ejercicios resueltos-de-ciencias-ambientales-doc

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Tema:

CÁTEDRA : CIENCIAS AMBIENTALES

CATEDRÁTICO : Ing. JOSE POMALAYA VALDEZ

ALUMNO : SURICHAQUI SAPALLANAY, Edwin Rubén

SEMESTRE : IX

PROBLEMAS RESUELTO DE CONTAMINACION DEL AGUA, AIRE Y

SÓLIDOS

CIENCIAS AMBIENTALES EJERCICIOS RESUELTOS DE CONTAMINACIO DE AGUA, AIRE Y SÓLIDOS

HUANCAYO – PERÚ

2007

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.

UNCP – 2007-I 2


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

UNCP – 2007-I 3


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.

UNCP – 2007-I 4


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

323

2424

1

10

1

09.100

1

1.104,104

gCaCO

mgCaCOx

molCaCO

gCaCOx

molMg

molCaCOx

Lagua

molMgxMgMx +

+−+− =

Dureza = LaguamgCaCO /40 3 = 340ppmCaCO

B.- 3100ppmMgCO

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=


C.- +260ppmMg

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

323

2424

1

10

1

09.100

1

1.104,104

gCaCO

mgCaCOx

molCaCO

gCaCOx

molMg

molCaCOx

Lagua

molMgxMgMx +

+−+− =


3.- ¿Cuál es la dureza de un agua natural que tiene una concentración de 80 ppm en

3CaCO ?

SOLUCION:


4.- ¿Cual será la dureza de un agua industrial que tiene la concentración de 60 ppm en

UNCP – 2007-I 5


+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 = 3150ppmCaCO

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:9100.5

3xKcCaCO =

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)(3

51010 −−

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

UNCP – 2007-I 6


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

32232

24

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 DBO 5 del

agua residual.

SOLUCIÓN:

agualOmgppmOCf

agualOmgppmOCi

diluciónaguamlVd

residualaguamlVr

1/22

1/66

)(500

50

22

22

====

==

UNCP – 2007-I 7


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

333

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:

UNCP – 2007-I 8


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:

UNCP – 2007-I 9


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.

UNCP – 2007-I 10


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:

UNCP – 2007-I 11


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 :

UNCP – 2007-I 12


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

UNCP – 2007-I 13


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

=

agualmgO

DBOTotal .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.

UNCP – 2007-I 14


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

=

===

==

UNCP – 2007-I 15


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

==

UNCP – 2007-I 16


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

UNCP – 2007-I 17


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.

UNCP – 2007-I 18


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:

UNCP – 2007-I 19


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

UNCP – 2007-I 20


= 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

Nm3

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,

UNCP – 2007-I 21


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

−=

= −

UNCP – 2007-I 22


mes

POkgZn

g

Kgx

m

lx

mes

díasx

dia

hx

h

mxl

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

=

=

UNCP – 2007-I 23


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

UNCP – 2007-I 24


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

UNCP – 2007-I 25


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 −= XKsCASO

[ ][ ]( )( )

[ ]

[ ] 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?

UNCP – 2007-I 26


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

KgSO2100250004.0 =

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 +→+

UNCP – 2007-I 27


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:

UNCP – 2007-I 28


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

==×

=== −

UNCP – 2007-I 29


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

=

=

UNCP – 2007-I 30


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 ==

UNCP – 2007-I 31


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

UNCP – 2007-I 32


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

Emisiondecromoala atmosfera

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 deCr 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

−

− −

− −

+ +

=

=

=

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UNCP – 2007-I 34

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