AÑO DEL DEBER CIUDADANO” AÑO
“
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA TEMA:
CÁTEDRA
:
Ciencias Ambientales
CATEDRÁTICO
:
Ing. JOSE POMALAYA VALDES
ALUMNO
CAMARGO CAYSAHUANA, Andrés
SEMESTRE
:
:
IX
HUANCAYO - PERÚ 2007
La Contaminación Contaminación Ambiental El aumento continuo de la población, su concentración progresiva en grandes centros urban urbanos os y el desarr desarroll olloo indus industri trial al ocasio ocasionan nan,, día día a día, día, más más probl problema emass al medio medio ambiente ambiente conocid conocidos os como contaminaci contaminación ón ambient ambiental. al. Ésta consiste consiste en la presencia presencia de sustancias (basura, pesticidas, aguas sucias) extrañas de origen humano en el medio ambien ambiente te,, ocasi ocasiona onand ndoo alter alteraci acione oness en la estruc estructur turaa y el funci funciona onamie miento nto de los 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 masiv masivaa y, en casos casos extrem extremos, os, la desapa desaparic rición ión de especi especies es anima animales les y veget vegetal ales; es; 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 perjudiciales muy marcados, como los productos tóxicos minera min erale less (compu (compuest estos os de fierr fierro, o, cobre, cobre, zinc, zinc, mercur mercurio, io, plo plomo, mo, cadmio cadmio), ), ácido ácidoss (sulfúrico, nítrico, clorhídrico), los álcalis (potasa, soda cáustica), cáustica), disolventes disolventes orgánicos (acet (acetona ona), ), deter detergen gente tes, s, plást plástico icos, s, los los deriva derivados dos del petról petróleo eo (gasol (gasolin ina, a, aceite aceites, s, colorant colorantes, es, diesel), diesel), pestici pesticidas das (insecti (insecticida cidas, s, fungici fungicidas, das, herbicida herbicidas), s), detergent detergentes es 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. contaminación. Se manifiesta de diversas formas: · La contaminación del aire o atmosférica se produce por los humos (vehículos e indust ind ustria rias), s), aeroso aerosole les, s, pol polvo, vo, ruidos ruidos,, malos malos olore olores, s, radiac radiació iónn atómi atómica, ca, etc. 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, (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 contaminación de los alimentos alimentos afecta a los alimentos y es originada por productos químicos (pesticidas (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 conta contamin minac ación ión elect electrom romagn agnéti ética ca es origi originad nadaa por la emisi emisión ón de ondas 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 compla complacen cencia cia de la mirada mirada.. Se produc producee por la min minerí eríaa abie abierta rta,, la defore deforesta staci ción ón incontrolado, 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 estructu estructura ra socioeco socioeconómi nómica, ca, cambios cambios en la cultura cultura,, la educaci educación, ón, las costumbres costumbres e, incluso, en los sentimientos religiosos. · La contaminación radiactiva es la resultante de la operación de plantas de energía nuclear, accidentes 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, 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 cont contam amin inac ació iónn cult cultur ural al es la intr introd oduc ucci ción ón inde indese seab able le de cost costum umbr bres es y manifestaciones 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.
1. PROBLEMAS RESUELTOS DE AGUA
1.1. Calcular la dureza de las siguientes aguas ricas en sales de magnesio, cuyos análisis dan los siguientes resultados: a) 4.10-4 M en Mg2+ Solución Considerando la equivalencia: 1 mol Mg 2+ se hace corresponder con 1 mol de CaCO3 4.10
-4
Dureza
M en Mg =
2+
=
4.10 -4 M en Mg 2 +
40 mg CaCO
1 l agua 3
=
1l agua
x
1 mol CaCO 3 1 mol Mg 2 +
40 ppm CaCO
x
100 .09 g CaCO 3 1 mol CaCO 3
x
10 3 mg CaCO 1 g CaCO 3
3
b) 100 ppm en MgCO3 Solución Considerando la equivalencia: 1 mol MgCO 3 se hace corresponder con 1 mol de CaCO3 100 ppm MgCO 3 =
100 mg MgCO 3 1l agua
1 mol CaCO 3 1 mol MgCO 3 Dureza
=
119 mg CaCO
3
1l agua
x
x
1 g MgCO 3 3
10 mg MgCO 3
100 g CaCO 3 1 mol CaCO 3
119 ppm CaCO
=
x
1 mol MgCO 3 84.32 g MgCO 3
x
3
x
10 mg CaCO 3 1 g CaCO 3
3
c) 60 ppm en Mg2+ Solución 60 ppm Mg
2+
=
60 mg Mg
2+
x
1l agua
100 ,09 g CaCO 1 mol CaCO
Dureza
=
247 mg CaCO 1l agua
3
=
3
1 g Mg 3
2+
10 mg M 3
x
x 2+
1 mol Mg
24 .31 g Mg
10 3 mg CaCO 1 g CaCO
247 ppm CaCO
2+
x 2+
1 mol CaCO 1 mol Mg
3
3
3
1.2. Un agua industrial tiene una concentración de 4.10-4 M en Ca2+ ¿Cuál es su dureza? Solución La dureza se expresa como mg CaCO 3/1 l agua, o lo que es lo mismo en ppm de CaCO3.
2+
3
x
4 x10 −4 mol Ca 2 +
Dureza =
1l agua 40 mg CaCO
=
Dureza
x
1 mol CaCO 1 mol Ca
3
2−
x
100 .09 g CaCO 1 mol CaCO
3
3
x
10 mg CaCO
3
1 g CaCO
3
=
3
3
1l agua 40 ppm CaCO
=
3
1.3. ¿Cuál es la dureza de un agua natural que tiene una concentración de 80 ppm en CaCO3? Solución Dureza
=
80 mg CaCO
3
/ 1l agua
=
80 ppm en CaCO
3
1.4. ¿Cuál será la dureza de un agua industrial que tiene una concentración de 60 ppm en Ca2+? Solución 60 ppm Ca
2+
=
60 mg Ca
2+
x
1l agua
1 g Ca
Dureza
=
150 ppm CaCO
3
10 mg Ca
100 .09 g CaCO 1 mol CaCO
2+ 2+
x
1 mol Ca
40 .08 g Ca
3
3
x
10 mg CaCO 1 g CaCO
3
2+
=
3
3
x 2+
1 mol CaCO 1 mol Ca
150 mg CaCO
2+
3
x
3
1l agua
3
1.5. Un agua de un manantial fue tratada con Na2CO3, para reducir la dureza. Después del tratamiento la dureza se ha reducido hasta 10 ppm de CaCO 3 ¿Cuál será la concentración de CO 32- en el equilibrio? Dato: K s/CaCO3/ = 5.0 x 10-9 Solución Conociendo la reacción de precipitación del CaCO 3 y el equilibrio de solubilidad del mismo, podemos calcular la concentración del anión carbonato existente en el equilibrio. 2 Ca ( aq Na 2 CO 3( s ) → CaCO ) +
+ 2 Na
+
CaCO
10 ppm CaCO 3 =
10 mg CaCO 3 1l agua
= 10 x10
K s = [Ca
+2
3( s )
−5
↔
x
2 Ca ( aq ) +
+
3( s )
1
+
CO 3 (2aq ) −
1 g CaCO 3
x
10 3 mg CaCO 3
1 mol Ca +2 100 .09 g CaCO 3
x
1 mol CO 3−2 1 mol Ca +2
mol CO 3−2 1l H 2 O K s
][CO ] ⇒ [CO ] = −2
−2
3
3
=
5 x10 −9
[Ca + ] 10 x10 − [CO − ] = 5 x10 − M 2
2
3
5
5
= 5 x10
−5
mol CO 3−2 1 l H 2 O
1.6. El análisis de un agua natural indica que es 4.10 -4 M en Mg2-, 6.10-4 M en Ca2y 8.10-4 M en HCO3-. Si se requiere ablandar dicha agua por el método de la cal de la sosa [Ca(OH) 2 y Na 2CO3], calcule la cantidad de hidróxido de calcio y de carbonato de sodio que será necesario emplear por cada m 3 de agua. Solución 4
M Mg
4
M Ca
4
M HCO
a. 4 x10
−
b. 6 x10
−
c. 8 x10
−
2
+
2
+
−
3
El agua de parida contiene Mg
2
+
, Ca
2
+
y HCO
−
3
en diferentes
concentrac
iones , por lo
que habrá que añadir cal y sosa . Para el cálculo de Na 2 CO 3 necesario , se tiene la siguiente
Mg +2 + Na 2 CO 3 → MgCO
Adición de Sosa :
4 x 10
4
−
mol Mg
2
+
x
1l
3
reacción
:
+ 2 Na +
mol Na 2 CO 3 mol Mg
2
+
x
106 g Na 2 CO 3 1 mol Na 2 CO 3
x
10 3 l 1m
3
42 .4
=
Para el cálculo de Ca (OH ) 2 necesario se tiene la sgte reacción : Ca +2 (agua dura ) + 2 HCO 3− + Ca (OH ) 2 → 2 CaCO
Adición de cal =
=
8 x10 −4 mol HCO 3− 1l agua 0.4 mol Ca (OH ) 2 m
Adición de cal = 29.6
3
x
x
1 mol Ca (OH ) 2 −
2 mol HCO 3
74 g Ca (OH ) 2 1 mol Ca (OH ) 2
x
+ 2 H 2 O
3
10 3 l 1m
3
= 29.6
= 0.4
mol m
3
g Ca (OH ) 2 m
3
g Ca (OH ) 2 m3
Los cambios de concentración que ha implicado esta adición de cal se tiene en la siguiente tabla: Ca
2
+
HCO
−
3
Ca (OH ) 2
CaCO
3
( Agua dura ) ( Agua dura ) (Re activo ) (Pr oducto )
Concentraciones Iniciales Concentraciones cal añadida Cambio por precipitación Concentraciones después de precipitación
6x10-4 -4 x10-4
8 x10-4 -8 x10-4
+4 x10-4 -4 x10-4
+8 x10-4
2 x10-4
0
0
8 x10-4
El exceso de Ca +2 que ha quedado sin precipitar se elimina por adición de Na 2CO3 (sosa). Ca +2 ( residual agua dura ) + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + 2 Na +
g Na 2 C m
3
Adición de sosa =
2 x10
−4
mol Ca
+2
l Agua
= 21 .6
x
1mol Na 2 CO 3 1 mol Ca
+2
3
10 l 106 g Na 2 CO 3 x x 3 1mol Na 2 CO 3 1m
g Na 2 CO 3 m
3
Cantidad de Na 2 CO 3 total = 42.4 + 21.6 = 63.6
g Na 2 CO 3 m3
g Ca (OH ) 2
Cantidad de Ca (OH ) 2 = 29 .6
m3
1.7. 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 DBO 5 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 mgO 2/l respectivamente. ¿Cuál es el valor del parámetro DBO5? Solución Sabiendo que la DBO 5 es la diferencia entre la concentración inicial y final de oxígeno disuelto, y teniendo en cuenta el grado de dilución. DBO
mg O2
=
5
l agua residual
Dis min ución de O2 disuelto DBO
5 =
DBO
5
=
8 mg O2 l agua ( dilución ) 320
x
=
9 mg O2 l agua
−
1 mg O2 l agua
1l agua ( dilución ) 25 ml agua ( residual )
mg O2
=
1l agua (residual )
=
8 mg O2 l agua
x
10 3 ml agua ( residual ) 1l agua (residual )
320 ppm O2
1.8. 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
Vr Vd
=
50 ml agua residual
=
500 ml agua (dilución
)
Ci O2
=
6 ppm
=
6 mg O2 / 1l agua
Cf O2
=
2 ppm
=
2 mg O2 / 1l agua
DBO
mg O2
=
5
l agua residual
Dis min ución de O2 disuelto DBO
5
DBO
5
4 mg O2
=
l agua ( dilución ) =
=
6 mg O2 l agua
x
50 ml agua ( residual ) =
1l agua (residual )
=
l agua
0.5 l agua ( dilución )
mg O2
40
2 mg O2
−
4 mg O2 l agua
x
10 3 ml agua (residual ) 1l agua ( residual )
40 ppm O2
1.9. 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. CH 3OH ( aq )
+
3 / 2 O2
CO 2( aq )
→
+
2 H 2 O
Oxígeno consumido por el metanol: 10 l CH 3 OH 3
60 m agua
x
3 3 10 cm CH 3OH
1l CH 3OH
x
3
32 g O2 1 mol O2
x
10 mg O2 1 g O2
0.87 g CH 3OH cm mg O2
= 217500
3
m agua
3
x
= 217 .5
1 mol CH 3OH 32 g CH 3OH
x
1.5 mol O2 1 mol CH 3OH
mg O2 1l agua
1.10.100 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 N º Equivalent
es de K 2 Cr 2 O7
N º Equivalent
es de Oxígeno
N º gramos
de Oxígeno
=
N º gramos
de Oxígeno
=
DBO
=
DBO
=
36 x 10
3
−
g O2
100 ml agua 360
x
= =
30 x 10
3
−
x 0.15
N º Equivalent
4.5 x10
=
3
−
es de Dicromato
N º Equiv . de Oxígeno x Pesoéquiv . de oxígeno 4.5 x10
10
3
−
3
−
mg O2
1 g
x 8 x
36 x 10
=
3
−
3 10 ml agua
l agua
mg O2 l agua
1.11.Una industria química que produce acido acético CH 3-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 CO 2 con dicromato de potasio 1 M, proceso en el que el dicromato se reduce hasta Cr +3, calcule el
x
volumen diario de la solución de dicromato, expresado en m 3, que será preciso emplear. Solución Para calcular el volumen de solución de K 2Cr 2O 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 :
CH 3 COOH
oxigenonec oxigenonec
+
2 O2
esario
=
→
2CO
300 x 10
+
3
−
2 H 2 O
g CH 3 COOH 1
esario
=
x
1molCH
3
COOH
60 gCH 3 COOH
x
2mol 0 l molCH
3
COOH
320 mg 02
N º Equivalent es de K 2 Cr 2 O totales N º Equivalent es de K 2 Cr 2 O totales volumendis
olucionK
2
volumendis
olucionK
2 Cr 2 Odiaria
volumendia
rio
volumendia
Cr 2 Odiaria
6moldeequiv =
345600 equivalent eK 2 Cr 2 O aldia
=
345600 equivalent eK 2 Cr 2 O aldia l molequival ente
345600 equivalent eK 2 Cr 2 O aldia
=
rio
=
57 .6
alenteK
2
Cr 2 O
m3 K 2 Cr 2 O dia
1.12. Calcule cual sera el DQO de un agua residual que contiene una concentración de 5 ppm del pesticida baygon (C11H15O3N). considere que el nitrogeno se oxida totalmente hasta ion nitrato. Solución La reacción química es: C11H15O3 N
13/ 2 O2
+
→
5 mg C11H15O3 N
= DBO
x
l
0.032mg O2 1 mol O2
DBO
=
11.29
=
11.29
11 CO2
+
1 5 / 2 H2 O + N
1molC11 H15 O3 N 13/2mol O2 x x 1molC11H15O3 N 0.209mgC11 H15 O3 N
mg O2 l
mg O2 l
1.13. 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 organica que predomina es de naturaleza biodegradable o no biodegradable. Solución se sabe: N ≡
nEq− g V 5 disuelto ≡ 384 10 x −
dism i nución de 2 O 384 10 x4 D=Q O 50cm3
103
−
D BO / D Q= O
2
O
3 cm agua x 76.8 1 l agua
≡
0.78
ppm O
60
=
76.8
2
m gdeox Lt
Respuesta: Por lo tanto predomina la materia orgánica biodegrable.
1.14.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 agu pueden ser declorados por el carbón de la columna? Suponga que la eficiencia del tratamiento con el carbón activo es del 80%. Solución Carbón activo necesario
=
0.4 mg Cl 2 l agua
x
1mol C 2 2molCl 2
x
0.012 mgC 2
VOLUMEN = 300 gCarbonx
1molC
x
10 3 L
80 g C 100 gCactivo
1m 3 x
≡ 35.21
1moldeC 12 gC
x
mgC m 3 agua 3 10 mgCl 2
1 gCl 2
x
71 gCl 2 1molC 2
volumen = 284 x10 3 mgCl 2
Por lo tanto :
=
284 x10 4 mg Cl 2 0.8mgCl 2 Ltagua
= 355 x10 4 L = 3.6 x10 3 m 3
1.15.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. LnRT
π =
V 30 g NaCl
π = 1.75 x
l
π =17 .5 x 20 gKClx
atmLt
x0.082
0.082
MolK
atmLt MolK
x
x
298 K
=
58 .5 gmol
298 K 62 gmol
=
21 .93 atm
13 .79 atm
Por lo tanto la presión es mayor que: 35.72 atm
1.16.Un agua residual contiene 120 ppb de Al (III). Calcule cual será el pH mínimo al que comenzara a precipitar el citado contaminante en forma de Al(OH)3 por adicion progresiva de una base fuerte. Dato: K s/Al(OH)3/ = 1.9x10-33 Solución 1.17. A un agua residual que se encuentra a pH = 8 se le incorpora por un nuevo vertido, 13 ppm de Cr(III). ¿Precipitara el ciatdo metal en forma de hidroxido de cromo (III)? Dato: K s/Cr(OH)3/ = 6.7 x 10-31 Solución La reacción en el equilibrio: Cr (OH ) 3
Cr
→
3
−
+
3OH
1
−
[Cr ] [OH ] 3
−
K
=
pH
1
−
LogOH
=−
[Cr ] 3
−
≡
2.5 x10
=
8
4
−
ahora : K
≡
2.5 x10
2
−
x10
4
−
≡
2 x10
6
−
En este caso se precipitará
1.18.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? Solución π =
mRT
π =
π =
V CRT
1 mRT
=
V π =
1150 x
mgCHO Ltagua
x0.082
atmLt MolK
x
298 K 60 gmol
x
1 g 10 3 mg
=
0.060 atm
0.060 atm
Reacción de propanol: CHO 3 + O2 → 3CO 2 + 4 H 2 O DBO ≡ 360 mgO 2 / LtH 2O
1.19. 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 , calcuar la cantidad de cal apagada(hidróxido de calcio de 85% de pureza que sera) necesario emplear diariamente. c. Si para depurar la corriente B se se pretende oxidar al ion cianuro (CN-) hasta dióxido de 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 lodos diarios de dicha solución oxidante que se necesitaran.
Solución.
a. La reacción química: 2Cr 4-2+3Na2SO3=Cr 2(SO4)3+6Na++1/2O2 Cantidad de sulfito 60 mgCrO l
2
−
4
120 l 3600 s 3 24mo hlNaSO x x x x s h 1 d molCrO 1
= 1013561 .38
gNa 2 SO3 d
b. La reacción química
=
−
4
1 molCrO 4 2 x 1m 16* gC 1rO 02 4 −
1.014 TM . Na 2 SO3 d
x 3 molN a1SO 4 2
126 gNa S2O
−
2
3
3
Cr 2 ( SO 4 ) 3 + 3Ca (OH ) 2 →2Cr (OH ) 3 + 3CaSO
Calculo de la cantidad de =
60mgCrO4
−
2
−
gCr 2 ( SO4 ) 3 dia
Calculo de la cantidad de
c.
2
−
1051100 .7
1051 .1 KgCr 2 ( SO4 ) 3 dia
= 700 .3
Cr 2 ( SO 4 )3 :
1molCrO4 392 gCr 2 ( SO4 ) 3 120l 24h 1molCr 2 ( SO4 ) 3 x x x x x 2 2 s d 1molCr 2 ( SO4 ) 3 2molCrO4 116 *10 3.mgCrO4
l
=
4
−
KgCr 2 ( SO4 ) 3 105 .1 dia Ca (OH ) 2 :
x
3molCa (OH ) 2 1molCr 2 ( SO4 ) 3
x
1molCr 2 ( SO4 ) 3 0.392 KgCr 2 ( SO4 ) 3
x
0.074 KgCa (OH ) 2 1molCa (OH ) 2 * 0.85
KgCa (OH ) 2 dia
La reacción química: +
2CN + 5 NaClO + 2 H → 2CO2 + 5 NaCl + N 2 + H 2O
Calculo de la cantidad de 5mgCN − l M =
n V
x
NaClO
:
100 l 3600 s 24h 5molNaClO molNaClO = x x x 4153 . 85 s h dia dia 2molCN −
⇒V =
n M
=
4513 ,85 mol 5mol / l
= 830 ,77
lNaClO dia
1.20. 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
[ Pb + ] = 3mg / l 2
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 oxidaciónreducción que tendría lugar y calcule el volumen diario de la solución de bicromato de potasio 2M, expresado en m 3. 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? Dato: 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. CH 3 − CH 2OH + 3O2 →2CO 2 + 3 H 2 O C 2 H 5OH + 3O2 → 2CO 2 + 3 H 2O H − COOH +
1
O2 →CO 2 + H 2 O 2 CH 2O2 +1/ 2O2 →CO 2 + H 2O
DBO causada por el etanol:
130 mgC 2 H 5OH l
= 271 .30
x
3molO 2 1molC 2 H 5OH
x
1molC 2 H 5OH 46 *10 3 mgC 2 H 5OH
x
32 *10 3 mgO2 1molO 2
mgO2 l . H 2 O
DBO causada por el acido metanoico: 400 mgCH 2O2 l
=139 .13
x
0.5molO 2 1molCH 2O2
x
1molCH 2O2 3 46 *10 mgCH 2O2
x
1molO 2
mgO 2 l .agua
DBO Total = 271 .30 +139 .13 = 410 ,43 b.
3
32 *10 mgO 2
mgO 2 l .agua
El ajuste de la ecuación de oxidación-Reducción permitirá establecer la estequiometría del proceso y por lo tanto calcular la cantidad de K 2Cr 2O7 necesario:
La reacción ionica: 3 H − COOH + Cr 2O7
−
2
+
H + → 3CO2 + 2Cr 3 + 7 H 2 O +
La cantidad de dicromato necesario: −2
1molCH 2O2 80l 3600 s 24h 400 mgCH 2 O2 1molCr 2O7 = x x x x x 3molCH 2O2 46 *103 mgCH 2O2 s h d l .agua
= 20034 .76 M =
n V
molCr 2 O7
−2
dia
⇒V =
n
= 20034 .78 mol / dia = 10.01
M
m 3 K2Cr2O7 dia
c. Los fangos retirados vendrán dados por la diferencia de los sólidos iniciales y finales. SÓLIDOS ELIMINADOS = SÓLIDOS INICIALES- SÓLIDOS FINALES 500
mg
30
−
l
lodos
x
año
mg
80 l x s
470
l 3600 s h
lodos .humedos
x
mg
l 24 h dia
dolidos .e lim inados
x
365 dias año
x
470 mg
1.9761 *10 12
=
l . * 0.60 ( solidos sec os )
1976 .17 TM
=
año d.
=
La estequiometria de la reacción de precipitación establecerá la cantidad de Na 2CO 3 : Pb
+2
+ Na 2 CO 3 → PbCO 3 + 2 Na +
Cantidad de carbonato de sodio: 80 l 3600 s 24 h 3mgPb x x x s h dia l
x
16 *103 mgNa 2CO 3
=
+2
x
0.95 .dia
Concentración de Pb +2: La reacción:
[
Ks = Pb
+2
+2
+ CO 3
−3
][CO − ] = s. s = s 3
2
3
Ks = S 2 s = K s s = 1.5 *10
−13
= 3.8729 x10 −7
[ Pb + ] = 3.8729 x10 − 2
1molPb
10 .61 KgNa 2CO 3
1molNa 2CO 3
PbCO 3 → Pb
1molNa 2CO 3
7
M
+2
x
1molPb
+2
207 ,2 *103 mgPb
=11 .17
KgNa 2CO 3 dia
+2
mg año
concentrac 80 .29
ion .dePb
ugPb
2
+
=
3,8729 x10
7
−
molPb
l .agua
2
+
x
2
+
207 .2 gPb 1molPb
2
+
x
106 ugPb 1 gPb
2
+
=
l .agua
80 .29 pbbPb
2
+
2. PROBLEMAS RESUELTOS DE AIRE 2.1. Convierta los siguientes valores: a.
500 ppb de CO, medidos a 293K y 101,3 Kpa a mg CO/m 3 Solución: cm 3
500 ppm = 500
m
3
= 0,5
l m
3
T = 293 K P =101 .3 Kpa =1atm M = 28
gCO mol
pv = nRT =
w M
RT ⇒
w
=
v
PM RT
=
1atmx 28 g / mol gSO 2 = 1.165 Atmxl l 0.082 x293 K molxK
3
g 10 mg mgCO ⇒= 0.5 3 x1.165 x = 582 ,7 3 m l g m 1
b.
500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg SO3/Nm 3 Solución: 500 ppm = 500
cm m
3
3
= 0,5
l m
3
T = 293 K P =101 .3 Kpa = 1atm M = 64
gSO 3 mol
pv = nRT =
w M
RT ⇒
w v
=
PM RT
=
1atmx 64 g / mol gSO 2 = 2,66 Atmxl l 0.082 x 293 K molxK
g 103 mg mgSO 2 x1331 .89 ⇒= 0.5 3 x2.66 x m l g m3 1
c.
500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm 3 Solución:
2
+
2
+
500 ppm = 500 M = 28
gCO mol
cm
3
=
l
= 0,5
3
m 28 gCO mol
m
x
3
1mol 22,4l / mol
= 1.25
g l
3
g 10 mg mgCO ⇒ = 0.5 3 x1.25 x = 625 3 m l g m 1
d.
500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO 2/Nm3 Solución: 500 ppm = 500
cm 3 m
3
= 0,5
l m3
T = 293 K P =101 .3 Kpa =1atm M = 64
gSO 2
⇒ = 0.5
=
28 gSO 2
x
1mol
g
mol
mol
1
g 10 3 mg mgSO 2 =1428 .57 x 3 l g m
m
x 2.857 3
22 ,4l / mol
= 2.85
l
2.2 Exprese las concentraciones de contaminantes que se indican en los valores que se piden:
a.
250 mgC6H6/Nm3 en ppm. Solucion: 250
b.
mg Nm
2
x
1 g 103 mg
x
1molC 6 H 6 78 g
x
22 .4l 1molC 6 H 6
x
103 cm3 1l
= 71 .79
420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C 6H6/Nm3 Solución:
cm 3 m
3
= 71 .79 ppm
420 ppm = 420
cm m
3
3
= 0,42
l m3
T = 293 K P = 101 .3 Kpa = 1atm M = 78
gC 6 H 6 mol w
pv = nRT =
M
RT ⇒
w v
=
PM RT
=
gC 6 H 6 1atmx 64 g / mol = 3.246 Atmxl l 0.082 x 293 K molxK
g 103 mg mgC 6 H 6 ⇒= 0.42 3 x3.246 x = 1363 .5 3 m l g m 1
c.
350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO 2/Nm3 Solución:
350 ppm = 350 M = 46
cm 3 m3
gNO 2
⇒ = 350
mol cm3 m
3
x
1l 3
10 cm
3
x
46 gNO 2 mg 1mol
x
1mol
x 22.4l
103 mg 1 g
= 718 .75363 .5
mgNO 2 m3
d. 250 mg deNO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO2. Solución:
250 mgNO 2 = 0.25 gNO 2 T = 293 K P = 101 .3 Kpa = 1atm gNO 2 mol w w PM pv = nRT = RT ⇒ = = M v RT M = 46
⇒ = 0.25 g
2.3 Una
1atmx 46 g / mol gNO 2 = 1.915 .246 Atmxl l 0.082 x 293 K molxK
1l lNO 2 cm 3 NO 2 = 0.1305 3 = 130 .5 = 130 .5 ppmNO 1.915 g m .aire m3
2
estación Municipal de control de contaminación media de ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 µ g / m3 a 25ºc y 1 Bar. ¿Cuál será la concentración de ozono expresado en ppm? Solución:
Concentración =
25 µ g m
3
cm
= 500
3
x
3
m
1 g 6
10 ug
= 0.5
1 m
3
T = 298 K P = 1bar = 750 mmmhg = 0 − 9861 atm pv = nRT =
⇒ = 25 *104
w M
RT ⇒
g 3
m
x
w
=
PM
v
1 1.937 g
RT
x
=
gg 0.986 atmx 46 g / mol 48 g = 1.937 Atmxl 298 Kxmol l x293 K 0.082 molxK
103 cm3 1l
= 0.0129
cm
3
3
m
= 0.0129 ppm .ozono
2.4 Una norma de calidad fija para el monóxido d ecarbono una concentración media de 11 ppm medidos durante un oeriodo de muestreo de 24 horas.¿ cual será la concentración equivalente en mg/m3. Solución: 11 ppm ⇒ =
11
1
=
cm 3 m3
cm 3
x
1mol
m3 22 ,4l P =1.05 bar = 1.036 atm
x
28 gCO 1mol
x
1l 3 10 cm 3
x
10 3 cm 3 1 g
13 .75
=
mg Nm 3
T = 500 ª C + 273 K pv = nRT =
w M
RT ⇒ w =
PMv
=
RT
gg 0.986 atmx 46 g / mol 48 g = 1.937 Atmxl 298 Kxmol l 0.082 x293 K molxK
2.5 En una planta de producción de energía , el gas de chimenea sale a 500C y contiene las cantidades de bióxido de azofre 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.
2100 ppm = 2100
cm3
b.
1900 ppm = 1900
cm3
a.
m3
m3
= 2.1
=1.9
l m3 l m3
1.0364 atm 2M 64 gSO2 gSO 2 x 3 x = 2,196 Atmxl RT m 1molx 273 K m3 0.082 molxK g 30000 m3 1 min gSO2 x x = 2.196 = 1098 m3 min 60 seg m3 w=
PMv
=
b. 1.0364 atm 1.9l 64 gSO 2 gSO 2 x 3 x = 1.987 Atmxl m m3 1molx 273 K 0.082 molxK g 30000 m3 1 min gSO 2 w = 1.987 x x = 993 .5 m3 min 60 seg m3 w=
2.6 Una norma de calidad del aire fija para el dióxido de asufre una concentración de 85ug/m3 a 20·C y 1.1 bar de promedio anual. ¿ cual será la concentración equivalente en ppb .
Solución: Concentración=
85 µ g 3
m
= 85
ug 3
m
x
1 g 6
10 ug
= 85 *10 −6
g 3
m
T = 20 ª C + 273 K = 293 K P =1.1bar =1.0855 atm pv = nRT =
⇒ = 85 *10 −6
w M
RT ⇒
g
w v
=
PM RT 3
=
g 1.0855 atmx 64 gSO 2 / mol 64 g = = 2.891 Atmxl 298 Kxmol l x293 K 0.082 molxK 3
3
3
3
1 10 cm 10 mm mm = 29 .40 = 0.0129 ppb .SO2 x x x 3 3 m m 2.891 g 1l 1cm3
2.7 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 atmosfera como SO2,. ¿ Cual serán las emisiones diarias de este compuesto a la atmosfera expresada en KgSO 2/dia?.
c.
¿ Cual seria la concentración de este compuesto en las bases de emisión si se liberan a la atmosfera 6.2*104 Nm3 de gas por tonelada de mineral procesado?. Exprésala en ppm y mg SO2/Nm3.
Solución:
a.
La reacción:
Cu 2 S + O2 → 2Cu + SO2
Aleación CU-Ni: 18%Cu Producción: 40OM/día Cu en la aleación: 0.18(40)=7.2TM/día Rendimiento:
7.27 TM / dia 0.78
= 9.23TM / dia
La cantidad de mineral de cobre: =
TM 11.55TM / dia 1molCu 2 S 1molCu 159 gCu 2 S 9.237 TM = 11.55 = x x x dia dia 2molCu 63.5 gCu 1molCu 2 S 0.32
36 .11TM / dia .deCu 2 S
b. de la reacción: Cu2 S + O2 → 2Cu + SO 2 Se tiene: = 1mol SO 3 x 1molCu2 S x 64gSO2 x 11,55TM Cu 2 S 1mol Cu2 S 159g Cu2 S 1molSo2 dia = 4.649 x10 4 Nm 3 gas I TM mineral c. se tiene: = 6.2 x10 4 nm 3 gas x 36.11 TM mineral = 223.882 x 10 4 Nm 3 gas TM mineral = 4649 x 104 mg = 2076,54 mg SO2 223,882 x 10 4 Nm3 1Kg Nm3 = 4649 kg x 22,41 x 1mol 10 3 cm3 x 103 g 223,882 x 10 4 Nm 3 1mol 64g 11 1kg 3 2 = 726,79 cm = 726,79 ppm SO Nm3 2.8 Para generar electricidad, se queman en una central térmica 4000 TM día de un carbón que tiene una riqueza en carbón del 80 y un contenido de azufre de un 1.1 calcule: a. Las toneladas de dióxido de azufre emitidas a la atmósfera al año. b. ¿ que cantidad mensual de caliza del 85 de riqueza de carbonato de calcio, será necesario añadir a los gases de escape para reducir en un 80 las emisiones de dióxido de azufre, precipitándolo en forma de sulfato de calcio? c. Las emisiones de dióxido de azufre, una vez depurado, expresadas en ppm y en mg/Nm3, si el volumen total de gases emitidos es de 4.10 4 Nm 3 / dia. Solución: a. Carbón: 4000TM I día
C = 0.80(4000) = 3200 TM I dia S = 0.011(4000) = 44 TM I dia En la reaccion. S + O 2 → SO2 La cantidad de SO 2 emitidas: = 1mol SO2 x 1mol S x 64g SO 2 x 44 TM I de S = 88 TM SO 2 x 365 Dias 1mol S 32g S 1mol SO 2 dia año = 32120 TM SO 2 = 2676, 67 TM SO 2 Año mes b. se tiene la reacción: 2Ca CO 3 + 2SO3 + O2 → 2 CaSO4 + 2CO2 = 2mol CaCO2 x 1mol SO2 x 100g CaCO 2 x 0.80(2676, 67) TM SO 3 = 2mol SO2 64g SO2 1mol Ca CO2 mes La cantidad de caliza: = 3345,83 TM CaCO 3 = TMCaCO3 (0.85) mes mes c. las emisiones de SO 2 = 88 TM SO 2 dia = 88 TM SO 3 x dia x 106 g x 22,41 x 1mol SO2 x 10cm3 = 770 cm3 Dia 4x 103 m3 I TM mol 64g 3 11 m = 770 ppm SO2 887 TM SO2 X dia x 10 6 mg = 2200 mg SO 2 Dia 4x102 I TM Nm2 2. 9. una industria utiliza como combustible 21/día de un carbón que contiene 90% de C y un 2% de S y emite gases a las atmósfera con un caudal de 1500 Nm 3/h. a. Calcular la concertación de partículas en le gas de emisión si un 5% del contenido de C del carbón se forma de partículas inquemadas. b. Calculas el contenido de SO 2 en los gases de emisión, expresado como mg/ Nm3, suponiendo que no se aplica ningún sistema de depuración. c. Si para depurar las emisiones de partículas se instala un filtro de mangas que tiene una eficacia teórica de 99%, calcular la concentración final de la partícula que se emite en el exterior. Solución: a. Cantidad de carbón: 2 TM I día C= 90% = 0.90 (2) = 1.80 TM I día S= 2% = 0.02 (2) = 0.047 TM I día Gases a las atmósferas: 1500 Nm 3 / h Partículas: 5% de C = 0.05(1.8) = 0.09 TM I día = 3.75kg/h La concentración: 3.75 kg/h x 10 4 mg x 2500mg C 1500Nm3/ h kg b. Contenidad de SO 2 en la atmósfera: S = 0.04 TM día = 1.6667 kg/día la reacción de emisión: S + O 2 → SO2 = 1.667 kg/h x 10 4 mg x 1mol SO2 x 1mol S x 64g SO 2 = 2222.22 mg SO 2 1500Nm 2/h kg 1molS 32g S 1mol SO 2 Nm3 d. Partículas al exterior: eficiencia de filtro 99% Al exterior: 1)
= 0.01(2500) = 25mgparticulas Nm3 2.10. Si durante un proceso de producción se genera 3 kg de partículas por tonelada de producto fabricado, y la administración le permite unas emisiones máximas de 100 mg/ m3, calcule cual debe ser el rendimiento mínimo del sistema de depuración de partículas a instalar si el caudal de gases es de 1400 m 3 por tonelada de producto fabricado. Solución: Producción: 3 partículas TM Pro. Fabricado Emisión máxima: 110 mg M3 Flujo de gases: 1400 m 3 TM proa. Fabricado Kg. Partículas x 10 4 mg Relacionando: TM Prod. Fabricado = 2147,85 mg/m 3 1400M3 TM Prod. Fabricado Rendimiento= 110 x 100% = 5.12% Rendimiento mínimo= 100-5.12 = 94.88% (que falta para sistema de depuración) 2.11. un garaje posee unas dimensiones de 5 m de largo, 4m de ancho y 2.8m de altura. Si un coche permaneciera en marcha dentro del e, calcule cual seria la concentración en mg/ m3 de monóxido de carbono en el interior al cabo de 3 horas, sabiendo que la concentración de este compuesto en los gases de escape es de 8g CO/m3 y que el motor del coche al ralentí emite 2.4 m3/h de gases de escape. Calcule también en cuanto tiempo se llegaría a alcanzar la concertación de 1500 ppm de Co, considerada inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IPVS) Solución: Volumen del garaje= 5m x 4m x 2.8m = 56 m 3 Presión: 1atm. Temperatura: 20 C=293 k Gas de escape: 8 g CO: tiempo 3h M3 emisión: 2.4 m3/h Concentración de CO: 1500 ppm = 1500 cm3/m3 = 1.5 1/m 3 CO en el garaje: = 8000mg/m 3 x 2.4 m3/56m3 x 1028,57 mg CO/m 3 La concentración de CO: pv=nRT=m3 RT M3 = pM = 1Atmx28g = 1.1654g/l V3 RT 0.082 Atm x 1 x 293k Molxk = 1.1654g/1x1.51/m3= 1.7481g/m 3=1748.1mgCO/M3 Calculo del tiempo:
3h x 1748.1mg CO/m 3 = 5.09H=5H5min. 1028.57mgCO/m3 2.12. 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 O 2 en el aire Laboratorio P= 1Atm T= 22C Volumen total de laboratorio (aire) = 8mx5mx3m=120m 3 Fuga de nitrogeno: P s1= 4x20l=80l Ps2= 180Atm. Aplicando la ley de Boyle: P 1 V1=P2 V2 V2=180atmx80l=14400l=14.4 m 3 N2 1Atm Volumen de aire: 120 m 2 VolO2=0,21(120)=25,2 m 3 VolN2= 0.79 (120) = 94,8 m 3 Volumen de N2= 94.8 + 14.4 (fuga) = 109.2 m 3 N2 Volumen del aire: Vol.O 2 + Vol.N2 = 25.2 + 109.2 = 134.4m 3 VolO2= 25.2/134.4 x 100% = 18.75% O 2 Vol N2= 109,2/134.4 x 100% = 81.25% N 2 Por lo tanto al ser: 18.75%. 18% no supone riesgo aunque este muy próximo.
3 PROBLEMAS RESUELTOS DE RESIDUOS SÓLIDOS
a) 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/Nm 3, si el caudal de gases es de 15 Nm3/kgde residuo incinerado. Solución: Residuos: 45 TM = 45000 Kg Concentración: Cantidad de Hg: Flujo de gases: Total de Gases:
2
g Hg kg residuo
2 gHg kg
15
( 45000 kg ) = 90000 g = 90 kgHg
Nm
3
kgresiduo
3 Nm 3 15 kgresiduo x45000 kgresiduo = 675000 Nm
Calculo de la concentración: 3 3 3 cm 3 90 kgHg 1molHg 10 cm 10 g = = 14.9 3 Nm 3 675000 Nm 200 .6 gHg 1l 1kg
b) 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
3 3 cm 3 400 mg 22.41 1mol 10 cm Concentración NO 2 : = 194 .78 3 3 Nm 3 Nm 1mol 46 x10 mg 1l
Concentración NO 2 = 194cm3/Nm3 Emisión: 194.78 – 20 = 174.78pp 174 .78
Eficacia:
194 .78
x100 % = 89.73%
b La reacción de biodegradación: CH 3 − CH 2 − CH 2 − CHO +
11 2
O2 → 4CO2 + 4 H 2O
3 60mg 5.5molO 2 1molC 4 H 8 O 32 x10 mgO 2 DBO = 3 l 1molC 4 H 8 O 72 x10 mg 1molO 2
DBO = 146 .67
c
mgO 2 lAgua
La reacción:
3 Zn−2 + 2 Na3 PO4 → Zn3 ( PO4 ) 2 + 6 Na+
1molZn 250 mgZn 2molNa 3 PO 4 = 65 .39 x10 mgZn 3molZn l = 2.548 x10 −3 molNa 3 PO 4 M =
n V
⇒ V =
n M
=
2.548 x10 −3 mol 0.1mol / l
Rendimiento 78%: Vf =
25 .48 0.78
= 2.548
= 32 .66
mlNa 3 PO4 l
mlNa 3 PO 4 lAgua Re sidual
La eliminación de Zn no es completa, permanece en disolución la cantidad de Zn correspondiente al producto de solubilidad del Zn 3 ( PO 4 ) 2 Zn 3 ( PO 4 ) 2
d El
; como lodos:
Cantidad de Zn 3 ( PO 4 ) 2 : 250 mlZn = l = 0.492
=
1molZn 1molZn 3 ( PO 4 ) 2 386 .11 gZn 3 ( PO 4 ) 2 3 − 3molZn 1molZn 3 ( PO 4 ) 2 65 .39 x10 mgZn
gZn 3 ( PO 4 ) 2 lAgua Re sidual
0.492 g (0.54 )l
x
0.5m 3 h
x
; lodosdeZn
24 h dia
x
30 días mes
PO 4 ) 2 − con 46 %deHumedad
3(
x
10 3 l 1m 3
x
1 Kg 10 3 g
= 328
kgZn 3 ( PO 4 ) 2 mes
3.3 las aguas residuales del prensado de pulpas de una industria azucarera tienen un contenido de sacarosa (C 12O22 H 11 ) 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 m 3medidos 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 Nm 3/tonelada de carbón? DATOS: ∆ H º (CH 4 ) = −17 .9kcal / mol ∆ H º (CO 2 ) = −94 .1kcal / mol ∆ H º ( H 2 O) = −57 .8kcal / mol
Solución:
a Sacarosa C 12 H 22O11 : 2000 mg/l Sólidos en suspensión: 2g/l Flujo de agua residual: 0.6m3/TM azúcar Producción: 2000TM azúcar/mes Reacción de biodegradación: C 12 H 22O11 + 12O2 →12CO 2 + 11 H 2O
32 x10 3 mgO 2 1molC 12 H 22 O11 2000 mgC 12 H 22 O11 12molO 2 DBO = 1molC H O 342 x10 3 mgC H O 1molO l 12 22 11 2 12 22 11 = 2245 .6
mgO 2 lagua
b En el proceso anaeróbico: →11CH 4 + 9CO 2 + 4CO C 12 H 22O11 bacterias
Calculo del volumen del metano CH 4 : Flujo del agua Residual:
= 0. 6
m3
x
TMazucar
2000 TMazucar
= 1200 m 3 / mes
mes
1molC 12 H 22 O11 2000 mgC 12 H 22 O11 1200 m 3 1molCH 4 = mes 2molC H O 342 x10 3 mgC H O 0.7l 12 22 11 12 22 11 22.4lCH 4 Nm 3CH 4 x = 1235 .08 1 molCH mes 4
c
Lodos : Sólidos en Suspensión: 12g/l =12000mg/l Lodos retirados: 12000mg/l -30mg/l = 11970mg/l =
11970 mg (0.35 )l
x
1200 m
3
mes
3
x
10 l m
3
x
1TM 9
10 mg
= 41 .04
TMlodos mes
d Cantidad de carbón: S = 1.8% ; C = 98.2% Se tiene la cantidad de CH 4 de (b) : = 1235 .08 m CH 4 x 3
= 882 .2 KgCH
1molCH
4
22 .4lCH 4
x
16 gCH 4 1molCH
x
4
10 3 l 1m
3
x
1kg 10 3 g
4
En la reacción del carbón C: 2C + 2 H 2 O → CH 4
= 882 .2kgCH 4 x
+
CO2
2molC 1molCH
x 4
1molCH
4
16 gCH 4
x
12 gC 1molC
=
1223 .3kgC 0.982
= 1347 .55 kgCarbón
e Las emisiones de SO 2 : La reacción: S + O2 → SO2
Flujo: = 8000
Nm
3
TMcarbón
x1.3475 TMCarbón
= 10780 .44 Nm 3 gases
S = 0.018x(1347.55) = 24.256 Kg S 3 3 3 24.256 KgS 1molSO 2 1molS 64 gSO 2 22.4lSO 2 1molSO 2 10 cm 10 g = 3 10780 .44 Nm 1molS 32 gS 1molSO 2 1molSO 2 64 gSO 2 1l 1kg
= 1575
cm 3
= 1575 ppmSO 2
Nm 3
4 mgSO 2 24.256 KgS 1molSO 2 1molS 64 gSO 2 10 mg = = 4500 3 Nm3 10780 .44 Nm 1molS 32 gS 1molSO 2 1kg
3.4 En una industria es preciso disponer diariamente de 12x10 6kcal. 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 dioxido de azufre en los gases de emision, sabiendo que el caudal de los mismos es de 6.7x10 3 Nm3por tonelada de carbon incinerado. Expresales en ppm y mg/Nm 3 considerando que todas las medidas de gases se hacen en condiciones normales. b) Si los gases se lavan con una disolución de hidroxido de calcio, para eliminar las emisiones de dioxido de azufre en un 91%, calcule la cantidad de sulfato de calcio, con una humedad del 40% que se retira anualmente. c) Cual sera 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 hidroxido de calcio. Solucion:
a)
Carbón:
PCI = 8500kcal/kg Q = 12x106 Kcal W carbón
=
12 x106 Kcal
COMPOSICIÓN DE CARBÓN:
C = 83%;
H = 7%;
=
8500 Kcal / kg
S = 1.1%;
1411 .76 Kg
=
1.41176 TM
Cenizos = 8.9%
Cantidad de S = 0.011(411.76) = 15.53 KgS En la reacción de emisión: S + O 2 = SO2 La cantidad de SO 2: = 15 .53 KgSx
Flujo
1molSO 2 1molS
3 3 6.7 x10 Nm
TM carbón
x
1molS 32 gS
x
x1.41176 TM
64 gSO 2 1molSO 2 carbón
= 31 .06 KgSO 2
=
9458 .79 Nm
3
La concentración de =
=
SO 2 en ppm y mg / Nm 3
31060 gSO 2
1mol SO 2
9458 .79 Nm
64 gSO 2
x 3
3106 x10 3 mg 9458 .79 Nm
3
= 3283 .72
La reacción del labado:
x
22 .41SO 2 1molSO
x
10 3 cm 3 11
2
= 1149 .30 ppmSO
2
mgSO 2 3
Nm
SO2 + Ca( OH 2 ) +
1 2
O 2 → CaSO 2 + H 2 O
Eliminar el 91% de SO 2 en la emisión: 0.91 (31.06Kg) =28.26 Kg SO 2 La cantidad de Ca SO 2 : = 28 .26 KgSO 2 x
1molCaSO 64 gSO 2
= 60 .05 KgCaSO 2 (sec o) x
=
100 .08 KgCaSO día
2
2
x
x
136 gCaSO
2
1molCaSO
2
= 60 .05 KgCaSO
100 gCaSO 2 (húmedo ) 60 gCaSO 2 (sec o)
30 días 1mes
x
12 meses 1año
La reacción iónica Ca SO 2 ↔ Ca Se tiene la Ks CASO 4 = 3.7 X 10 −3 Ks = [Ca −2 ] SO2
−2
−2
+
1TM
x
3
10 Kg
SO4
= 100 .08
= 36 .03
2
KgCaSO
2
día
TMCaSO
2
(húmedo )
año
−2
= 3.7 x10 −3
( s ) ( x ) = s 2 = 3.7 x10 −1 s =
3.7 x10 −1 = 6.0827 x10 −1
[SO ] = 6.0827 x10 −2
2
−3
3 mg
mol 96 x10 SO4 x −2 1 1molSO 4
−2
[SO ] = 583.93 mg = 583.93 ppm −2
2
1
3. 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/cm 3 y el contenido de azufre es de un 0.5%. Calcule: a. Si todo el azufre se transforma durante la incineración en SO 2 ¿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 SO 2 en los gases de emisión depurados si para cada kg. De residuo incinareado se genera 13 Nm 3 de vertido cascajo? Exprésela en ppm y en mg/Nm 3 c. Si las aguas residuales generadas en la misma planta arrastran 600 mg/l de un compuesto or´gonico biodegradable de fórmula C 2H4O2, ¿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
1.25
Kg residuos persona x día
Densidad del residuo incinerado Azufre: S= 0.5%;
0.18
x 200000 personas
=
2500000
Kg residuo día
g cm
3
Cantidad de S = 0.005(2500000)=2500
KgS día
En la reacción de emisión Tratamiento
S + O2 → SO2 (1) 1 CaSO 2 + SO2 + o2 → CaSO 2 + CO2 (2) 2
Cantidad de SO 2 en (1): = 1250
KgS día
x
1molSO 2 1molS
x
1molS 32 gS
x
64 gSO 2
= 2500
1molSO 2
0.96 ( 2500 ) = 2400 Kg = 2.4
Cantidad SO2 tratada
Cantidad SO2 emitidas
0.04( 2500 ) = 100
KgSO 2 día
TMSO 2 día
KgSO 2 día
Cantidad de Caliza: = 2.4
=
TMSO 2 día
x
1molSO 2 1molSO 2
3.75TMCaCO
3
( 0.82 ) día
1molSO
x
= 4.573
64 gSO 2 TMCaCO
=
−1
325 x10 Nm
3
x
=
100 KgSO 2 1día 2
325 x10 Nm
3
c. En la reacción:
1molCaCO
3
=
3
1molSO
ppmSO
2
x
1kg
TMCaCO
1molSO
3
día
2
= 30 .77
C 3 H 4 O2 +
1 2
3
2
64 x10 mgSO 2
día
10 mg
= 3.75
3
3
3
x
3
22 .4 x10 cm SO 2
1 Kg
= 10 .77 cm 3 = 10 .77
100 gCaCO
S + O2 → SO2 ; Emisión de SO2 = 100 KgSO 2
4
10 mg
x
día
b. En la reacción de emisión Flujo de gas Concenración de SO 2 100 KgSO 2 1día
2
mgSO 2 3
Nm día
O2 → 3CO 2 + 3 H 2 O
=
DBO r =
600 mgC 3 H 4 O2
x
1
DBO r = 908 .11
3.5molO 2
−
2
+
K Nmim Ks
300
[ Ph ]en 2
−
[ Ph ][SO ] 4
[ Ph ]
=
2
→
→
PhSO4
PhSO4
1.1 xO 2
2
4
SO 4 :
1molPh
2
2
2
=
2
−
−
2 4 2
−
x
2
−
1molPh
207 x10 1 mgPh
2
=
−
1.45 x10
3
−
molSO
2
−
4
1
el agua residual
−
−
SO4 −
1molSO
1
1molO 2
[ Ph ][ SO ]
=
La concentración de =
x
1
Ph
2
3
74 x10 mgC 3 H 4 O2
32 x10 3 mgO 2
mgO 2 −
−
x
1molC 3 H 4 O2
d. La reacción Ph 2 + SO4
mgPh
1molC 3 H 4 O2
1.57
=
1.1 X 10 .[ Ph 1
mgPh
]
=
1.1 x10
3
−
1.45 x10
3
−
=
mol
0.76 x10 x
l
x
207 x10 1 mgPh 1molPh
2
−
2
−
2
−
l
Residuos = 250000 Cenizas
2
−
=
1.57 ppmPh
Hg
2
−
; cenizas: 15% residuos incinerados
día = 0.15( 250000 ) Kg / día 37500 Kg / día ; p = 1.2 gcm 3 = 1200 Kg / m 3
Volumen del vertedero:
v=
m
=
p
Volumen vida útil para 60 años =
37500 Kg / día 1200 Kg / m
= 31 .25
3
m3 día
= 31 .25
x
30 día 1mes
m
3
día
x
12 meses 1año
x60 años
= 675000 m 3 = 6.75 x10 1 m 3
3.6. 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% ¿Qúe volumen anual de lados, expresada en m3 se obtendrá? c. Si el Cá(II)se precipita coo hidróxido de cadmio, mediante alcalinización del vertido hasta pH=8. ¿Cuál será la concentración residual del metal en el vertido una ez tratado?. Expréselo en ppm. Solución: a. La reacción debía degradación del ácido láctico:
3O2 + 3 H 2 O
C 1 H 6 O3
DBO = 400
mgC 1 H 6 O3 l
DBO = 426 ,67
x
3mol 10 2 1molC 1 H 6 O3
x
1molC 1 H 6 O3 90 x10 2 C 1 H 6 O3
1molO 2
mgO 2 l
b. Sólidos en sus pensión 800 mg / I = 0.8 Kg / m Vertido: 15/s=54 m 3 / h Rendimiento: 94% Densidad: 1.07g/c m 3 =1070Kg/ m 3 Humedad: 76% Lodos=
x
32 x10 2 mgO 2
( 0.94 )0.8 Kg ( sec o) m
3
x
3
100 g lodos ( húmedo 24 g lodos (sec o)
)
x
54 m
H
3
= 169 .2
Kg lodos h
3.7. Los factores de emisión establecidos por la EPA indican que un proceso de incineración de bacterias producirá, por tonelada de basura incinerada, las siguientes emisiones: • 1.25kg de dióxido de carbono • 1.6kg de óxidos nitrosos 0.75kg de hidrocarburos. • 14kg de partículas • • 18kg de monóxido de carbono. Si una incineradora .no tuviera sistema alguno de tratamientote gases ¿cual seria la concentración de cada uno de los contaminantes producidos en los gases de chimenea, sabiendo que se emiten 1250Nm3 de gas pro tonelada de basura incinerada. Considere los óxidos de nitrógeno como dióxido de nitrógeno y exprese los resultados que sean posibles en ppm y en mg/Nm 3 Solución: Flujo
=
1250
Nm 3 gas Tm basura
a. Concentrac
ion de SO 2
1.25 KgdeSO
=
1250 Nm
TM basura 10 3
mg SO 2 Nm
3
2
=
3
10
3
−
kgdeSO Nm
3
2
*
10 4 mg
=
1 Kg
10 3
mg SO 2 Nm 3
TM basura *
1molSO
2
*
4
64 * 10 mgSO
2
22 .4 *10 3 cm 3 SO 2 1molSO
2
=
350
cm Nm
3 3
=
350 ppmSO
2
b.Concentrac ion de NO2 1.5 KgdeNO 2
=
TM basura 1200
mg NO 2 Nm 3
1250 Nm 3
= 12 * 10
−4
kgdeNO 2 Nm 3
*
10 4 mg 1 Kg
= 1200
mg NO2 Nm 3
TM basura *
1molNO 2 46 ×10 3 mgSO 2
*
22.4 *10 3 cm 3 SO2
= 584 ,34
1molNO 2
cm 3 Nm 3
= 584 .34 ppmNO 2
c.Concentrac ion de HC (hidrocarbu ros )
=
14 Kgde Particulas TM basura
1250 Nm
3
= 6 *10 −4
4
kgdeHC Nm
*
3
10 mg 1 Kg
= 600
mg HC Nm
3
TM basura
d ..Concentrac ion de particulas : 0.75 KgdeHC
=
TM basura
1250 Nm
3
= 11 .2 *10
−3
kgdeHC Nm
3
4
*
10 mg 1 Kg
= 11200
mg Particulas
= 14400
mg HC
Nm
3
TM basura
e..Concentrac ion deCO : 18 Kgde CO
=
TM basura 14400
mg CO Nm 3
1250 Nm
3
= 14 .4 *10 −4
kgdeHC Nm 3
4
*
10 mg 1 Kg
Nm 3
TM basura *
1molCO 28 ×10 3 mgCO
3
*
3
22 .4 * 10 cm CO 1molCO
= 11520
cm
3
Nm 3
= 11520 ppmNO
3.8 .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 “seco”, utilizando caliza, Calcular la cantidad diaria que se necesitara de una caliza que contiene300mg/l de ácido acético (CH3-COOH) Calcular la DBO total que ocasionaría la presencia de dicho contaminante. Solución:
a.Cantidad SO 2 en los gases de emision : S =0.004 (500
kg
)=2
kg
dia dia En la reaccion : S + O → SO 2
= =
2 KgS dia
×
1 mol deSO 2 1 mol S
2 KgS dia 750 Nm 3 / dia
×
×
1molS 32 ×10
1 mol deSO 2
−3
×
1 mol S
×
64 ×10 −3 KgSO 2 1molSO 2
1molS 32 ×10
−3
×
=4
KgSO 2 dia
64 ×10 −3 KgSO 2 1molSO 2
= 5333 .33
mgSO 2 Nm 3
lareacccio n de depuracion se det er min a a la cantidad de caliza : SO 2 + CaCO 3 +
=
4 KgSO 2 (0.85) dia
×
1 2
O2 → CaSO 4 + CO 2
1 mol deCaCO 1 molSO 2
3
×
1molSO 2 64 ×10
−3
SO2
×
100 ×10 −3 KgCaCO 1molCaCO
3
= 7.35
KgCaCO
3
Dia
Aguas residuales convertidos de acido acético CH 2 −COOH
=
300 mg / L
Reacción de biodegradación:
C 2 H 4O2 + O2 → 2CO2 + 2 H 2O
DBO =
300 mgC 2 H 4O2
DBO = 320
L
*
2molO 2 1molC 2 H 4O2
*
1molC 2 H 4O2 60 *10 mgC 2 H 4O2
2
*
32 *10 mgO 2 1molO 2
mgO 2 L
3.9. 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. Solución: Producción = 5000 Unid/dia Agua Residual: Q=20L/unid Producción
de agua residual = 20
Emisión a la atmósfera = 2
Nm
l unid
2
unid
*
*
5000 unid
5000 unid dia
dia
=10
4
= 10 4 l / dia Nm 2 dia
a DBO = 200 ppmO 2
La reacción de biodegradación del propanoico
(CH 3 −CH 2 −COOH )
3
C 3 H 4O 2 + 1 / 2O 2 → 3CO2 + 3 H 2O
Concentración del propanoico: =132 .14 =
mgO 2 l
*
1molC 3 H 4O2 3.5molO 2
*
3
1molO 2 32 *10 2 mgO 2
*
74 *10 mgC 3 H 4O2 1molC 3 H 4O 2
132 .14 mgC 3 H 4O2 l
La cantidad de NaClO, en la siguiente reacción: C 3 H 6O2 + 7 NaClO → 3CO2 + 3 NaCl + 3 H 2O Calculo de NaClO 132 .14
mgC 3 H 6O2
931 .23 *10
l 4
*
kgNaClO l
7molNaClO 1molC 3 H 6O2 *10
4
l
1molC 3 H 6O2
=
= 931 .23
dia
3
74 *10 mgC 3 H 6O2
3
*
74 *10 kgNaClO 1molNaClO
kgNaClO dia
Emisión de partículas: Emisión a la atmósfera: 10^5 partículas /día Q
10 3 Nm 2 / dia
=
5
concentrac iondeparti culas =
10 particulas / dia 3
2
10 Nm / dia
= 102
particulas Nm
2
3.10. 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/Nm^3, 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/Nm^3 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/cm^3. 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 80m^3/dia, en forma de anion cromato. Calcule: La concentración de partículas de oxido de cromo (VI) en los gases de combustión. La concentración del cromato en el vertido. Expresada en ppm.
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: C = 75 % := 0.75 * (100 ) S = 4% := 0.04 * (100 ) Cr
=
=
=
75 TM / dia
4TM / dia
0.2% := 0.002 * (100 )
=
=
=
75000 Kg / dia
4000 Kg / dia
0.2TM / dia
=
200 Kg / dia
Emisor de gases:= 5500Nm^3/h a. concentración de SO 2
: S + O2
→
SO2
4000 Kg S 1 mol SO 1 mol S 64*10−3 KgSO dia 2 = = 333.33 * * * * 1mol S 32*10 −3 Kg S 1mol SO2 24h dia 333.33 Kg2 SO10 6 mg mgSO 2 = = 60606.06 * 2 2 5500 Nm/ h 1 Kg Nm 1mol SO2 mgSO2 22.4*10 −3 cm3 cm3 = 60606.06 = 21212.12 * * 2 3 2 1 mol SO 64*10 Nm mg SO Nm 2 2 = 21212.12 ppmSO2 b. Emisión de NO2 =1.8Kg/TMcarbon Kg NO2 1.8 Kg 100 TM carbon = 180 * Q= TM carbon
dia
dia
: NO = 0.90(180) = 162 Kg NO / dia = 6.75 Kg NO / h = 0.10(180) = 18 Kg NO / dia= 0.75 Kg NO / h NO 2 2 2 Concentracion : 6.75 Kg NO/ h 10 6 mg KgNO = = 1227.27 * 3 3 5500 Nm/ h Kg Nm 0.75 Kg NO2 / h 106 mg KgNO2 = = 136.36 * 5500 Nm3 / h Kg Nm3 Cantidad
Kg 2SO h