TAREA 1 Tratamientos Físicos
Con el objetivo de que desarrolle d esarrolle habilidades y destrezas en la resolución de problemas se enlistan estos ejercicios para que usted resuelva dos problemas:
1. Un hotel desea reducir su caudal de agua residual empleando un programa de ahorro en el consumo de agua. El hotel cuenta con 240 habitaciones y el caudal del agua residual promedio que se requiere alcanzar es de 50000 gal/d; por tanto, se debe de reducir el caudal en 10000 gal/d. Realice un programa de ahorro en el agua para alcanzar la meta deseada, si existen duchas y sanitario que consumen 3.5 gal/min y 3.8 gal/descarga respectivamente. Que otros sistemas o elementos para la reducción del caudal pueden ser empleados? 2. Una industria procesadora de alimentos genera 20000 lb/d de DBO y una caudal de 1 Mgal/d. Cuál es la concentración promedio de DBO? Calcule el equivalente poblacional para este residuo si el aporte per cápita de DBO es de 80 g/p d y el caudal de 65 gal/p d. 3. Si la DBOU del efluente de un tanque séptico de un restaurante es de 360 mg/L y la DBO5 es 250 mg/L, determine el valor de la constante cinética para la DBO. 4. Determine para una solución que contiene 200 mg/L de glicina [CH 2(NH2)COOH] el valor teórico de la DQO, DBO demanda nitrogenada de oxigeno y la relación carbono a nitrógeno. o
5. El valor de la DBO5 a 20 C de determinada agua residual es 210 mg/L. Cuál será el valor de DBOU y DBO 10, si la muestra hubiera hubiera sido incubada a 30oC, cual habría sido sido la -1
DBO5 (k = 0.23 d ). 6. Qué ventajas tiene la prueba de DQO sobre la de DBO. Argumente su repuesta. Cite dos referencias bibliográficas y anéxelas como prueba. o
7. Una rejilla de barra esta inclinada 60 con la horizontal. Las barras b arras rectangulares tienen un diámetro de 20 mm y espacio libre de 25 mm. Determine las pérdidas de carga cuando las barras están limpias y la velocidad de aproximación a la rejilla e s 1 m/s. diga usted si las pérdidas de carga calculada son realistas con lo que realmente pasa en una PTAR. 8. Diseñe una cámara desarenadora aireada para una PTAR con un caudal promedio de 3
15000 m3/d y un caudal pico de 40000 m /d. Determine la cantidad de aire requerido y la presión a la descarga del blower. Permita 250 mm de pérdida de carga y adicione a la submergencia 30% más por las perdidas en las tuberías y válvulas.
3
9. Diseñe un sistema de cámaras desarenadoras para un caudal de 0.3 m /s y un caudal 3
pico de 1 m /s. la profundidad promedio es 3 m, la relación ancho a profundidad es 3
1.5:1 y el tiempo de detención es 3.5 min. La tasa de aireación es de 0.4 m /min per m de longitud de tanque. Determine las dimensiones de las cámaras desarenadoras y el aire total requerido. 10.
Discuta las ventajas y desventajas de las cámaras desarenadoras aireadas vs, las
cámaras desarenadoras tipo vórtice. Cite al menos dos referencias. 11.
Indague sobre el tipo de PTAR local y revise las operaciones de tamizado y
desarenado. Que métodos usan ellos y que problemas tienen. Con que sistema de tratamiento puede usted sustituir el desarenador, fundamente su repuesta. 12.
El contenido de un tanque necesita ser mezclado con un impulsor de turbina que
tiene 6 hojas planas. El diámetro del impulsor es de 3 m y este es instalado 1.25 m o
encima del fondo del tanque de 7 m de longitud. Si la temperatura del agua es de 30 C y el impulsor rota a 30 r/min, cuál será el requerimiento energético. Encuentre el numero de Reynolds y comenta el valor encontrado. 13.
Si se desea diseñar un tanque para mezclar químicos con el afluente del agua
residual usando un mezclador de paletas de 500 mm de diámetro con 6 paletas, determine: la velocidad de rotación cuando el número de Reynolds es 100000, porque es deseable tener un valor alto de Reynolds en el mezclador. El tamaño requerido del motor asumiendo un factor de eficiencia del 20%. La temperatura del agua es de 25oC y el número de energía para la cámara es 1.7. 14.
Asumiendo que para un proceso de floculación la reacción de primer orden puede
ser utilizada (r N = -kN), complete la siguiente tabla asumiendo que el proceso ocurre en un reactor de flujo pistón con un tiempo de detención de 10 minutos. Cual debe ser el valor después de 5 minutos si un reactor Batch fuera usado, asuma que la constante de velocidad es la misma. Tiempo No. partículas/volumen 15.
de
0 10
5 ¿
10 3
Un sistema de floculación con aireación necesita ser diseñado. Si el gradiente de
velocidad G es 60/s, estime el caudal de aire que será necesario para un cámara de floculación de 200 m3 de volumen. Asuma que la profundidad de la cámara es de 4 m. 16.
Determine la velocidad de sedimentación en m/s de una partícula de arena con
una gravedad específica de 2.65 y un diámetro de 1 mm. Asuma que el número de Reynolds es 275. 17.
Si un efluente en estado estacionario de un tanque agitado de flujo continuo
usado como floculador contiene 3 partículas por unidad de volumen, determine la concentración de la partícula en el efluente 5 minutos después que el proceso comenzó antes de alcanzar las condiciones de estado estable. Asuma que el afluente
contiene 10 partículas/unidad de volumen, el tiempo de detención del CFSTR es de 10 minutos y puede aplicarse la cinética de primer orden (r N = -kN). 18.
Determine la eficiencia de remoción para un tanque de sedimentación con una
velocidad crítica de 2 m/h en tratar agua residual que contiene partículas que sedimentan y se distribuyen de acuerdo a la tabla de abajo. Grafique el histograma de la partícula para el afluente y efluente.
19.
3
La velocidad de flujo a través de un clarificador ideal es 8000 m /d, el tiempo de
detención es de 1 h, la profundidad es 3 m. Si placas movibles de manera horizontal son colocadas 1 m por debajo de la superficie del agua, determine el porcentaje de remoción de las partículas teniendo una velocidad de 1 m/h. Podrá la eficiencia del clarificador ser mejorado moviendo las placas. Si es así, donde debe colocarse la placa y cuál será la máxima remoción que se alcance. Cuál es el efecto e n las placas movibles si la velocidad de sedimentación de las partículas es de 0.3 m/h. 20.
Para una suspensión floculenta, determine la eficiencia de remoción para un
tanque de 3 m de profundidad con una velocidad de sobre-flujo V o igual a 3 m/h usando los datos de sedimentación presentados en la siguiente tabla.
21.
La siguiente curva fue obtenida de un tanque de sedimentación de 3 m. La
concentración de sólidos iniciales fue de 3600 mg/L. Determine el área requerida para 3
una concentración de 12000 mg/L con un caudal de sólidos de 1500 m /d.
22.
Diseñe un tanque de sedimentación circular de flujo radial para una comunidad
con una población proyectada de 45000 habitantes. Asuma que la dotación es de 400 L/p d. Diseñe para un tiempo de sedimentación de 2 horas para un caudal promedio. Determine la profundidad del tanque y el diámetro para producir una velocidad de 3
2
sobre flujo de 36 m /m ·d para el caudal promedio. Asuma dimensiones estándares con un incremento de 1 m en diámetro y 0.5 m en profundidad. 23.
3
2
Un tanque rectangular tiene una velocidad de sobre flujo de 30 m /m d y
dimensiones de 2.75 m de profundidad, 6 m ancho y 15 m largo. Determine si partículas con un diámetro de 0.1 mm y gravedad especifica de 2.5 serán arrastradas al fondo. Use f de 0.03 y k de 0.04. 24.
Determine el incremento en porcentaje en la velocidad de carga hidráulica y de 3
sólidos de una PTAR con sedimentación primaria cuando 200 m /d de desechos de lodos activados sedimentados conteniendo 2000 mg/L de sólidos suspendidos son 3
descargados para su espesamiento. El caudal de la planta es de 20000 m /d y la concentración de sólidos suspendidos en el afluente es de 350 mg/L. La velocidad de sobre flujo diseñada para los tanques de sedimentación primaria sin desechos sólidos 3
2
es de 32 m /m d y el tiempo de detención es de 2.8 h. Cree usted que el incremento de carga adicionado afectara el funcionamiento de los tanques de sedimentación primaria. 25.
Prepare una tabla y compare los datos de al menos 3 referencias respecto a los
siguientes aspectos de diseño de un tanque de sedimentación primaria: tiempo de detención con y sin pre aireación, remoción de DBO esperada, remoción de sólidos suspendidos esperadas, velocidad horizontal media, velocidad de sobre flujo o de carga superficial (m3/m2 d), tamaño de las partículas a ser removidas, relación longitud: ancho para un tanque rectangular, profundidad promedio. Liste las referencias y anexe prueba de que investigó. 26.
Una planta de tamaño promedio va a ser diseñara y se está considerando
sedimentación primaria rectangular y circular. Qué factores deben de tomarse en
cuenta para la evaluación y selección del tipo de tanque. Liste las ventajas y desventajas para cada tipo. Cite tres referencias y de pruebas de que investigo. 27.
Contrastes flotación por aire disuelto con sedimentación, discuta tiempo de
detención, velocidad de carga superficial, requerimiento energético, eficiencia y las aplicaciones para cada tipo. 28.
Los siguientes datos fueron obtenidos de una serie de pruebas para evaluar un
sistema de aireación con aire por difusión. Usando los datos de abajo, determine el o
valor de K La a 20 C y la concentración en el equilibrio del oxigeno disuelto en el tanque. o
Se utilizo agua potable para las pruebas a 24 C.
29.
Si el volumen de un tanque para pruebas de sistemas de aireación del problema 3
3
anterior (22) fuera igual a 100 m y el caudal del aire de 2 m /min, determine la o
eficiencia para la máxima transferencia de oxigeno a 20 C y una atmósfera. 30.
Equipos de aireación por difusión están siendo considerados para instalar en un
tanque de lodos activados con una submergencia de 4.5 m. El contenido de oxigeno requerido para el tratamiento biológico es de 700 kg/d. Determine la velocidad de transferencia de oxigeno estándar y los requerimientos teóricos para difusores de cerámica instalados en cuadriculas y compárelos con un sistema de difusión no porosa instalados en forma de rollos de espirales dobles. La temperatura del agua residual es de 20oC y los factores de transferencia de oxigeno para corrección del tipo de desecho son 0.64 para los difusores de cerámica y 0.75 p ara los difusores no porosos.
