CAPITULO 2 Caudales de aguas residuales.
1.- Estimar la relación existente entre el caudal punto horario en periodos húmedos y el caudal medio diario para periodos secos a partir de la gráfica de la Figura 2-3. 2.- En una determinada zona, la ocupación del terreno es la que se muestra en la primera de las siguientes tablas. El colegio cuenta con 1.500 alumnos y genera caudales de aguas residuales de 75 l/alumno *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 obra. Determine los caudales de agua residual de la zona.
Tipo de ocupación Residencial Comercial Colegio Industrial
Tipo de ocupación
Superficie (Ha) 125 11 4 8
Factor de punta
Residencial
Caudal medio (m3/Ha*día) 40
Comercial
20
2,0
Industrial
30
2,5
3,0
3.- Estimar los caudales de agua residual que se generan en un polígono industrial de 200 ha, en el que, de acuerdo con las lecturas de los contadores, se consumen 424.106 m3 anuales. El 20% de la superficie bruta del polígono son espacios verdes, siendo la demanda correspondiente al riego de estos espacios verdes de 1,3 m/año. Calcular la producción anual de agua residual suponiendo que el 85% del agua no destinada a riego llega a la red de alcantarillado. Estimar el máximo caudal si se supone q la producción de agua residual se mantiene constante durante las 12 h/día, 5 días /semana en que funcionan las industrias del polígono. polígono . Calcula también el caudal diario y el factor de punta que relacionan el caudal máximo con el caudal medio anual. No se tendrá en cuenta para los cálculos la influencia de la infiltración ni de las aportaciones incontrolables.
CAPITULO 3 Características de las aguas residuales.
1.- A partir de una muestra de agua residual, se han obtenido los siguientes resultados de DBO a 20C: t, d y, mg/l
0 0
1 65
2 109
3 138
4 158
5 172
Calcular la constante de reacción k y la DBO ultima de la primera fase empleando el método de mínimos cuadrados y el método Fujimoto. 2.- Calcular la demanda de oxigeno carbonosa y nitrogenada de un residuo que tiene por fórmula CNHO (el N pasa a NH en el primer paso). 3.- Determinar la demanda de oxigeno carbonosa y nitrogenosa, en mg/l de una solución de 1 litro que contiene 300g de acido acético (CHCOOH) y 300 mg de glicina (CH (NH) COOH). 4.- En la caracterización de un residuo, se han obtenido los siguientes resultados: DBO = 400 mg/l K = 0,29 día ¯ NH = 80 mg/l
Estimar la cantidad total en oxigeno en mg/l que debe añadirse para estabilizar completamente dicho residuo. ¿Qué valores toman la DQO y la DTeO? 5.- Se sabe que un agua residual de origen industrial solo contiene acido esteárico (CHO), glicina (CHON) y glucosa (CHO ). Los resultados de un análisis en el laboratorio son los siguientes: Nitrógeno orgánico = 11 mg/l Carbono orgánico = 130 mg/l DQO = 425 mg/l Determinar la concentración de cada uno de los constituyentes en mg/l. 6.- ¿Cuántos mg/l de CrO2 se consumen si la DQO de una muestra de agua residual es de 450 mg/l?
CAPITULO 5 Introducción al proyecto de plantas de tratamiento de agua residual.
1.- Si la comunidad del ejemplo 5-1 tiene previsto añadir las siguientes instalaciones a la industria existente, ¿cuáles serán los caudales futuro medio, punta y mínimo? Emplear los datos de caudales típicos de la Tabla 2-10.
Instalaciones Nuevas
Hotel Restaurante Edificio de oficinas Lavandería self-service
300 clientes/día 40 empleados 600 comidas/día 200 empleados 20 máquinas
CAPITULO 6 Operaciones físicas unitarias.
1.- Se debe mezclar el líquido contenido en un tanque por medio de un impulso de turbina de 6 paletas planas. El diámetro de la turbina es de 2m y el impulso se instala 1m por encima del fondo del depósito, que cuenta con 6m de profundidad. Si la temperatura es de 30C y el impulsor funciona a 30 rpm ¿Qué cantidad de energía se consumirá? Calcular el número de Reynolds empleando la Ecuación 6.5. 2.- Se desea realizar la mezcla rápida de algunos productos químicos con agua residual que va a ser tratada. Para ello se pretende emplear un mezclador de paletas planas de 0,5m de diámetro dotado de 6 paletas. Si la temperatura del agua residual que entra en el sistema es de 10C y el valor de la constante k es 1,7, determinar: a) b) c)
Velocidad de rotación cuando el número de Reynolds es aproximadamente 100.000. ¿Por qué es conveniente, en la mayoría de aparatos de mezcla, que el numero de Reynolds sea tan alto? Tamaño del motor necesario si se supone un rendimiento del 20%.
d)
El número de Froude ( ).
3.- Si el efluente estacionario de un reactor de mezcla completa utilizado como floculador contiene 3 partículas/unidad de volumen, determinar la concentración de partículas en el efluente 5 minutos después de iniciarse el proceso y antes de alcanzarse las condiciones estacionarias. Supóngase que el agua que entra en el reactor contiene 10 partículas/unidad de volumen, que el tiempo de retención en el reactor de mezcla completa es de 10 min, y que se puede aplicar una ecuación cinética de primer orden ( ). 4.- Derivar la Ley de Stokes igualando la Ecuación 6.15 al peso efectivo de la partícula. 5.- Determinar la eficacia de eliminación de un tanque de sedimentación cuya velocidad critica v es de 2 m/h al tratar un agua residual que contiene partículas solidas cuya velocidad de sedimentación se distribuyen según la tabla adjunta. Dibujar el histograma de partículas para el agua residual afluente y efluente. Velocidad,
m/h
0-0,45 0,45-0,90 0,90-1,35 1,35-1,80 1,80-2,25 2,25-2,70 2,70-3,15 3,15-3,60
Número de partículas
20 40 80 120 100 70 20 10
6.- Empleando las curvas de sedimentación que aparecen en la figura que se adjunta determinar la eficacia de un tanque de sedimentación a la hora de eliminar partículas floculadas si se supone que la profundidad es de 2,5 m y el tiempo de retención es de 30 min. 7.- Determinar la eficacia de eliminación para una suspensión floculante en un tanque de 3 m de profundidad con una carga de superficie de 3 m/h, empleando los datos de sedimentación de la siguiente tabla, obtenidos en el laboratorio. Porcentaje de sólidos en suspensión eliminados a la profundidad indicada (en metros) Tiempo, min 20 30 40 50 60 70 80
0,45
0,90
1,35
1,80
2,25
61 71 81 90 -
63 72 81 90 -
55 63 73 80 86 -
61 67 74 80 86
57 63 68 75 81
8.- La curva que se muestra en la figura adjunta es el resultado de un ensayo de sedimentación en el que se empleo un cilindro de 1,5 m. La concentración inicial de sólidos era de 3.600 mg/l. Determinar la superficie de espesado necesario para alcanzar una concentración ultima Cu de 12.000 mg/l con un caudal de fango de 1.500 m3/día. 9.- Empleando las ecuaciones desarrolladas por Fair, Hatch y Rose, determinar la pérdida de carga en el flujo a través de un lecho de arena de 75 cm de espesor. Suponer que la arena está formada por partículas esféricas de un único tamaño (diámetro de 0,6 mm), que la porosidad de la arena es de 0,40, la temperatura es de 18C, y que la velocidad de filtración es de 250 l/min. 10.- Si se coloca una capa de 30 cm de antracita por encima de la capa de arena del Problema 6.26, calcular la relación entre la perdida de carga que se produce en la capa de antracita y la que se produce en la capa de arena. Suponer que la antracita presenta una porosidad de 0,5 y que el tamaño de la partícula es de 2,0 mm. 11.- Los datos de la siguiente tabla se obtuvieron durante una campaña de ensayos encaminados a evaluar el funcionamiento de un sistema de aireación por difusión de aire. A partir de estos datos, determinar el valor KLa a 20C y la concentración de equilibrio de oxigeno disuelto en el tanque en los que hicieron los ensayos. Los ensayos se realizaron con agua corriente a la temperatura de 24C. C, mg/l dC/dt, mg/l*h
1,5 8,4
2,7 7,5
3,9 5,3
4,8 4,9
6,0 4,2
7,0 2,8
8,2 2,0
CAPITULO 7 Procesos químicos unitarios.
1.- Para facilitar la sedimentación en un tanque primario, se añaden 25 kg de sulfato ferroso (FeSO.7HO) por cada de agua residual. Determinar la alcalinidad mínima necesaria para reaccionar, inicialmente, con el sulfato ferroso. ¿Cuántos gramos de cal expresados como CaO, será necesario añadir para que después de reaccionar con el Fe(HCO) y con el oxigeno disuelto en el agua se pueda formar Fe(OH) insoluble? 2.- Se añade caparrosa (FeSO.7HO) a la concentración de 18 mg/l al a gua residual para las mejoras de un tanque de sedimentación primaria. Suponiendo que existe la suficiente alcalinidad necesaria, en forma de Ca(HCO), determinar: a) Gramos de cal en forma de CaO necesarios para completar la reacción. b) Concentración de oxigeno en el agua residual de modo que se pueda oxidar el hidróxido de hierro que se forma. c) Volumen de fango producido por cada milímetro cubico de agua residual. d) Cantidad de aluminio necesaria, en kg, para obtener la misma cantidad de fango que en el apartado C, suponiendo que el precipitado que se forma es el hidróxido de aluminio, Al(OH). 3.- Los datos de la tabla adjunta se han obtenido en una serie de ensayos de laboratorio realizados sobre un efluente procedente de un proceso de tratamiento secundario de agua residual:
Recuento de coliformes fecales residuales, núm./100 ml Dosis
de cloro, mg/l 1 2 4 6 8 10
15
Tiempo de contacto, min 30
60
10000 3000 400 110 54 30
2000 350 65 30 19 10
500 90 20 12 6 1
a) Representar el número de organismos presentes frente a la dosis de cloro en un papel doblemente logarítmico. A partir de la grafica resultante determinar el valor del exponente y de la contante de la ecuación /.29 para concentraciones residuales de coliformes de 200/100 ml y 1000/100 ml. b) Los datos siguientes pertenecen a una planta de tratamiento de agua residual:
Elemento Caudal medio, /d Caudal máximo diario, /d Recuento máximo admisible de coliformes fecales en el efluente, núm./100 ml
Mayo - Octubre 20000 40000 200
Novimbre - Abril 26000 51700 1000
Determinar el volumen necesario de un tanque de cloración proyectado para un tiempo de contacto de 30 min para el caudal medio de invierno. Utilizando las ecuaciones desarrolladas en el apartado (a) , determinar la dosis mínima necesaria en mg/l para conseguir la eliminación necesaria baja cada una de la cuatro condiciones de caudal indicadas en la tabla. Suponiendo que la cantidad anual de cloro necesaria pueda calcularse en base al caudal medio para cada uno de los 2 periodos semestrales, determinar la cantidad mínima de cloro necesaria cada año, en kg. (Cortesía de E. Foree.) 4.- Utilizar los siguientes datos de ensayos de supervivencia de E.coli en los procesos de cloración para resolver las siguientes cuestiones: Cloro libre disponible, mg/l
0,05 0,07 0,14
Tiempo de contacto, min
1 97 93 67
3 82 60 11
5 63 28 0,7
10 21 0,5 -
20 0,3 -
a) Determinar los valores de m y K aplicables con las diferentes concentraciones para la Ley de Chick modificada (Ec. 7.26) b) Usando la ecuación 7.29 determinar los valores de la constante y del exponente, suponiendo un índice de mortalidad de los E. Coli del 99% c) Si la temperatura del agua es de 20 grados C estimar el tiempo necesario para la eliminación del 99% de los E. Coli con una dosificación de cloro de 0,05mG/l. d) ¿Cuál es el significado de los exponentes n y m en relación con la cinética de la desinfección? 5.- Discutir las ventaja e inconvenientes de utilizar el ozono como desinfectante. Citar al menos 4 referencias bibliográficas (posteriores a 1985) basándose en las cuales a realizado sus comentarios. 6.- Discutir las ventajas e inconvenientes de utilizar la radiación ultravioleta como desinfectante. Citar al menos 4 referencias bibliográficas (posteriores a 1985) basándose en las cuales a realizado sus comentarios.
