carbón activo son necesarios par tratar ( m 0 de agua cuya concentración en cloro es de -.? ppm b> 1i empleamos una columna de 0-- g de carbón activo para eliminar cloro de una agua que contiene -.3 ppm del mismo, *+uántos litros de agua pueden ser declorados por el carbón de la columna 1uponga que la eficiencia del tratamiento con el carbón activo es del 3-@.
SOLUCIÓN:
A.- +arbón activo necesario =
B.-
0.4 mg Cl 2
l agua
x
1mol C 2 2molCl 2
x
0.012mgC 2 1molC
x
10 3 " 1m
≡ 35.21
3
mgC m 3 agua 3
1moldeC 10 mgCl 2 71 gCl 2 VO"$%EN = 300 gCar#onx x x x 100 gCactivo 12 gC 1 gCl 2 1molC 2 80 g C
volumen = 284 x10 3 mgCl 2 Por lo tanto2
=
5.-
284 x10 4 mg Cl 2 0.8mgCl 2 "tagua
= 355 x10 4 " = 3.6 x10 3 m 3
$n las aguas del mar aral, un mar interior, la cantidad total de sólidos disueltos en el agua es del orden del 5- g)l. Para desalini%ar esta agua utili%ando un proceso de ósmosis inversa, *+uál será la presión :#nima necesaria a la temperatura de 5 + Dato2 1uponga el actor i de Can 8off (.45 y que los sólidos disueltos corresponden un -@ a 6a+l y el resto a E+l.
SOLUCIÓN:
"n&' V
π =
π =
1 .75 x
30 g NaCl
l
x 0.082
17 .5 x 20 gClx 0 .082
298 atm"t x %ol 58 .5 gmol
298 atm"t x %ol 62 gmol
=
=
21 .93atm
13 .79 atm
Por lo tanto la presion es mayor que 2 05.4 atm
16.-
/ un agua residual que se encuentra a p8 3 se le incorpora por un nuevo vertido, (0 ppm de +r =FFF>. *Precipitara el citado metal en forma de !idró"ido de cromo =FFF> Dato2 Es)+r=O8>0) .4 " (-90(
SOLUCIÓN:
UNCP – 2007-I
4
Cr (OH ) 3
→
=
pH
+
3OH
−
1
3
1
−
"ogOH
= −
[Cr ] ≡ 2.5 x10 −
3
[Cr ] [OH ] −
−
Cr
3
−
=
8
4
a(ora :
≡
2.5 x10 2 x10 −
−
4
≡
2 x10
−
6
En este caso se precipitará
11.-
Una determinada industria genera un vertido de 5-- l)! de un agua residual con un contenido en propanol de (5- mg)l y - mg de Ba ;)l. +alcule2 a> 1i para eliminar el propanol se obatar por o"idarlo con una disolución de dicromato de potasio 6, en medio ácido, *+uál sera el volumen de la misma que se precisaria diariamente d)
1i la Ba; del agua residual se precipita en forma de fosfato de bario mediante el empleo de fosfato de sodio *7u& cantidad de fosfato de sodio se necesitara diariamente, y que cantidad de lodos, compuestos por el fosfato de bario precipitado y con una !umedad del 55@, se retirara anualmente
SOLUCION: π =
m&'
V C&' π = 1 m&'
π =
V π =
=
1150 x
mgCHO "tagua
x 0.082
atm"t %ol
x
298
x
1 g
60 gmol 10 3 mg
=
0.060 atm
0.060 atm
Geacción de propanol 2 CHO3 + O2 → 3CO2 + 4 H 2 O DBO ≡ 360mgO2 / "tH 2 O
1,.a. 1i para depurar la corriente / se pretende como primer paso reducir el cromato =+rO 9> !asta +r 9, +alcular la cantidad diaria que se necesitara de sulfito se sodio =6a 1O0> si se utili%a este compuesto como reductor. b. 1i se pretende precipitar como !idró"ido todo el +r ;0 , obtenido en el paso anterior, calcular la cantidad de cal apagada =!idró"ido de calcio de 35@ de pure%a que será> necesario emplear diariamente. c. 1i para depurar la corriente B se pretende o"idar al ion cianuro =+69> !asta dió"ido d carbono y nitrógeno elemental, mediante una disolución 5: de !ipoclorito de sodio =6aO+l>, proceso en el
UNCP – 2007-I
5
cual el !ipoclorito se reduce !asta ion cloro. +alcular los litros diarios de dic!a solución o"idante que se necesitaran.
SOLUCIÓN: a. 0;6a;;()O +antidad de sulfito2
60mgCrO4
2
−
−
l = 1013561.38
2
−
126 gNa2 )O3 120l 3600 s 24( 3molNa)O4 1molCrO4 x x x x x x s d 1molCrO4 2 116 *10 3 mgCr 4 2 1molNa2 )O3 1(
gNa 2 )O3 d
=
−
1.014'% . Na 2 )O3
d
b.
+alculo de la cantidad de Cr 2 ()O4 ) 3 2 =
60mgCrO4
2
−
2
−
392 gCr 2 ( )O4 ) 3 1molCrO4 120l 24( 1molCr 2 ( )O4 ) 3 x x x x x 2 2 s d 1molCr 2 ( )O4 ) 3 2molCrO4 116 *103.mgCrO4 −
l
−
gCr 2 ( )O4 ) 3 105.1 dia dia +alculo de la cantidad de Ca(OH ) 2 2 1051.1 gCr 2 ( )O4 ) 3 3molCa(OH ) 2 1molCr 2 ( )O4 ) 3 0.074 gCa (OH ) 2 x x x = 1molCr 2 ( )O4 ) 3 0.392 gCr 2 ( )O4 ) 3 1molCa(OH ) 2 * 0.85 dia 1051100.7
gCr 2 ()O4 ) 3
gCa(OH ) 2
= 700.3
dia $.
% =
1.-
n V
⇒ V =
n %
=
4513,85mol 5mol / l
= 830,77
lNaClO dia
Una industria qu#mica genera un agua residual que posee las siguientes caracter#sticas media2 +audal3-l)s
$tanol(0-mg)l /cido metanoico?--mg)l 1ólidos en suspensión5--mgl P# +2 = 3mg / l Para esta agua indique2 a.
;
6
precipitándolo por adición estequiometrica de una solución de carbonato de sodio. *cual será el consumo diario de carbonato de sodio sólido de pure%a de '5@* cual será la concentración de Pb;, e"presada en ppb, en el agua residual una ve% tratada
SOLUCIÓN:
a. Para calcular la DBO será preciso aHustar las ecuaciones de o"idación del etanol y acido metanoico y calcular la contribución de cada una de la DBO total. CH 3 − CH 2OH + 3O2 → 2CO2 + 3 H 2 O C 2 H 5OH + 3O2 → 2CO2 + 3 H 2 O H − COOH +
1
O2 → CO2 + H 2 O 2 CH 2 O2 + 1 / 2O2 → CO2 + H 2 O
DBO causada por el etanol2 3 130mgC 2 H 5OH 1molC 2 H 5OH 3molO2 32 *10 mgO2 x x x 1molC 2 H 5OH 46 *103 mgC 2 H 5OH 1molO2 l
= 271.30
mgO2
l . H 2O DBO causada por el acido metanoico2
400mgCH 2 O2
l
= 139.13
x
0.5molO2 1molCH 2 O2
x
1molCH 2 O2 46 *103 mgCH 2 O2
x
32 *10 3 mgO2 1molO2
mgO2 l .agua
DBO'otal = 271.30 + 139.13 = 410,43
mgO2 l .agua
b. $l aHuste de la ecuación de o"idación9Geducción permitirá establecer la estequiometria del proceso y por lo tanto calcular la cantidad de E +r O4 necesario2
3 H − COOH + Cr 2 O7
2
−
+
3
+
H + → 3CO2 + 2Cr
+
7 H 2 O
1molCH 2O2 80l 3600 s 24( 400mgCH 2O2 1molCr 2O7 x x x x x = 3 3molCH 2O2 46 *10 mgCH 2O2 s ( d l .agua
= 20034.76 % =
n
molCr 2O7
−2
dia n
m 3 K2Cr2O7
⇒ V = = 20034.78mol / dia = 10.01 dia V % $.
SÓLIDOS ELIMINADOS 7 SÓLIDOS INICIALES - SÓLIDOS 8INALES
UNCP – 2007-I
7
500
mg
mg
30
m!
dolidos.e im inados l l lodos 80l 3600 s 24( 365dias 470 mg x x x x x a*o s ( dia a*o l . * 0.60( solidos sec os ) −
lodos.(umedos a*o
=
470
=
1.9761*1012
P#
a*o
1976.17'%
=
d.
mg
+ Na2CO3 → P#CO3 + 2 Na
Na2CO3
2
+
+antidad de carbonato de sodio2 80l 3600 s 24( 3mgP# +2 1molNa 2 CO3 1molP# +2 x x x x x 1molP# + 2 207,2 *103mgP# + 2 s ( dia l
x
16 *103mgNa 2 CO3
=
1molNa 2 CO3 +oncentracion de Pb ;2
s = [ P#
+
2
][CO ] 3
−
=
3
10.61 gNa 2 CO3 0.95.dia
= 11.17
gNa 2 CO3 dia
3
−
s. s
=
s
2
s = ) 2 s
=
s
s
=
1.5 *10
[ P# ] +
2
=
13
−
=
3.8729 x10
3.8729 x10
7
−
7
−
% 3,8729 x10 7 molP# l .agua −
concentracion.deP# 80.29
ugP#
+
+
2
=
2
+
207.2 gP# 2 106ugP# x 1molP# 2 1 gP# 2 +
x
+
+
2
+
2
l .agua
=
80.29 p##P#
+
2
PROBLEMAS DE CONTAMINACION CON RESIDUOS SÓLIDOS 1.- /l !acer una auditoria ambiental en una empresa se detecta que sus problemas medio ambientales son fundamentalmente2 /guas con -mg)l de butanol y un contenido de %inc de 5-ppm.
•
+alcule2
a9 *+uál será el DBO del agua residual si se considera que se debe e"clusivamente al butanol b9 *+uántos ml de disolución -.( : de fosfato de sodio !abrá que aIadir, por litro de agua residual, para eliminar el %inc que contiene, precipitándolo como fosfato de %inc, si el rendimiento del proceso es del 43 @
SOLUCIÓN0 a
UNCP – 2007-I
−
CH 2
−
CH 2
−
CHO +
11 O 2 → 4CO 2 2
+
4 H 2 O
8
3 60mg 5.5molO2 1molC 4 H 8O 32 x10 mgO2 DBO = 3 l 1molC 4 H 8 O 72 x10 mg 1molO2
DBO = 146.67
mgO2 l+gua
b
−
2
+
→ ,n 3 ( PO 4 ) 2 2 Na 3 PO 4
+
6 Na
+
1mol,n 250mg,n 2molNa3 PO4 = 3mol,n 65.39 x10mg,n l = 2.548 x10 −3 molNa3 PO4 % =
n V
⇒ V =
n %
−3
=
2.548 x10 mol
Gendimiento 43@2 Vf =
0.1mol / l 25.48 0.78
= 2.548
= 32.66
mlNa 3 PO4 l
mlNa 3 PO4 l+gua "e sidual
,n3 ( PO4 ) 2
,.- de ---mg)l y de sólidos en suspensión de ( g)l. 1abiendo que su caudal es de -. m0)ton de a%Acar producido. +alcule para una a%ucarera que produ%ca --- ton mensuales de a%Acar2
a9 *+uál seria la DBO total de esta agua suponiendo que se produce una o"idación completa de sacarosa
b9 1i 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 4-@. +alcule la cantidad de metano generado mensualmente, e"presado en m 0medidos en condiciones normales. D/LO12
∆ H º (CH 4 ) = −17.9-cal / mol ∆ H º (CO 2 ) = −94.1-cal / mol ∆ H º ( H 2 O) = −57.8-cal / mol
SOLUCIÓN0 a 1acarosa C1,:,,O11 0 --- mg)l 1ólidos en suspensión2 g)l luHo de agua residual2 -.m0)L: a%Acar Producción2 ---L: a%Acar)mes
Rea$$i&n de biode*#ada$i&n0 →12CO2 + 11 H 2O C 12 H 22O11 + 12O2 UNCP – 2007-I
9