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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
Tema:
CÁTEDRA : CIENCIAS AMBIENTALES
CATEDRÁTICO : Ing. JOSE POMALAYA VALDEZ
ALUMNO : FUENTES VIVANCO , Walter Carlos
SEMESTRE : IX
HUANCAYO – PERÚ
2010
PROBLEMAS RESUELTO DE CONTAMINACION DEL 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 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.
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.- .,104 24 +− MgMx
SOLUCION:
3
33
3
32
324
24
1
10
1
09.100
1
1.104,104
gCaCO
mgCaCOx
molCaCO
gCaCOx
molMg
molCaCOx
Lagua
molMgxMgMx +
+−+− =
Dureza = LaguamgCaCO /40 3 = 340 ppmCaCO
B.- 3100 ppmMgCO
SOLUCION:
xmolMgCO
molCaCOx
gMgCO
molMgCOx
mgMgCO
gMgCOx
Lagua
mgMgCOppmMgCO
3
3
3
3
33
333 1
1
32.84
1
10
1100100 =
Lagua
mgCaCO
gCaCO
mgCaCOx
molCaCO
gCaCO 3
3
33
3
3 119
1
10
1
09.100=
Dureza = LaguamgCaCO /119 3 = 3119 ppmCaCO
C.- +260 ppmMg
SOLUCION:
xmolMg
molCaCOx
gMg
molMgx
mgMg
gMgx
Lagua
mgMgppmMg
23
2
2
23
222
1
1
31.24
1
10
1.6060 ++
+
+
+++ =
Lagua
mgCaCO
gCaCO
mgCaCOx
molCaCO
gCaCO 3
3
33
3
3 247
1
10
1
09.100=
Dureza = 3247 ppmCaCO
2.- Un agua industrial tiene una concentración de .,104 24 +− MgMx ¿Cuál
es su dureza?
SOLUCION:
3
33
3
32
324
24
1
10
1
09.100
1
1.104,104
gCaCO
mgCaCOx
molCaCO
gCaCOx
molMg
molCaCOx
Lagua
molMgxMgMx +
+−+− =
Dureza = LaguamgCaCO /40 3 = 340 ppmCaCO
3.- ¿Cuál es la dureza de un agua natural que tiene una concentración de
80 ppm en 3CaCO ?
SOLUCION:
Dureza = LaguamgCaCO /80 3 = 380 ppmCaCO
4.- ¿Cual será la dureza de un agua industrial que tiene la concentración
de 60 ppm en +2Ca ?
SOLUCION:
xmolCa
molCaCOx
gCa
molCax
mgCa
gCax
Lagua
mgCappmCa
23
2
2
23
222
1
1
08.40
1
10
.16060 ++
+
+
+++ =
Lagua
mgCaCO
gCaCO
mgCaCOx
molCaCO
gCaCO 3
3
33
3
3 150
1
10
1
09.100=
Dureza = 3150 ppmCaCO
5.- Un agua de un manantial fue tratada con 32CONa .Para reducir su
dureza. Después de del tratamiento la dureza se ha reducido hasta 10ppm de
3CaCO ¿Cuál será la concentración de 23−CO en el equilibrio?
Dato: 9100.53
xKcCaCO =
SOLUCION:
Conociendo la reacción de precipitación del 3CaCO y el equilibrio de solubilidad
del mismo, podemos calcular la concentración del anion carbonato existente en
el equilibrio.
++ +→+ NaCaCOCONaCa aq 23322
)(
2)(3
2)(3
−+ +→ aqaq COCaCaCO
3
2)(3
3
3
33
333 1
1
09.100
1
10
11010
molCaCO
molCOx
gCaCO
molCaCOx
mgCaCO
gCaCOx
Lagua
mgCaCOppmCaCO aq
−
=
=Lagua
molCOx aq2
)(351010 −−
9100.53
xKcCaCO = =
[ ][ ] [ ] [ ] Lagua
molCOx
x
x
Ca
KcCOCOCa aq
aqaqaqaq
2)(35
5
9
2)(
2)(3
2)(3
2)( 105
1010
105−
−−
−
+−−+ ===⇒
[ ] MxCO aq52
)(3 105 −− =
6.- El análisis de un agua natural indica que es .,104 24 +− MgMx ,
.106 24 +− MCax y .,108 34 −− HCOMx Si se quiere ablandar dicha agua por el
método de la cal y de la sosa [ ]322)( COyNaOHCa , calcule la cantidad de
hidroxido de calcio y de carbonato de sodio que sera necesario emplear por
cada m3 de agua :
SOLUCION:
A.- .,104 24 +− MgMx
B.- .106 24 +− MCax
C.- .,108 34 −− HCOMx
El agua de partida contiene diferentes concentraciones por lo que habrá de
añadir cal sosa.
Para el calculo de 32CONa necesario se tiene la siguiente reacción :
NaMgCOCONaMg 23322 +→++
Adición de Sosa 3
3
32
322
3224
1
10
1
106
1
1.104
m
Lx
COmolNa
COgNax
molMg
COmolNax
Lagua
molMgx+
+−
=
=3
324,42
m
COgNa
7.- Una muestra de agua residual que llega a una depuradora fue
sometida al ensayo de incubación reglamentario para la determinación del
parámetro DBO5. 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.
22
5
32
5
2222
25
320)(1
320
)(1
)(10
)(25
)(1
)(
8
819min
Oppmresidualagual
OmgDBO
residualagual
residualaguamlx
residualaguaml
diluciónagualx
diluciónagual
OmgDBO
agual
Omg
agual
Omg
agual
OmgdisueltoOdeuciónDis
residualagual
OmgDBO
==
=
=−=
=
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:
agualOmgppmOCf
agualOmgppmOCi
diluciónaguamlVd
residualaguamlVr
1/22
1/66
)(500
50
22
22
====
==
22
5
32
5
2222
25
40)(1
40
)(1
)(10
)(50
)(5.0
)(
4
426min
Oppmresidualagual
OmgDBO
residualagual
residualaguamlx
residualaguaml
diluciónagualx
diluciónagual
OmgDBO
agual
Omg
agual
Omg
agual
OmgdisueltoOdeuciónDis
residualagual
OmgDBO
==
=
=−=
=
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.
OHCOOOHCH aqaq 2)(22)(3 22/3 +→+
Oxígeno consumido por el metanol:
agual
Omg
aguam
Omg
Og
Omgx
Omol
Og
xOHCHmol
Omolx
OHCHg
OHCHmolx
cm
OHCHgx
OHCHl
OHCHcmx
aguam
OHCHl
15.217217500
1
10
1
32
1
5.1
32
187.0
1
10
60
10
23
2
2
23
2
2
3
2
3
33
3
3
333
33
==
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:
agual
OmgDBO
agual
aguamlx
g
Omgx
aguaml
OgxDBO
xxxOxígenodegramosN
oxígenodePesoéquivxOxígenodeEquivNOxígenodegramosN
DicromatodeesEquivalentNOxígenodeesEquivalentN
xxxOCrKdeesEquivalentN
2
32
32
3
33
33722
360
10
1
10
100
1036
10368105.4º
..ºº
ºº
105.415.01030º
=
=
==
==
==
−−
−−
−−
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 m3, que será preciso
emplear.
SOLUCIÓN:
Para calcular el volumen de solución de OCrK 22 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:
OHCOOCOOHCH 223 222 +→+
dia
OCrKmriovolumendia
OCralenteKmoldeequiv
aldiaOCreKequivalentriovolumendia
entemolequivall
aldiaOCreKequivalentOdiariaCrolucionKvolumendis
OdiariaCrolucionKvolumendis
aldiaOCreKequivalenttotalesOCrKdeesEquivalentN
totalesOCrKdeesEquivalentN
mgesariooxigenonec
COOHmolCHl
molx
COOHgCH
COOHmolCHx
COOHCHgxesariooxigenonec
22
22
22
2222
22
2222
22
33
333
36.57
6
345600
345600
345600º
º
02320
02
60
1
1
10300
=
=
=
=
=
=−
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:
l
OmgDBO
l
Omg
Omol
Omgx
NOHmgC
NOHmolCx
NOHmolC
Omolx
l
NOHCmgDBO
NOOHCOONOHC
2
2
2
2
31511
31511
31511
231511
22231511
29.11
29.111
032.0
209.0
1
1
2/135
2/51112/13
=
=
=
++→+
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:
2
33
3
25
2
78.08.76
60/
8.761
10
50
410384
10384min
OppmDQODBO
Lt
omgdeoxigen
agual
aguacmx
cm
xDQO
OxdisueltoOdeuciónDis
V
gnEqN
==
=−=
=
−≡
−
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
B.-
23
2
2
2
23
33
32
2
22
10284
1
71
1
10
12
1
100
80300
21.351
10
1
012.0
2
14.0
mgClxvolumen
molC
gClx
gCl
mgClx
gC
moldeCx
gCactivo
CggCarbonxVOLUMEN
aguam
mgC
m
Lx
molC
mgCx
molCl
Cmolx
agual
Clmg
=
=
≡=
Por lo tanto:
334
2
24
106.3103558.0
10284mxLx
LtaguamgCl
Clmgx===
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.
atmgmol
Kx
MolK
atmLtgKClxx
atmgmol
Kx
MolK
atmLtx
l
NaClgx
V
LnRT
79.1362
298082.0205.17
93.215.58
298082.0
3075.1
==
==
=
π
π
π
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:
[ ][ ]
[ ]642
43
1
3
133
10210105.2
:
105.2
8
3)(
−−−
−−
−
−
−−
≡≡
≡=−=
=
+→
xxxK
ahora
xCr
LogOHpH
OH
CrK
OHCrOHCr
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:
atm
atmmg
gx
gmol
Kx
MolK
atmLtx
Ltagua
mgCHOx
V
mRT
CRTV
mRT
060.0
060.010
1
60
298082.01150
1
3
=
===
=
=
π
π
π
π
Reacción de propanol :
OLtHmgODBO
OHCOOCHO
22
2223
/360
43
≡+→+
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:
32
322
43
24
24
42
4
1
126
10*116
1
1
324
1
360012060
SOmolNa
SOgNax
mgCr
molCrOx
molCrO
molNaSOx
d
hx
h
sx
s
lx
l
mgCrO−
−
−
−
d
SONaTM
d
SOgNa 3232 .014.138.1013561 ==
b. La reacción química
432342 3)(2)(3)( CaSOOHCrOHCaSOCr +→+
Calculo de la cantidad de 342 )(SOCr :
342
3422
43
24
24
3422
4
)(1
)(392
.10*116
1
2
)(12412060
SOmolCr
SOgCrx
mgCrO
molCrOx
molCrO
SOmolCrx
d
hx
s
lx
l
mgCrO−
−
−
−=
dia
SOKgCr
dia
SOgCr 342342 )(1.105
)(7.1051100
Calculo de la cantidad de 2)(OHCa :
dia
OHKgCa
OHmolCa
OHKgCax
SOKgCr
SOmolCrx
SOmolCr
OHmolCax
dia
SOKgCr
2
2
2
342
342
342
2342
)(3.700
85.0*)(1
)(074.0
)(392.0
)(1
)(1
)(3)(1.1051
=
=
c.La reacción química:
OHNNaClCOHNaClOCN 222 52252 +++→++ +
Calculo de la cantidad de NaClO :
dia
molNaClO
molCN
molNaClOx
dia
hx
h
sx
s
lx
l
mgCN85.4153
2
52436001005 =−
−
dia
lNaClO
lmol
mol
M
nV
V
nM 77,830
/5
85,4513 ===⇒=
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
[ ] lmgPb /32 =+
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 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.
OHCOOOCH
OHCOOCOOHH
OHCOOOHHC
OHCOOOHCHCH
22222
222
22252
22223
2/12
1
323
323
+→+
+→+−
+→++→+−
DBO causada por el etanol:
OHl
mgO
molO
mgOx
OHHmgC
OHHmolCx
OHHmolC
molOx
l
OHHmgC
2
2
2
23
523
52
52
252
.30.271
1
10*32
10*46
1
1
3130
=
DBO causada por el acido metanoico:
agual
mgO
molO
mgOx
OmgCH
OmolCHx
OmolCH
molOx
l
OmgCH
.13.139
1
10*32
10*46
1
1
5.0400
2
2
23
223
22
22
222
=
agual
mgODBO Total .
43,41013.13930.271 2=+=
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:
OHCrCOHOCrCOOHH 23
22
72 7233 ++→+++− +−
La cantidad de dicromato necesario:
dia
OmolCr
OmgCH
OmolCHx
OmolCH
OmolCrx
agual
OmgCHx
d
hx
h
sx
s
l
272
223
22
22
27222
76.20034
10*46
1
3
1
.
40024360080
−
−
=
=
dia
K2Cr2O701.10/78.20034
3mdiamol
M
nV
V
nM ===⇒=
c.Los fangos retirados vendrán dados por la diferencia de los sólidos iniciales
y finales.
SÓLIDOS ELIMINADOS = SÓLIDOS INICIALES - SÓLIDOS FINALES
TMaño
humedoslodos
año
mg
ossolidosl
mgx
año
diasx
dia
hx
h
sx
s
lx
año
lodos
inadosedolidosl
mg
l
mg
17.1976.
10*9761.1)sec(60.0*.
47036524360080
lim.l
mg47030500
12
=
=
=−
d. La estequiometria de la reacción de precipitación establecerá la
cantidad de 32CONa :
++ +→+ NaPbCOCONaPb 23322
Cantidad de carbonato de sodio:
dia
COKgNa
dia
COKgNa
COmolNa
COmgNax
mgPb
molPbx
molPb
COmolNax
l
mgPbx
dia
hx
h
sx
s
l
3232
32
32
2
2
232
2
17.11.95.0
61.10
1
103*16
103*2,207
1
1
1324360080
==
+
+
+
+
Concentracion de Pb+2:
La reacción:
[ ][ ]
[ ] MxPb
xs
Ks
SKs
sssCOPbKs
COPbPbCO
s
72
713
2
233
2
33
23
108729.3
108729.310*5.1
.
−+
−−
−+
−+
=
==
=
====
+→
22
2
2
2
2272
29.80.
29.80
1
106
1
2.207
.
108729,3.
++
+
+
+
++−+
=
=
pbbPbagual
ugPb
gPb
ugPbx
molPb
gPbx
agual
molPbxdePbionconcentrac
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:
mol
gCOM
atmKpaP
KTm
l
m
cmppm
28
13.101
293
5,050050033
3
=
===
==
3
3
3
2
7,58210
165.11
5.0
165.1293082.0
/281
m
mgCO
g
mgx
l
gx
m
l
gSO
KxmolxK
Atmxlmolgatmx
RT
PM
v
wRT
M
wnRTpv
=⇒=
===⇒==
b. 500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg SO3/Nm 3
SOLUCIÓN:
mol
gSOM
atmKpaP
KTm
l
m
cmppm
3
33
3
64
13.101
293
5,0500500
=
===
==
3
3
3
2
289.1331
1066.2
15.0
66,2293082.0
/641
m
mgSOx
g
mgx
l
gx
m
l
gSO
KxmolxK
Atmxlmolgatmx
RT
PM
v
wRT
M
wnRTpv
⇒=
===⇒==
c. 500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm3
SOLUCIÓN:
l
g
moll
molx
mol
gCO
mol
gCOM
m
l
m
cmppm
25.1/4,22
12828
5,050050033
3
===
==
3
3
3625
1025.1
15.0
m
mgCO
g
mgx
l
gx
m=⇒=
d. 500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO2/Nm3
SOLUCIÓN:
3
3
3
22
33
3
257.1428
10857.2
15.0
85.2/4,22
12864
13.101
293
5,0500500
m
mgSO
g
mgx
l
gx
m
l
g
moll
molx
mol
gSO
mol
gSOM
atmKpaP
KTm
l
m
cmppm
=⇒=
===
===
==
2.-Exprese las concentraciones de contaminantes que se indican en los valores
que se piden:
a. 250 mgC6H6/Nm3 en ppm.
SOLUCIÓN:
ppmm
cm
l
cmx
HmolC
lx
g
HmolCx
mg
gx
Nm
mg79.7179.71
1
3103
1
4.22
78
1
103
1250
3
3
66
662
==
b. 420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C6H6/Nm3
SOLUCIÓN:
366
3
3
66
66
33
3
5.136310
246.31
42.0
246.3293082.0
/641
78
13.101
293
42,0420420
m
HmgC
g
mgx
l
gx
m
l
HgC
KxmolxK
Atmxlmolgatmx
RT
PM
v
wRT
M
wnRTpv
mol
HgCM
atmKpaP
KTm
l
m
cmppm
=⇒=
===⇒==
=
===
==
c. 350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO2/Nm3
SOLUCIÓN:
32
32
333
2
3
3
5.75363.7181
10
4.22
1
1
46
10
13350
46
350350
m
mgNO
g
mgxl
molx
mol
mggNOx
cm
lx
m
cm
mol
gNOM
m
cmppm
=⇒=
=
=
d. 250 mg de NO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO2.
SOLUCIÓN:
232
3
3
2
22
5.1305.130.
21305.0
915.11
25.0
2246.915.1
293082.0
/461
46
13.101
293
25.0250
ppmNOmNOcm
airemlNO
gl
g
lgNO
KxmolxKAtmxl
molgatmxRTPM
vw
RTMw
nRTpv
molgNO
M
atmKpaP
KT
gNOmgNO
===⇒=
===⇒==
=
===
=
3.- Una estación Municipal de control de contaminación media de ozono,
para un periodo de 24 horas, de 25 3/mgµ a 25ºc y 1 Bar. ¿Cuál será la
concentración de ozono expresado en ppm?
SOLUCIÓN:
Concentración = 363
3
3
15.0
10
1500
25
mug
gx
m
cm
m
g ==µ
ozonoppmm
cm
l
cmx
gx
m
g
l
gg
Kxmol
g
KxmolxK
Atmxlmolgatmx
RT
PM
v
wRT
M
wnRTpv
atmmmmhgbarP
KT
.0129.00129.01
3103
937.1
1104*25
937.1298
48
293082.0
/46986.0
986107501
298
3
3
3==⇒=
===⇒==
−====
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:
3
3
3375.13
1
310
310
1
1
28
4,22
1311
3
3111
Nm
mg
g
cmx
cm
lx
mol
gCOxl
molx
m
cm
m
cmppm
=⇒=
=
l
gg
Kxmol
g
KxmolxK
Atmxlmolgatmx
RT
PMvwRT
M
wnRTpv
KCT
atmbarP
937.1298
48
293082.0
/46986.0
273ª500
036.105.1
===⇒==
+===
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.3
1.23
321002100
m
l
m
cmppm ==
b.3
9.13
319001900
m
l
m
cmppm ==
a.
32
322
3
109860
min1
min
330000
3196.2
196,22731
642
082.0
0364.1
m
gSO
segx
mx
m
g
m
gSO
Kmolx
gSOx
m
Mx
molxK
Atmxlatm
RT
PMvw
==
===
b.
32
322
3
5.99360
min1
min
330000
3987.1
987.12731
649.1
082.0
0364.1
m
gSO
segx
mx
m
gw
m
gSO
Kmolx
gSOx
m
lx
molxK
Atmxlatm
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 = 36
63310*85
10
185
85
m
g
ug
gx
m
ug
m
g −==µ
23
33333
36 .0129.040.29
31
10
1
10
891.2
110*85
891.2298
64
293082.0
/2640855.1
0855.11.1
293273ª20
SOppbm
mm
cm
mmx
l
cmx
gx
m
g
l
g
Kxmol
g
KxmolxK
AtmxlmolgSOatmx
RT
PM
v
wRT
M
wnRTpv
atmbarP
KKCT
==⇒=
====⇒==
===+=
−
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:
a. La reacción: 222 2 SOCuOSCu +→+
Aleación Cu-Ni: 18%Cu
Producción: 40OM/dia
Cu en la aleación: 0.18(40)=7.2TM/dia
Rendimiento: diaTMdiaTM
/23.978.0
/27.7 =
La cantidad de mineral de cobre:
SdeCudiaTM
diaTM
dia
TM
dia
TMx
SmolCu
SgCux
gCu
molCux
molCu
SmolCu
2
2
22
./11.36
32.0
/55.1155.11
237.9
1
159
5.63
1
2
1
=
===
b. de la reacción: Cu2 S + O2 → 2Cu + SO2
Se tiene:
dia
STMCux
molSO
gSOx
SgCu
SmolCux
SmolCu
molSO 2
2
2
2
2
2
2 55.11
1
64
159
1
1
1=
dia
KgSO
dia
TM 24649649.4 ==
c. se tiene:
gasNmxeralTMxeralTM
gasNmx 3434
10882.223min11.36min
102.6 ==
32
4
3454.2076
1
10
1088.223
4649
Nm
mgSO
Kg
mgx
Nmx
Kg ==
Kg
gx
l
cmx
g
molx
mol
lx
Nmx
Kg
1
10
1
10
64
1
1
4.22
1088.223
4649 333
34=
23
3
79.72679.726 ppmSONm
cm ==
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
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: residuo kg
Hg g 2
Cantidad de Hg: ( ) kgHggkgkg
gHg909000045000
2 ==
Flujo de gases: kgresiduo
Nm 3
15
Total de Gases: 33
6750004500015 Nmkgresiduoxkgresiduo
Nm =
Calculo de la concentración:
3
3333
39.14
1
10
1
10
6.200
1
675000
90
Nm
cm
kg
g
l
cm
gHg
molHg
Nm
kgHg =
=
2.- Al hacer una auditoria ambiental en una empresa se detecta que sus
problemas medio ambientales son fundamentalmente:
•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 Concentración NO2 : 3
333
3378.194
1
10
1046
1
1
41.22400
Nm
cm
l
cm
mgx
mol
molNm
mg =
Concentración NO2 = 194cm3/Nm3
Emisión: 194.78 – 20 = 174.78pp
Eficacia: %73.89%10078.194
78.174 =x
b La reacción de biodegradación:
OHCOOCHOCHCHCH 222223 442
11 +→+−−−
lAgua
mgODBO
molO
mgOx
mgx
OHmolC
OHmolC
molO
l
mgDBO
2
2
23
384
84
2
67.146
1
1032
1072
1
1
5.560
=
=
c La reacción:
+− +→+ NaPOZnPONaZn 6)(23 243432
433
43
10548.2
1039.65
1
3
2250
POmolNax
mgZnx
molZn
molZn
POmolNa
l
mgZn
−=
=
l
POmlNa
lmol
molx
M
nV
V
nM 43
3
548.2/1.0
10548.2 ===⇒=−
Rendimiento 78%: siduallAgua
POmlNaVf
Re66.32
78.0
48.25 43==
La eliminación de Zn no es completa, permanece en disolución la cantidad
de Zn correspondiente al producto de solubilidad del 243 )(POZn
d El 243 )(POZn ; como lodos:
Cantidad de 243 )(POZn :
deHumedadconPOlodosdeZnsiduallAgua
POgZn
mgZnx
molZn
POmolZn
POgZn
molZn
POmolZn
l
mlZn
%46)(;Re
)(492.0
1039.65
1
)(1
)(11.386
3
)(1250
243243
3243
243243
−=
= −
mes
POkgZn
g
Kgx
m
lx
mes
díasx
dia
hx
h
mx
l
g 24333
33 )(328
10
1
1
1030245.0
)54.0(
492.0 ==
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:
molkcalOHH
molkcalCOH
molkcalCHH
/8.57)(
/1.94)(
/9.17)(
2º
2º
4º
−=∆−=∆
−=∆
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:
OHCOOOHC 222112212 111212 +→+
lagua
mgO
molO
mgOx
OHmgCx
OHmolC
OHmolC
molO
l
OHmgCDBO
2
2
23
1122123
112212
112212
2112212
6.2245
1
1032
10342
1
1
122000
=
=
b En el proceso anaeróbico:
COCOCHOHCbacterias
4911 24112212 ++ →
Calculo del volumen del metano CH4 :
Flujo del agua Residual:
mesmmes
TMazucarx
TMazucar
m/1200
20006.0 3
3
==
mes
CHNm
molCH
lCHx
OHmgCx
OHmolC
OHmolC
molCH
mes
m
l
OHmgC
43
4
4
1122123
112212
112212
43
112212
08.12351
4.22
10342
1
2
11200
7.0
2000
=
=
c Lodos : Sólidos en Suspensión:
12g/l =12000mg/l
Lodos retirados:
12000mg/l -30mg/l = 11970mg/l
mes
TMlodos
mg
TMx
m
lx
mes
mx
l
mg04.41
10
1101200
)35.0(
1197093
33
==
d Cantidad de carbón:
S = 1.8% ; C = 98.2%
Se tiene la cantidad de CH4 de (b) :
4
33
3
4
4
4
44
3
2.882
10
1
1
10
1
16
4.22
108.1235
KgCH
g
kgx
m
lx
molCH
gCHx
lCH
molCHxCHm
=
=
En la reacción del carbón C:
24222 COCHOHC +→+
kgCarbón
kgC
molC
gCx
gCH
molCHx
molCH
molCxkgCH
55.1347
982.0
3.1223
1
12
16
1
1
22.882
4
4
44
=
==
e Las emisiones de SO2 :
La reacción:
22 SOOS →+
Flujo:
gasesNmTMCarbónxTMcarbón
Nm 33
44.107803475.18000 ==
S = 0.018x(1347.55) = 24.256 Kg S
23
3
333
2
2
2
2
2
223
15751575
1
10
1
10
64
1
1
4.22
1
64
32
1
1
1
44.10780
256.24
ppmSONm
cm
kg
g
l
cm
gSO
molSO
molSO
lSO
molSO
gSO
gS
molS
molS
molSO
Nm
KgS
==
=
32
4
2
223
45001
10
1
64
32
1
1
1
44.10780
256.24
Nm
mgSO
kg
mg
molSO
gSO
gS
molS
molS
molSO
Nm
KgS =
=
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
TMKgkgKcal
KcalxWcarbón 41176.176.1411
/8500
10612 ===
COMPOSICIÓN DE CARBÓN:
%9.8%;1.1%;7%;83 ==== CenizosSHC
Cantidad de S = 0.011(411.76) = 15.53 KgS
En la reacción de emisión: S + O2 = SO2
La cantidad de SO2:
22
22 06.311
64
32
1
1
153.15 KgSO
molSO
gSOx
gS
molSx
molS
molSOKgSx ==
Flujo 333
79.945841176.1107.6
NmcarbónTMxcarbónTM
Nmx =
La concentración de 2SO en ppm y mg / Nm3
32
3
3
2
33
2
2
2
23
2
72.328379.9458
103106
30.114911
10
1
41.22
64
SO1
79.9458
31060
Nm
mgSO
Nm
mgx
ppmSOcm
xmolSO
SOx
gSO
molx
Nm
gSO
==
==
La reacción del lavado: ( ) OHCaSOOOHCaSO 222
22 2
1 +→++
Eliminar el 91% de 2SO en la emisión: 0.91 (31.06Kg) =28.26 Kg 2SO
La cantidad de Ca 2SO :
año
húmedoTMCaSO
Kg
TMx
año
mesesx
mes
díasx
día
KgCaSO
día
KgCaSO
ogCaSO
húmedogCaSOxoKgCaSO
KgCaSOmolCaSO
gCaSOx
gSO
molCaSOxKgSO
)(03.36
10
1
1
12
1
3008.100
08.100)(sec60
)(100)(sec05.60
05.601
136
64
126.28
23
2
2
2
22
22
2
2
22
==
==
==
La reacción iónica Ca 2SO 24
2 −− +↔ SOCaSe tiene la 3
4 107.3 −= XKs CASO
[ ][ ]( )( )
[ ]
[ ] ppmmg
SO
molSO
SOxx
molxSO
xxs
xsxs
xSOCaKs
mg
93.5831
93.583
1
1096
1100827.6
100827.6107.3
107.3
107.3
22
24
24
332
2
11
12
322
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 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
Cantidad de residuos día
residuoKgpersonasx
díaxpersona
residuosKg250000020000025.1 =
Densidad del residuo incinerado 318.0cm
g
Azufre: S= 0.5%; Cantidad de S = 0.005(2500000)=2500 día
KgS
En la reacción de emisión )1(22 SOOS →+
Tratamiento )2(2
122222 COCaSOoSOCaSO +→++
Cantidad de SO2 en (1):
día
KgSO
molSO
gSOx
gS
molSx
molS
molSOx
día
KgS 2
2
22 25001
64
32
1
1
11250 ==
Cantidad SO2 tratada ( )día
TMSOKg 24.22400250096.0 ==
Cantidad SO2 emitidas ( )día
KgSO 2100250004.0 =
Cantidad de Caliza:
( ) día
TMCaCO
día
TMCaCO
día
TMCaCO
molCaCO
gCaCOx
gSO
molSOx
molSO
molSOx
día
TMSO
33
3
3
3
2
2
2
22
573.482.0
75.3
75.31
100
64
1
1
14.2
==
==
b. En la reacción de emisión 2222 100; KgSOSOdeEmisiónSOOS =→+
Flujo de gas
Concenración de 2SO
díaNm
mgSO
kg
mgx
Nmx
díaKgSO
día
ppmSOcm
mgSOx
molSOx
molSO
SOcmx
Kg
mgx
Nmx
díaKgSO
32
3
322
23
23
2
2
2334
312
77.301
10
10325
1100
77.1077.10
1064
1
1
104.22
1
10
10325
1100
==
=
=== −
c. En la reacción: OHCOOOHC 222243 332
1 +→+
111.908
1
1032
1074
1
1
5.3
1
600
2
2
23
2433
243
243
2243
mgODBO
molO
mgOxx
OHmgCx
OHmolCx
OHmolC
molOx
OHmgCDBO
r
r
=
=
d. La reacción 4
24
2 PhSOSOPh →+ −−
[ ][ ]24
2
42
42
1.1
SOPhKs
xOK
PhSOSOPh
Nmim
−
−−
=
=→+
La concentración de 4SO :
[ ][ ][ ] [ ]
[ ] 22
2
2
21
3
3212
42
2
243
21
2
2
24
2
57.157.1
1
102071076.0
1045.1
101.1.101.1
11045.1
10207
1
1
1
1300
−−
−
−
−
−
−−−
−
−−
−
−
−
−
==
===
==
ppmPhl
mgPhPh
molPh
mgPhxx
l
molxx
x
xPhXSOPh
residualaguaelenPh
molSOx
mgPhx
molPhx
molPh
molSOmgPh
Residuos = 250000día
Hg; cenizas: 15% residuos incinerados
Cenizas = ( ) 33 /12002.1;/37500/25000015.0 mKggcmpdíaKgdíaKg ==
Volumen del vertedero: día
m
mKg
díaKg
p
mv
3
325.31
/1200
/37500 ===
Volumen vida útil para 60 años = 313
3
1075.6675000
601
12
1
3025.31
mxm
añosxaño
mesesx
mes
díax
día
m
==
=
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:
l
mgODBO
molO
mgOxx
OHCx
OHmolCx
OHmolC
molx
l
OHmgCDBO
OHOOHC
2
2
22
3612
361
361
2361
22361
67,426
1
1032
1090
1
1
103400
33
=
=
+
b. Sólidos en sus pensión 3/8.0/800 mKgImg =
Vertido: 15/s=54 3m / h
Rendimiento: 94%
Densidad: 1.07g/c 3m =1070Kg/ 3m
Humedad: 76%
Lodos= ( ) ( ) ( )
h
lodosKg
H
mx
olodosg
húmedolodosgx
m
oKg2.169
54
)(sec24
100sec8.094.0 3
3=
Volumen de lados:
c.
23
3
2
233
24
23
23
323
4
323
32
2
3
3503501
10*4.22*
10*64
1*10
101
10*10
1250
25.1
.
1250
ppmSONm
cm
molSO
SOcm
mgSO
molSO
Nm
SOmg
Nm
SOmg
Kg
mg
Nm
kgdeSO
basuraTM
NmbasuraTM
KgdeSO
SOdeionConcentrac
a
basuraTm
gasNmFlujo
==
===
=
−
23
3
2
233
23
23
2
32
4
324
32
2
34.58434,5841
10*4.22*
1046
1*1200
12001
10*10*12
1250
5.1
.
ppmNONm
cm
molNO
SOcm
mgSO
molNO
Nm
NOmg
Nm
NOmg
Kg
mg
Nm
kgdeNO
basuraTM
NmbasuraTM
KgdeNO
NOdeionConcentracb
==×
=== −
ppmNONm
cm
molCO
COcm
mgCO
molCO
Nm
COmg
Nm
HCmg
Kg
mg
Nm
kgdeHC
basuraTM
NmbasuraTM
COKgde
deCOionConcentrace
Nm
Particulasmg
Kg
mg
Nm
kgdeHC
basuraTM
NmbasuraTM
KgdeHC
particulasdeionConcentracd
Nm
HCmg
Kg
mg
Nm
kgdeHC
basuraTM
NmbasuraTM
ParticulasKgde
roshidrocarbuHCdeionConcentracc
11520115201
10*4.22*
1028
1*14400
144001
10*10*4.14
1250
18
:..
112001
10*10*2.11
1250
75.0
:..
6001
10*10*6
1250
14
)(.
3
333
33
3
4
34
3
3
4
33
3
3
4
34
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:
24232
32
2
23
32
2
2
23
32
2
2
2
1
:mindet
33.53331
1064
1032
1
1
1
/3750
2
41
1064
1032
1
1
12
:
2)500(004.0
:.
COCaSOOCaCOSO
calizadecantidadlaaaersedepuraciondenlareacccio
Nm
mgSO
molSO
KgSOmolS
Smol
deSOmol
diaNm
diaKgS
dia
KgSO
molSO
KgSOmolS
Smol
deSOmol
dia
KgS
SOOSreaccionlaEndia
kg
dia
kgS
emisiondegaseslosenSOCantidada
+→++
=×
××
××=
=×
××
××=
→+
==
−
−
−
−
Dia
KgCaCO
molCaCO
KgCaCO
SO
molSO
molSO
deCaCOmol
dia
KgSO 3
3
33
23
2
2
3 35.71
10100
1064
1
1
1
)85.0(
24 =×××
××=−
−
Aguas residuales convertidos de acido acético
LmgCOOHCH /3002 =−
Reacción de biodegradación:
OHCOOOHC 222242 22 +→+
L
mgODBO
molO
mgO
OHmgC
OHmolC
OHmolC
molO
L
OHmgCDBO
2320
21
210*32*
24210*60
2421*
2421
22*
242300 2
=
=
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
2200
105000
*2atmósfera la aEmisión
/105000
*20residual agua de Producción
24
2
4
ppmODBO
adia
Nm
dia
unid
unid
Nm
dialdia
unid
unid
l
=
==
==
La reacción de biodegradación del propanoico )23( COOHCHCH −−
OHCOOOHC 222243 332
1 +→+
Concentración del propanoico:
l
OHmgC
OHmolC
OHmgC
mgO
molO
molO
OHmolC
l
mgO
24314.132
2431
24310*74*
210*32
21*
25.3
2431*
214.132
3
2
=
=
La cantidad de NaClO, en la siguiente reacción:
OHNaClCONaClOOHC 22263 3337 ++→+
Calculo de NaClO
dia
kgNaClO
dia
l
l
kgNaClO
molNaClO
kgNaClO
OHmgC
OHmolC
OHmolC
molNaClO
l
OHmgC
23.93110*10*23.931
1
10*74*
26310*74
2631
2631
7*
26314.132
44
3
3
=
=
Emisión de partículas:
Emisión a la atmósfera: 10^5 partículas /día
diaNmQ /10 23=
22
23
5
10/10
/10
Nm
particulas
diaNm
diaparticulasculasiondeparticoncentrac ==
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.
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:
diaKgdiaTMCr
diaKgdiaTMS
diaKgdiaTMC
/200/2.0)100(*002.0:%2.0
/4000/4)100(*04.0:%4
/75000/75)100(*75.0:%75
========
====
Emisor de gases:= 5500Nm^3/h a. Concentración de SO2 : 2 2S + O SO→
32 2
32
62 2
2 2
3 3 32 2
2 3 22 2
64*104000 1 1* * * * 333.33
1 32*10 1 24
333.33 10* 60606.06
5500 / 1
122.4*1060606.06 * * 21212.12
1 64*10
21
KgSO Kg SOKg S mol SO mol S dia
dia mol S Kg S mol SO h h
Kg SO mgSOmg
Nm h Kg Nm
mgSO mol SOcm cm
Nm mol SO mg SO Nm
−
−
−
= =
= =
= =
= 2212.12ppmSO
b. Emisión de 2NO =1.8Kg/TMcarbon
2
2 2 2
6
3 3
23
1.8 100* 180
: 0.90(180) 162 / 6.75 /
0.10(180) 18 / 0.75 /
:
6.75 / 10* 1227.27
5500 /
0.75 /
5500 /
Kg NOKg TM carbonQ
TM carbon dia dia
Cantidad NO Kg NO dia Kg NO h
NO Kg NO dia Kg NO h
Concentracion
Kg NO h mg KgNO
Nm h Kg Nm
Kg NO h
Nm
= =
= = == = =
= =
=6
23
10* 136.36
KgNOmg
h Kg Nm=
3 3
3 3
3
14 100000Escorias= * 14000
100
0.85 / 850 /
14000 / 365/ 16.47 * 6011.55
850 /
:1%; 0.01*(
escoria
KG Kgcarbon Kg escorias
Kgcarbon dia dia
g cm Kg m
Kg dia m dias escoriamVolumen v m
Kg m dia año año
Emisiondecromoalaatmosfera
ρ
ρ
=
= =
= = = = =
=3
3 3
3
2 3
3 3
200 / ) 2 /
102 * 83.33
24 1
80 / 3.33 /
:
: 3 / 2
1 100183.33 * * *
1 52 1
Kg dia KgCr dia
KgCr dia g gCr
dia h Kg h
Q m dia m h
concentracion dela paricula deCrO enlos gases deemision
la reaccion Cr O CrO
molCrO gCrOgCr molCr
h molCr gCr molCr
=
= =
= =
+ →
=
#
3
3
63 3
2 2
23
22 4
160.25
160.25 / 10* 29.14
5500 / 1
: :
0.99(200) 198 / 8250 /
2
gCrO
O h
gCrO h mgCrOmg
Nm h g Nm
ConcentraciondeCrO enel vertido Cantidad deC r quequeda
KgCr dia gCr h
Enla reaccion Cr O CrO
−
−
=
= =
== = =
+ →
2 2 24 4 4
24
2 6 324
42
2 2
22 2 4
1 11618250 * * * 18403.85
1 52 1
18403.85 / 10 1* * 5521.15 5521.15
3.33 / 1 1
.2
.2
molCrO gCrO gCrOgCr molCr
h molCr gCr molCrO h
gCrO h mg m mgppmCrO
Nm h g l l
cantidad de CaCl H O
Enla reaccion CaCl H O CrO CaCrO
− − −
−
−−
−
= =
= = =
+ → 4 2 2
24
2 24 2 2 4 2 2
2 24 4 2 2
2 2
2
: 18403.85 / 441.69 /
1 .2 1 147 .2441.69 * * *
1 116 1 .2
.2559.73
H O Cl
cantidad deCrO g h Kg dia
KgCrO molCaCl H O molCrO gCaCl H O
dia molCrO gCrO molCaCl H O
KgCaCl H O
dia
−
− −
− −
+ +
=
=
=
