PROCESOS INDUSTRIALES II PRÁCTICA PRIMERA PARTE 1.- ¿Qué características tiene la cuenca del rio Choquellapu en La Paz, y que tipo de contaminación se encuentran en sus aguas? El área urbana de la ciudad de La Paz se extiende a lo largo del canal principal de río Choqueyapu y de sus efluentes principales (Orkojahuira, Irpavi y Achumani). Las poblaciones cercanas, las industrias, los centros hospitalarios vierten sus residuos a lo largo de este río, que se ha convertido en una alcantarrilla abierta que lleva los residuos aguas abajo. El principal problema que atraviesa este recurso hídrico es la contaminación, ya que actualmente recibe basura, desechos tóxicos, aguas servidas entre otros. Aproximadamente son 100 toneladas de residuos, desechos que se vierten a su cauce. De esta manera se ha ido convirtiendo en una cloaca que recoge el agua del alcantarillado público, domiciliario, industrial, hospitalario, sin tratamiento previo. Además, diariamente escurren e infiltran líquidos tóxicos provenientes de basurales y cementerios clandestinos, los llamados lixiviados que son altamente perjudiciales para la población en general. Entre los contaminantes que ingresan al cauce del río se encuentran:
Orina: 600.000 litros/día Excretas: 300 ton/día Gérmenes patógenos Metales Residuos y compuestos químicos Detergentes Tóxicos provenientes de las industrias: 700.000 litros
De acuerdo con los anteriores datos, los principales problemas de contaminación hídrica se producen porque las poblaciones cercanas, las industrias, los centros hospitalarios vierten sus residuos a lo largo de este río, que se ha convertido en una alcantarilla abierta que lleva los residuos aguas abajo. Los mayores contaminantes industriales del río son: Aguas del Illimani, con la expulsión de los lodos de sedimentación de su planta de Achachicala y la Cervecería Boliviana Nacional, contribuyendo a que el río sea la principal alcantarilla de la ciudad de La Paz. Al inicio del río Choqueyapu no hay contaminación contaminación alguna, porque sus aguas nacen del nevado
del Chacaltaya, aunque a medida que el cauce avanza por la urbe recibe diferentes descargas de desperdicios.
2.- ¿Qué relación existe entre la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y la demanda química de Oxigeno (DQO)? El procedimiento se basa en la oxidación de la materia utilizando dicromato potásico como oxidante en presencia de ácido sulfúrico e iones de plata como catalizador. La disolución acuosa se calienta bajo reflujo durante 2 h a 150 ºC. Luego se evalúa la cantidad del dicromato sin reaccionar titulando con una disolución de hierro (II). La demanda química de oxígeno se calcula a partir de la diferencia entre el dicromato añadido inicialmente y el dicromato encontrado tras la oxidación. Basándose en el mismo principio se puede utilizar la espectroscopía ultravioleta-visible, mediante mediciones fotométricas del color producido por la reducción del dicromato a ion cromo (III) (Cr+3) posterior a la digestión.
3.- ¿Cuál es el principal objetivo en el tratamiento primario de aguas residuales? Principalmente se pretende la reducción de los sólidos en suspensión del agua residual. Dentro de estos SS pueden distinguirse:
Los sólidos sedimentables: son los que sedimentan al dejar el Agua Residual en condiciones de reposo durante una hora, este tiempo también depende del tamaño del sedimentador sedimentador Los sólidos flotantes: definibles por contraposición contraposición a los sedimentables. Los sólidos coloidales (tamaño entre 10-3-10 micras).
Como, en general, parte de los SS están constituidos por materia orgánica, consecuencia del tratamiento tratamiento primario, suele ser la reducción de la DBO. El grado de reducción de éstos índices de contaminación depende del proceso utilizado y de las características del Agua Residual.
4.- Explicar el tratamiento de aguas residuales por medio de lodos activados, filtros intermitentes de arena y lagunas de estabilización.
Método de lodos activados: El lodo activado es un proceso de tratamiento por el cual el agua residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados y aireados en un tanque denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso
se sedimentan en un tanque de sedimentación, lugar del cual son recirculados nuevamente al tanque aireador o reactor. 1) Pre-tratamiento/ajuste de aguas residuales: En algunos casos las aguas residuales deben ser acondicionadas antes de pasar al proceso de lodos activados, esto es debido a que ciertos elementos inhiben el proceso biológico. Algunos de estos casos son: Sustancias dañinas a la activación microbiana, tal como la presencia de cloro. Grandes cantidades sólidos. Se utilizan cribas o rejas en un tanque de sedimentación primaria para los sólidos fácilmente sedimentables Aguas residuales con valores anormales de pH. Se debe realizar un proceso de neutralización el cual es indispensable para el desarrollo bacteriano. Desagües con grandes fluctuaciones de caudal y calidad de las aguas residuales incluyendo concentración de DBO. Se homogeniza las aguas en un tanque de igualación 2) Remoción de DBO en un Tanque de Aireación: Las aguas residuales crudas mezcladas con el lodo activado retornado del tanque sedimentador final es aireado hasta obtener 2 mg/l de oxígeno disuelto o más. En este proceso, una parte de materia orgánica contenida en los desagües es mineralizada y gasificada y la otra parte es asimilada como nuevas bacterias. 3) Separación sólido - líquido en el Tanque de Sedimentación: Los lodos activados deben ser separados del licor mezclado provenientes del tanque de aireación. Este proceso se realiza en el tanque de sedimentación, concentrándolos por gravedad. La finalidad de este proceso es conseguir un efluente clarificado con un mínimo de sólidos suspendidos y asegurar el retorno del lodo. Con la finalidad de mantener la concentración de los lodos activados en el licor mezclado a un determinado valor, una parte de los lodos son eliminados del sistema a lechos de secado o espesadores con filtros mecánicos (filtros prensa, de cinta etc.) para posteriormente disponer el lodo seco como residuo sólido. Un aspecto importante del proceso de tratamiento de aguas residuales mediante lodos activados es el uso flóculos biológicos en los lodos activados compuestos de bacterias heterotróficas y son el elemento principal para la purificación. El proceso de tratamiento tiene dos importantes características: Eficiente remoción de materia orgánica. Eficiente separación de sólidos.
Método de filtros intermitentes de arena: Los filtros intermitentes de arena (FIA) tienen un lecho de filtración de 24 pulgadas de profundidad con un medio de tamaño cuidadosamente seleccionado. La arena es el medio más comúnmente usado, pero la antracita, residuos de minería, ceniza de fondo de incineradores, etcétera, también han sido usados. La superficie del lecho se dosifica en forma intermitente con efluente, el cual se percola en un paso simple hasta el fondo del filtro a través de la arena. Después de ser recolectado en el desagüe inferior, el efluente tratado es conducido a una tubería para tratamiento adicional o para su disposición. Los dos componentes básicos del sistema de FIA son una unidad (o unidades) de tratamiento primario (un tanque séptico u otro método de sedimentación) y el filtro de arena.
Esquema de un FIA típico.
Lagunas de estabilización: La tecnología de lagunas de estabilización es uno de los métodos naturales más importantes para el tratamiento de aguas residuales. Las lagunas de estabilización son fundamentalmente reservorios artificiales, que comprenden una o varias series de lagunas anaerobias, facultativas y de maduración. El tratamiento primario se lleva a cabo en la laguna anaerobia, la cual se diseña principalmente para la remoción de materia orgánica suspendida (SST) y parte de la fracción soluble de materia orgánica (DBO5). La etapa secundaria en la laguna facultativa remueve la mayoría de la fracción remanente de la DBO5 soluble por medio de la actividad coordinada de algas y bacterias heterotróficas. El principal objetivo de la etapa terciaria en lagunas de maduración es la remoción de patógenos y nutrientes (principalmente Nitrógeno). Las lagunas de estabilización constituyen la tecnología de tratamiento de aguas residuales más costo-efectiva para la remoción de microorganismos patógenos, por medio de mecanismos de desinfección natural.
Las lagunas de estabilización son particularmente adecuadas para países tropicales y subtropicales dado que la intensidad del brillo solar y la temperatura ambiente son factores clave para la eficiencia de los procesos de degradación.
SEGUNDA PARTE 1.- ¿Cuáles de las siguientes especies químicas, presentes en un agua, está/n relacionadas con su demanda bioquímica de oxígeno (DBO)? 1. 2. 3. 4.
Materia Orgánica Biodegradable. Materia Orgánica y Materia Inorgánica Oxidable. Materia Orgánica Biodegradable y Materia Inorgánica Oxidable. Nitratos y Materia Orgánica Biodegradable .
2.- Para la contaminación por metales, indique las afirmaciones que considere verdaderas: 1. El umbral de toxicidad es el mismo para todos los metales. 2. La toxicidad de un metal depende no sólo de su naturaleza, sino del estado químico en que se encuentre. 3. Los metales pueden provocar efectos acumulativos. 4. Los metales son biodegradables. A) 1 y 2 C) Todas B) 2 y 3
D) 3 y 4
3.- Señale las proporciones correctas relacionadas con la química del agua: 1. Todas las aguas naturales, si no están contaminadas, son susceptibles de ser utilizadas para consumo humano. 2. Un agua con alto valor de sólidos totales disueltos tendrá, necesariamente, un alto valor de turbidez. 3. Si un agua tiene una salinidad alta, también tendrá una dureza alta. 4. El contenido en plaguicidas organoclorados y otros compuestos orgánicos poco biodegradables contribuye al valor de la DBO, pero no al de la DQO. A) 1 y 3 B) Ninguna D) 2 y 4 C) 2 y 3
4.- Señale las propuestas verdaderas: 1. La turbidez de las aguas está provocada por sólidos en suspensión y partículas coloidales. 2. La turbidez se mide en unidades de platino-cobalto 3. El color aparente es el que persiste después de haber filtrado la muestra de agua.
4. Las aguas con PH bajo se pueden clasificar de <>, porque provocan las precipitaciones de sales insolubles en las tuberías de conducción. A) 1 B) 2 y 3 C) 1, 3 y 4 D) 1 y 2
5.- ¿Qué propuestas son correctas? 1. todas las aguas naturales contienen como iones mayoritarios el HCO 3 y el Ca+2 2. la dureza, la conductividad y el pH son parámetros importantes a controlar en un agua que va a ser destinada para uso industrial, en circuitos de refrigeración y calderas.
3. los límites para un mismo parámetro pueden ser diferentes según el uso a que se vaya a destinar el agua.
4. las aguas residuales generadas por una granja ganadera tendrán altos valores de DBO y DQO. A) 2,3 y 4
B) 1,3
C) 2y3
D) Todas
6.- Señale las proposiciones correctas: 1. El tratamiento primario de una Depuradota se Aguas Residuales reduce los valores de DBO y el contenido en sólidos en suspensión, pero no los nitratos y los fosfatos. 2. Un tratamiento de fangos activados es aerobio. Mientras que un tratamiento de filtros percolados es anaerobio. 3. Un agua residual industrial siempre precisa un tratamiento de eliminación de sales disueltas. 4. Las aguas residuales urbanas siempre precisan reducir sólidos en suspensión y DBO. A) 1, 2 y 3 B) 2, 3 y 4 D) Todas C) 1 y 4
7.- para un agua residual industrial que contiene los siguientes contaminantes: Sales disueltas, metales pesados, fenoles y cianuros Indique que parámetros serían indicativos de la existencia de dichos contaminantes, y describa brevemente que métodos de depuración aplicaría para cada uno de ellos.
SALES DISUELTAS: Consiste en la eliminación de los iones Ca y Mg por precipitación o por intercambio iónico, añadiendo carbonato de sodio para cambiar los iones calcio o magnesio por iones sodio. CaSiO4 + Na2CO3 à CaCO3 + Na2SO4 Va seguida de una filtración para separar los precipitados formados
METALES PESADOS: Las lagunas profundas son la mejor opción de bajo coste para depurar y eliminar metales pesados en aguas residuales. Los experimentos se llevan a cabo en una laguna experimental de 4,75 metros de profundidad con forma de pirámide invertida y una capacidad útil de 2.200 m3. La laguna se alimenta con agua residual procedente de una depuradora. Del mismo modo que el lagunaje convencional, el funcionamiento de las lagunas profundas está basado en el mismo principio de autodepuración del agua que opera de forma natural en los ríos. FENOLES Y CIANUROS: La filtración por arena, carbón activado o antracita consiste en la purificación del agua al atravesar un lecho compuesto por alguno de los materiales citados. La filtración es utilizada en los tratamientos de afino de las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (E.T.A.P.).
8.- ¿Cuáles de las propuestas siguientes son correctas? 1. Si un agua posee una elevada concentración de iones en disolución se depurará muy bien por filtración sobre carbono activo. 2. Los métodos de depuración anaerobia se aguas residuales son aconsejables siempre que las mismas posean una DBO no muy alta. 3. Los tratamientos de bajo coste para la eliminación de materia orgánica tienen el mismo fundamento que las depuradoras urbanas convencionales. 4. El tratamiento secundario de unas Depuradora de Aguas Residuales convencional tiene como objetivo fundamental la eliminación de los llamados bionutrientes. A)2 y 3 B) 4 D) 1, 2 y 4 C) 3
9.- Indique cuáles de las siguientes proposiciones son falsas: 1. La digestión de los fangos de una Estación Depuradora de Aguas Residuales de realiza utilizando espesadores por gravedad o por flotación. 2. Los fangos producidos en una depuradora de aguas residuales urbanas pueden utilizarse para obtener compost si cumplen la legislación adecuada. 3. La digestión de los fangos procedentes de una depuradora de aguas residuales urbanas puede ser anaerobia o aerobia. 4. La eutrofización de las aguas superficiales de genera por los vertidos que contienen materia orgánica no biodegradable. D) 2 y 3 A) 2 y 3 B) 1 y 4 C) 1, 3 y 4
10.- ¿Cuáles de las siguientes propuestas son verdaderas? 1. Los procesos de coagulación-floculación disminuyen la turbidez del agua. 2. La desinfección de las aguas destinadas a potables se realiza con compuestos químicos de alto poder oxidante, como el cloro o el ozono.
3. Dentro del tratamiento terciario del agua, el carbón activo se utiliza para eliminar los compuestos orgánicos no degradados. 4. El tratamiento con filtros biológicos, percolados o de goteo, se emplean para reducir la materia orgánica no biodegradable del agua. C) 1, 2 y 3 A) 2, 3 y 4 B) 2 D) 2 y 4
TERCERA PARTE 1.- Indique que tipo de contaminantes mayoritarios llevan, fundamentalmente, las aguas residuales urbanas y señale que parámetros emplearía para medir cada uno de ellos. En el caso de las AGUAS RESIDUALES URBANAS su composición es bastante constante y contienen: detritus (heces, orina...) residuos domésticos (detergentes, jabones, grasas) gran cantidad de materia orgánica gran cantidad de microorganismos Las aguas residuales urbanas está formada fundamentalmente por:
Excretas humanas (las más importante) Aceites y grasas: se depositan en superficie impidiendo la oxigenación del agua y el paso de la luz solar. Tensioactivos: componentes de losa detergentes. (SAL y SAB, sulfonatos de alquilbenceno lineales o aromáticos) Algunos son biodegradables y otros no. Consumen oxígeno y forman espumas impidiendo el paso de la luz y la oxigenación del agua. Plaguicidas: en tasas altas impiden el desarrollo de la flora bacteriana que realiza el tratamiento secundario. Para controlar estrictamente estos contaminantes demandantes de oxígeno se fijan estándares para los niveles máximos de "demanda de oxígeno" para todas las aguas residuales vertidas. Existen diferentes métodos conocidos para medir la demanda de oxígeno pero DBO (Demanda Biológica de Oxígeno) y DQO (Demanda Química de Oxígeno) son los métodos más ampliamente aceptados.
Se utilizan fundamentalmente 3 parámetros para medir el contenido de materia orgánica: DBO, DQO, COT.
DBO5: Se suele medir la DBO5 y el resultado se expresa en mg de O2/l de agua tratada. La DBO5 se calcula en condiciones normalizadas (tiempo: 5 días, Temp 20ºC
y oscuridad y con agitación) Normalmente en 5 días se elimina 60-70% de la materia orgánica, la degradación total requeriría 20-28 días. El valor de DBO nos indica la probabilidad de depuración biológica. DQO: se valora la materia orgánica y también la inorgánica. Por eso, DQO > DBO > 0,5: agua residual tratable biológicamente. Relación: 0,5 - 0,2: agua residual moderadamente tratable biológicamente.< 0,2: agua residual no biodegradable. COT: carbono orgánico total: mide la cantidad de carbono procedente de la materia orgánica. Su valor suele ser algo superior a DBO5 y menor a la DQO. Permite valorar mejor la muestra. No se suele medir en las EDAR pues precisa un material analítico complejo. Para medir la eficacia de la EDAR se determinan DBO5 y DQO del agua a la entrada y a la salida de la EDAR.
2.- Dados los siguientes parámetros referentes a la contaminación de las aguas, conteste con claridad las preguntas que a continuación se formulan, razonando las respuestas: Sólidos en suspensión, DBO, conductividad, dureza, coliformes totales, DQO, fosfatos, nitratos, compuestos organohalogenados, fenoles, metales pesados y cianuros. 1. Indique al menos dos parámetros que deberían tenerse en consideración por ser importantes indicativos de calidad de un agua destinada a ser utilizada en las calderas de una industria. Los parámetros importantes que indican la calidad del agua son la DBO y la DQO. 2. ¿Qué indicaría una relación DBO/DQO>0.6? Podemos establecer que D.B.O./ D.Q.O > 0.6 denota un grado satisfactorio de biodegradabilidad, es decir que existe gran proporción material biodegradable.
3. Además de los parámetros que habitualmente se determina en una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), ¿Qué dos componentes deben controlarse en una zona sensible a la eutrofización? En una zona sensible de eutrofización deben controlarse los nitratos y fosfatos, es decir que se deben incluir tratamientos de eliminación de nitrógeno y fósforo en las EDARs situadas en zonas sensibles.
4. ¿Qué dos componentes químicos se podrían eliminar por adsorción sobre Carbono Activo? Se pueden eliminar los fenoles y los compuestos organohalogenados .
5. ¿Qué dos componentes inorgánicos debería eliminar por tratamiento físico-químico, por su carácter tóxico? Debería eliminarse los metales pesados y cianuros.
6. Indique dos parámetros que midan la eficiencia del tratamiento primario y secundario en una EDAR. La eficiencia del tratamiento primario y secundario en una EDAR se mide mediante la conductividad y la dureza del agua.
7. Indique qué parámetros pueden verse reducidos por tratamiento con ósmosis inversa. Se reducen los sólidos suspendidos y los coliformes totales.
3.- Un agua residual contiene, entre otras especies, las siguientes sustancias y materias: Detergentes con fosfatos, restos de insecticidas organoclorados, nitratos, aceites y grasas, cromo (III) y sólidos en suspensión. Indicar, razonando la respuesta, cuáles de estas especies influirán y en que sentido en los siguientes parámetros de calidad de las aguas.
Oxígeno disuelto Demanda bioquímica de oxígeno Demanda química de oxígeno Turbidez
Oxígeno disuelto: Los niveles bajos de Oxígeno Disuelto (OD) pueden encontrarse en áreas
Toxicidad Dureza Conductividad Salinidad (TSD a 105ºC)
donde el material orgánico (plantas muertas y materia animal) está en descomposición. Las bacterias requieren oxígeno para descomponer desechos orgánicos y, por lo tanto, despojan el agua de oxígeno. Las áreas cercanas a las descargas de aguas negras a veces tienen niveles bajos de OD debido a este efecto. Los niveles de OD también son bajos en aguas tibias que se mueven despacio. Demanda Bioquímica de oxígeno: Existen numerosos factores que afectan la prueba de la DBO, entre ellos la relación de la materia orgánica soluble a la materia orgánica suspendida, los sólidos sedimentables, los flotables, la presencia de hierro en su forma oxidada o reducida, la presencia de compuestos azufrados y las aguas no bien mezcladas. Al momento no existe una forma de corregir o ajustar los efectos de estos factores. Demanda Química de oxígeno: El método mide la concentración de materia orgánica. Sin embargo, puede haber interferencias debido a que haya sustancias inorgánicas, es decir sustancias que carece de enlaces entre átomos de Carbono y átomos de Hidrógeno (hidrocarburos), por ejemplo el ácido sulfúrico o el cloruro sódico, se presentarían
interferencias si dichas sustancias son susceptibles de ser oxidadas (sulfuros, sulfitos, yoduros, etc.). Turbidez: Los niveles altos de turbidez pueden ser causados por partículas suspendidas en el agua tales como tierra, sedimentos, aguas residuales y plancton. Si la turbidez del agua es alta, habrá muchas partículas suspendidas en ella. Estas partículas sólidas bloquearán la luz solar y evitarán que las plantas acuáticas obtengan la luz solar que necesitan para la fotosíntesis. Las partículas suspendidas en el agua también absorberán calor adicional de la luz solar lo cual ocasionará que el agua sea más caliente. Las partículas suspendidas también son destructivas para muchos organismos acuáticos tales como los macroinvertebrados que se encuentran en el agua. Pueden obstruir las branquias de los peces y interferir con su habilidad para encontrar alimento. También pueden enterrar las criaturas que viven en el fondo y los huevos. Las partículas suspendidas pueden transportar contaminantes en el agua. Toxicidad: Los efectos ecológicos de los plaguicidas en el agua están determinados por los siguientes criterios; Toxicidad para mamíferos y no mamíferos, expresada en forma de DL50 ("Dosis letal": concentración del plaguicida que provoca la muerte de la mitad de los organismos de prueba durante un período especificado de prueba). Cuanto más baja es la DL50, mayor es la toxicidad; los valores de 0 a 10 son extremamente tóxicos. Dureza: La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o filtrándolas a través de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones metálicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la dureza del agua. Conductividad: Las impurezas orgánicas en el agua se producen por la descomposición de la materia vegetal – principalmente ácidos húmicos y fúlvicos – y de desechos agrícolas, industriales, domésticos y de fábricas de papel. Estos desechos incluyen detergentes, grasas, aceites, disolventes y residuos de pesticidas y herbicidas. Además, los compuestos orgánicos transportados por el agua pueden incluir compuestos filtrados de cañerías, depósitos y equipos de purificación. Un sistema de purificación de agua también puede ser una fuente de impurezas en la conductividad del agua, por lo que no sólo debe estar diseñado para eliminar los
contaminantes del agua de alimentación, sino también para evitar la recontaminación del propio sistema. Salinidad: En la salinidad de las aguas influirán los detergentes con fosfatos ya que las concentraciones de sólidos disueltos tienen como componentes fundamentales los aniones (cloruros, fosfatos) y los cationes (Na, Mg). La relación entre aniones y cationes va a condicionar el pH del agua del mar, que oscila entre 8 y 8'3 y es por tanto ligeramente alcalino (esto le confiere una gran capacidad amortiguadora que tiene profundo interés biológico ya que muchos animales marinos carecen de estructuras aislantes del medio y por tanto, ligeras variaciones en el pH del medio afectan seriamente a su pH interno, pudiendo incluso causarles la muerte).
4.- Cuáles son los parámetros usados para medir la contaminación de aguas residuales industriales. Explique las características de los métodos empleados para el tratamiento de estas aguas.
TURBIDEZ: Se define como la mezcla que oscurece o disminuye la claridad o transparencia del agua.
DUREZA: Característica del agua que se presenta cuando existen disueltos cloruros, sulfatos y carbones entre otros. OD: El Oxígeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua y que es esencial para los riachuelos y lagos saludables. El nivel de oxígeno disuelto puede ser un indicador de cuán contaminada está el agua y cuán bien puede dar soporte esta agua a la vida vegetal y animal. Generalmente, un nivel más alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad. Si los niveles de oxígeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces y otros organismos no pueden sobrevivir. CONDUCTIVIDAD: Conducción específica, también conocida como conductividad, es la medición de la habilidad del agua para transportar corriente eléctrica. Depende en gran medida en la cantidad de materia sólida disuelta en el agua (como la sal). Agua pura, como el agua destilada, puede tener muy poca conductividad y en contraste, agua de mar tendrá una conductividad mayor. El agua de lluvia frecuentemente disuelve los gases y el polvo que se encuentran en el aire y por lo tanto, tiene una conductividad mayor que el agua destilada. La conductividad específica es una medida importante de la calidad del agua, ya que indica la cantidad de materia disuelta en la misma DBO: es la cantidad de oxígeno disuelto requerido por los microorganismos para la oxidación aerobia de la materia orgánica biodegradable presente en el agua. DQO: es la cantidad de oxigeno que se necesita para oxidar los materiales contenidos en el agua con un oxidante químico.
5.- Que métodos de eliminación de compuestos orgánicos se usan en la industria de bebidas gaseosas.
SEDIMENTACIÓN Asentamiento por gravedad de las partículas sólidas contenidas en el :
agua. La sedimentación puede llegar a ser simple o secundaria como se muestra a continuación: La simple se emplea para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de tratamiento especial. El reposo prolongado natural también ayuda a mejorar la calidad del agua debido a la acción del aire y los rayos solares; mejor sabor y el olor, oxida el hierro y elimina algunas substancias. La secundaria se emplea para quitar aquellas partículas que no se depositan ni aun con reposo prolongado, y que es la causa principal de turbiedad. FILTRACIÓN: Este proceso se utiliza para tener una mayor clarificacion y es el paso siguiente a la sedimentación. Existen muchos tipos de filtros con diferentes caracteristicas de acuerdo al empleo que se le piensa dar. La filtración más usual se realiza con un lecho arenoso de unos 100 por 50 metros y 30 centímetros de profundidad. En esta capa actúan bacterias inofensivas que descomponen la materia orgánica presente en el agua en sustancias inorgánicas inocuas.
Métodos Físicos
:
1. Filtración. Ayuda a eliminar bacterias, pero por sí solo, no puede garantizar la potabilidad del agua. 2. Ebullición. Método excelente para destruir los microorganismos patógenos que suelen encontrarse en el agua: bacterias, quistes y huevos.
Métodos Químicos:
1. Ozono. Es un oxidante poderoso. No deja olor pero sí sabor, aunque no desagradable. 2. Yodo. Muy buen desinfectante, necesita un tiempo de contacto de media hora. 3. Plata. En forma coloidal o iónica es bastante efectiva. Su efectividad disminuye con la presencia de ciertas substancias, como cloruros, que Se encuentran a veces en exceso en el agua. 4. Cloro. El cloro es indudablemente el elemento más importante que existe para la desinfección del agua. Se suele usar en una dosis de 0,0001% que destruye todos los microbios en cuatro minutos. Además se usa para: - Eliminar olores y sabores. - Decolorar. - Ayudar a evitar la formación de algas. - Ayudar a quitar el hierro y manganeso. - Ayudar a la coagulación de materias orgánicas.
CUARTA PARTE 1.- Se ha analizado el contenido bacteriano de seis muestras semanales de un afluente empelando el ensayo de confirmación estándar. Empleando la ecuación de Poisson, calcular la densidad de coniformes expresada como NMP, correspondiente a las 1,3,5 semanas. Comprobar los resultados obtenidos empleando la ecuación de Thomas. Tamaño de la Fracción [ml] 100.0 10. 1.0 0.1 0.01 0.001
NUMERO DE LA MUESTRA 1 2 3 4 5 6 4/5 4/5 5/5 3/5 3/5 1/5 2/5
5/5 4/5 5/5 3/5 2/5
5/5 5/5 5/5 2/5 3/5
5/5 5/5 5/5 1/5 2/5 0/5
5/5 5/5 5/5 5/5 5/5 1/5
Solución: Tamaño de la Muestra Número de Tubos Pósitivos Numero de tubos Negativos 100,0 10,0 1,0 0,1 0,01 0,001
0 8 4 12 10 1
20 17 26 18 20 9
i 1 2 3 4 5 6
0.24 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29
Con la ecuación de Poissón:
y a = [(1-e-n1 )p1 (e-n1 )q1] [(1-e-n2 )p2 (e-n2 )q2] [(1-e-n3 )p3 (e-n3 )q3] [(1-e-n4 )p4 (e-n1 )q4]
(y a)1
= [(1-e-100 0,24)0 (e-100 0,24)20] [(1-e-10 0,24)8 (e-10 0,24)17]
[(1-e-1 0,24)4 (e-1 0,24)26] [(1-e-0,1 0,24)12 (e-0,1 0,24)18]
[(1-e-0,01 0,24)10 (e-0,01 0,24)20] [(1-e-0,001 0,24)1 (e-0,001 0,24)9]
(y a)2
= [(1-e-100 0,25)0 (e-100 0,25)20] [(1-e-10 0,25)8 (e-10 0,25)17]
[(1-e-1 0,25)4 (e-1 0,25)26] [(1-e-0,1 0,25)12 (e-0,1 0,25)18]
[(1-e-0,01 0,25)10 (e-0,01 0,25)20] [(1-e-0,001 0,25)1 (e-0,001 0,25)9]
(y a)3
= [(1-e-100 0,26)0 (e-100 0,26)20] [(1-e-10 0,26)8 (e-10 0,26)17]
[(1-e-1 0,26)4 (e-1 0,26)26] [(1-e-0,1 0,26)12 (e-0,1 0,26)18]
[(1-e-0,01 0,26)10 (e-0,01 0,26)20] [(1-e-0,001 0,26)1 (e-0,001 0,26)9]
(y a)4
= [(1-e-100 0,27)0 (e-100 0,27)20] [(1-e-10 0,27)8 (e-10 0,27)17]
[(1-e-1 0,27)4 (e-1 0,27)26] [(1-e-0,1 0,27)12 (e-0,1 0,27)18]
[(1-e-0,01 0,27)10 (e-0,01 0,27)20] [(1-e-0,001 0,27)1 (e-0,001 0,27)9]
(y a)5
= [(1-e-100 0,28)0 (e-100 0,28)20] [(1-e-10 0,28)8 (e-10 0,28)17]
[(1-e-1 0,28)4 (e-1 0,28)26] [(1-e-0,1 0,28)12 (e-0,1 0,28)18]
[(1-e-0,01 0,28)10 (e-0,01 0,28)20] [(1-e-0,001 0,28)1 (e-0,001 0,28)9]
(y a)6
= [(1-e-100 0,29)0 (e-100 0,29)20] [(1-e-10 0,29)8 (e-10 0,29)17]
[(1-e-1 0,29)4 (e-1 0,29)26] [(1-e-0,1 0,29)12 (e-0,1 0,29)18]
[(1-e-0,01 0,29)10 (e-0,01 0,29)20] [(1-e-0,001 0,29)1 (e-0,001 0,29)9]
Reemplazando valores:
i 1 2 3 4 5 6
ya 0,24 0,25 0,26 0,27 0,28 0,29
3,8E-273 3,7E-282 3,4E-291 3,1E-300 0 0
NMP = 0,26/100 [ml] de muestra
Tenemos que NMP es:
Con la ecuación de Thomas: NMP
100[ml ]demuestra
Tamaño de la muestra
Número det ubospositi vos 100
([ml ]demuestrae nlostubosn egativos ) ([ml ]demuestrae ntodoslost ubos )
Número de tubos positivos
Número de tubos negativos
Número total de tubos
0 8 4 12 10 1
20 17 26 18 20 9
20 25 30 30 30 10
35
110
145
100,00 10,00 1.00 0,10 0,01 0.001
Total NMP
100[ml ]demuestra
35 100 ((20 100 17 10 26 1 18 0,1 20 0.01 9 0.001)[ml ]) ((20 100 25 10 30 1 30 0,1 30 0,01 10 0.001)[ml ])
De la ecuación tenemos que:
NMP = 0,016/100 [ml] de muestra
2.- Calcular los valores de L y K correspondientes a los siguientes datos de DBO, obtenidos en un curso de agua que recibe afluentes tratados, empleando el método de mínimos cuadrados. Solución: T
y
y prima Y 8 Y p
4 8 12 16 20 22
11 16 24 28 30 32
2 1.625 1.5 0.75 1
22 26 36 21 30 0
SUMATORIA 141
6.875
135
Realizando la resolución de sistemas de ecuaciones con ayuda de la calculadora se logró obtener los siguientes resultados. a= 1.27 b=-0.0037 Para hallar k y L tenemos las siguientes igualdades: b = -K K = 0.0037 a = -b*L L = a/-b L= 1.27/0.0037 L = 343.24
3.- determinar la DBO de 1 día y la DBO última de la primera fase para un agua residual cuya DBO a los 5 días a 20ºC es de 430 mg/l. emplear la constante k (base e) encontrada en el problema anterior.
4.- Obtener los valores medios proporcionales al caudal de los datos de SS y DBO de la siguiente tabla: hora 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
caudal, DBO mg/l SS, mg/l q, m3/s 141 112 73 44 21 25 39 108 119 160 212 211 213 218 210 185 162 136 120 159 210 315 231 203
total 3627 media ponderada
152 123 115 79 40 30 39 65 176 231 243 254 231 229 205 165 141 127 125 139 168 196 201 170
9,8 8,3 6,9 8,2 7,5 7,3 8,3 8,4 9,4 13,9 14 9,8 9,6 9,4 8,7 8 7,5 7,3 7,5 12,2 10,3 9,1 8,7 7,8
3644
217,9
DBO *q 1381,8 929,6 503,7 360,8 157,5 182,5 323,7 907,2 1118,6 2224 2968 2067,8 2044,8 2049,2 1827 1480 1215 992,8 900 1939,8 2163 2866,5 2009,7 1583,4
SS*q 210033,6 114340,8 57925,5 28503,2 6300 5475 12624,3 58968 196873,6 513744 721224 525221,2 472348,8 469266,8 374535 244200 171315 126085,6 112500 269632,2 363384 561834 403949,7 269178
34196,4 6289462,3 156,936209 28863,9849
5.- para los datos de caudal y de concentración de DBO de la tabla del problema 5, determinar el volumen del tanque necesario para la regulación del caudal.
hora 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
caudal, q, m3/s 9,8 8,3 6,9 8,2 7,5 7,3 8,3 8,4 9,4 13,9 14 9,8 9,6 9,4 8,7 8 7,5 7,3 7,5 12,2 10,3 9,1 8,7 7,8
V2 V1 V
35280 29880 24840 29520 27000 26280 29880 30240 33840 50040 50400 35280 34560 33840 31320 28800 27000 26280 27000 43920 37080 32760 31320 28080
190000 220000 30000
volumen 35280 65160 90000 119520 146520 172800 202680 232920 266760 316800 367200 402480 437040 470880 502200 531000 558000 584280 611280 655200 692280 725040 756360 784440
800000 780000 760000 740000 720000 700000 680000 660000 640000 620000 600000 580000 560000 540000 520000 500000 480000 460000 440000 420000 400000 380000 360000 340000 320000 300000 280000 260000 240000 220000 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
6.- Determinar la necesidad teórica de energía y la superficie de palas necesarias para conseguir un valor de gradiente de velocidad de 85/s en un tanque con el volumen del anterior problema a una temperatura del agua de 20 ºC, donde: Coeficiente de arrastre de las palas = 2.3 Velocidad en la punta de la pala
= 0.95 m/s
Velocidad relativa de las palas
= 0.97 vp
Viscosidad dinámica
= 0.001146 Ns/m2
Densidad de fluido
= 1038.3 Kg/m3
Solución: G
P
P G
V
2
V
2
P F D V P
C D A V P
2
Necesidad teórica de energía: P G
2
1
2
P 85
V
2
seg
0.001146
Nseg m
3
4500 m 3
37259 .325 J
P 37259.325 J
Superficie de palas necesaria:
A
2 37259.325
2 P
C D V P
2
A
2.3
m seg
1038.3
kg m3
A
kgm3 seg 4
0.97 0.952
36 .747 m
2
m
2
seg 2
36.747 m 2
7.- Una planta de tratamiento ha venido registrando caudales de agua residual altos en los meses húmedos. Los caudales medios mensuales registrados son los que aparecen en la tabla adjunta. El rápido incremento de los caudales que corresponden a los meses de verano se atribuye principalmente al aumento de la infiltración y de las aportaciones incontroladas correspondiendo a la infiltración el 81% del exceso del caudal. Se considera que es necesario reparar 852.5 Km. De conducciones de la red de alcantarillado con un costo de 85,25 $us por Km. Y que dicha medida solo reduciría la infiltración en un 20% ¿Cuántos años se tardaría en cubrir los gastos de reparación con el dinero ahorrado en el costo de tratamiento de las aguas si se supone que los caudales futuros van a ser los mismos que los que figuran en la tabla? El costo actual del tratamiento de las aguas es de 0.35 $/m 3, y se supone que crecerá con un incremento del 10% anual. Supóngase también que las operaciones de reparación tendrán una duración de tres y medio años. MES Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
CAUDAL MEDIO MENSUAL (Hm3/día) 1,707 1,741 1,692 1,625 1,559 1,521 1,508 1,506 1,506 1,524 1,545 1,567
Solución: Primero, se realizó el cálculo de la infiltración, que es igual a: Infiltración = (Caudal medio mensual) * 0.81 Y el caudal medio posterior, será: Caudal medio posterior = (Caudal medio mensual) – (20% Infiltración)
Entonces, en la siguiente tabla se muestra los resultados:
MES Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre
CAUDAL MEDIO MENSUAL INFILTRACION Q MEDIO POSTERIOR (Hm3/dia) 1,707 1,741 1,692 1,625 1,559 1,521 1,508 1,506 1,506 1,524 1,545 1,567
1,383 1,410 1,371 1,316 1,263 1,232 1,221 1,220 1,220 1,234 1,252 1,269
1,430 1,459 1,418 1,362 1,306 1,275 1,264 1,262 1,262 1,277 1,295 1,313
Con los datos de la tabla anterior podemos obtener: Caudal ahorrado en tres meses de verano: Q ahorrado = (1,383+1,410+1,371) = 4,164 Hm 3/día Q ahorrado = 4,164Hm3/día El costo de la reparación necesaria es: Costo de reparación = 852.5 km * 85.25 $/km = 72675,625 $ Costo de reparación = 72675,625 $ Costo del tratamiento de aguas: 1 er. Año 2 do. Año 3 er. Año 4 to. Año
Costo = 0.35$/m3 Costo = 0.10*0.35+0.35 Costo = 0.10*0.385+0.385 Costo = 0.10*0.4235+0.4235
0.35 0.385 0.4235 0.46585
El Ahorro en dinero será: Ahorro 4.164 Hm / día 3
1003 m 3 1 Hm3
0.46585$ m3
1939799.4
$ dia
Ahorro = 1939799.4 $/día Con el ahorro en los meses húmedos, obtenido el tercer año a partir de la actualidad, se cubrirán los costos de reparación de las conducciones de la red de alcantarillado.
8.- En una determinada zona, la ocupación del terreno en la que se muestra en la primera de las siguientes tablas. El colegio cuanta con 2400 alumnos y genera caudales de aguas residuales de 75L/alumno x día, con factor de punta 4.0. En la segunda de las tablas, se proporciona los datos de caudales medios y factores de punta para el resto de las instalaciones de la zona. Determinar los caudales de agua residual de la zona. tipo de superficie ocupación (Ha) residencial comercial colegio industrial
140 18 7 10
tipo de ocupación caudal medio (m3/Ha día) factor de punta residencial comercial industrial
40 20 30
3 2 2,5
Solución: ocupación caudal generado por día colegio residencial comercial industrial
180 5600 360 300
m3/día m3/día m3/día m3/día
10.- Una comunidad residencial de 43.920 habitantes está planeando ampliar su planta de tratamiento de aguas residuales. Se espera que, dentro de 30 años, la población habrá aumentado hasta alcanzar un 80% más de habitantes, y se estima en 7500 personas diarias el número de no residentes presentes en la comunidad debido a la futura construcción de un colegio y 10800 debido a la construcción de una universidad. También se instalará un nuevo centro industrial que contribuirá con un caudal medio de agua residual de 2725 m 3/día, y cuyo caudal punta es de 2450 m3/día en condiciones de funcionamiento las 24 hrs. Del día. El caudal medio de agua residual es, actualmente, de 107.850 m 3/día, y se han considerado como no excesivas las contribuciones debidas a la infiltración y las conexiones incontroladas. La infiltración se ha estimado que contribuye con un caudal medio de 210 L/hab. Día, y en el caudal punta es de 170 L/hab. Día. Debido a la instalación de dispositivos de ahorro en el consumo de agua, se estima que el consumo doméstico de agua en las viviendas futuras será un 15% inferior al consumo registrado en las viviendas existentes en la actualidad. Calcular el caudal medio futuro, así como los caudales punta y mínimo del proyecto. Empléese la figura 1 para el cálculo del caudal punta doméstico. Supóngase que el cálculo punta industrial se produce durante el turno del día. Para el cálculo del caudal mínimo, adoptar el valor de 0.35 para la relación entre el caudal mínimo y el caudal medio para las aguas residuales domésticas, y suponer que las instalaciones industriales cierran un día por semana. Solución: población Q medio factor punta
43920 habitantes 1,24826389 m3/s 3,6
situación actual: Qmedio infiltraciones
9223,2
Qmedio de agua residual +infiltraciones
117073,2
Qpunta de agua residual Qagua punta infiltración Qagua residual + infiltración
421463,52 7466,4 428929,92
situación actual: Qmedio AR
2316,25
Qmedio infiltración 8400
m3/dia
Qmedio total
