, lndice general

Prólogo

1. Química del agua

1.1. Introducción .

1.2. Composición del agua

1.3. Propiedades físicas del agua .

1.4. Sinopsis de la química del agua

1.4.1. Solubilidad. Efecto del ión común

1.4.2. Precipitaciones químicas ...

1.4.3. Autoprotolisis del agua. pH .

1.4.4. Fuerza de los ácidos y bases .

1.4.5. Hidrólisis . . . . . . .. . . .

1.4.6. Hidrólisis de sales de ácidos o base fuertes

1.4. 7. Hidrólisis de sales de ácidos y base débiles

1.4.8. Concentración activa ... .. ... .. .. .

XIX

1

1

4

5

10

11

14

14

16

17

17

20

21

X

1.4.9. Oxidación reducción

1.4.10. rH . .. ....... .

1.4.11. Dureza de las aguas

1.4.12. Detergencia . .

1.4.13. Cambio iónico .

1.5. Agua en la atmósfera: lluvia ácida natural .

1.6. Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Índice general

30

41

42

45

47

54

55

2. Oxígeno disuelto 69

69

69

74

76

78

79

79

2.1. Introducción . . . . . . .

2.2. Solubilidad del oxígeno

2.3. Regulación de los vertidos en los ríos .

2.4. Autodepuración de los ríos

2.4.1. Desoxigenación .

2.4.2. Reoxigenación ..

2.4.3. Déficit de concentración de oxígeno

2.4.4. Evolución de la concentración de oxígeno causada por un vertido . . . . . . . . . 82

2.5. Amperometría del oxígeno disuelto 84

2.6. Oxímetros . . . . . . . . . . . 86

2.7. Calibración de los oxímetros . 87

2.8. Sonda óptica de oxígeno disuelto 89

3. Desinfección 93

3.1. Introducción . . . . . . . . . . 93

3.2. Dinámica de la desinfección 94

3.3. Desinfección con ozono . . 102

3.4. Desinfección con dióxido de cloro . 107

3.5. Desinfección con luz ultravioleta . 109

Índice general

3.6. Desinfección con cloro . . . . . . . . . . . . . .

3.6.1. Análisis de cloro en las aguas potables .

3.7. Problemas .. . ... .. . . .

4. Demanda bioquímica de oxígeno

4.1. Introducción . . . . . . . . . .

4.2. Cálculo de la fórmula del agua residual .. .. ..

4.2.1. Rendimiento de producción de lodos

4.3. Requerimientos nutricionales de la DBO .

4.4. Conceptos relacionados con la DBO

4.5. Disolución de sales nutrientes .

4.6. Medidores de la DBO .

4.7. Cinética de la DBO . .

4.8. Determinación de las constantes cinéticas de la DBO .

4.8.1. Cálculo de la determinación de la DBO

4.9. Calidad del agua y la DBO . .

4.10. DBO de efluentes industriales

5. Demanda química de oxígeno

5.1. Introducción . . . . . .

5.2. Definición de la DQO .

5.3. Demanda química de oxígeno de sustancias puras

5.4. Patrón para la medida de la DQO . . . . . . .

5.5. Interferencias en la determinación de la DQO

5.6. Procedimiento y reactivos de la DQO .

5.7. Determinación de la absortividad . . .

5.7.1. Determinación de la f de patrones

5.8. Demanda total de oxígeno

5.9. Carbono orgánico total . .

XI

112

117

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145

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151

153

XII

50100 Demanda teórica de oxígeno o o

5 0110 Coeficientes de transformación

Índice general

153

153

5011.1. Relación de lodos activos y absorción de nitrógeno 156

5.120 Cálculo de muestras compuestas 156

5.130 Vertidos industriales o o o o 159

6. Modelos dinámicos de tanques 161

601. Introducción o o o o o o o o o 161

6020 Modelo dinámico de un tanque 162

6030 Análisis de un tanque de mezcla perfecta 168

6.40 Transferencia de oxígeno-agua o o o o o o 17 4

6050 Diseño de tanques reguladores de caudal 179

60501. Cálculo gráfico de un ecualizador 180

605020 Cálculo numérico de un ecualizador o 182

6060 Simulación dinámica de un ecualizador

60 7 o Problemas o o o o o o o o o o o o o

185

187

7. Sedimentación de sólidos floculentos 197

701. Introducción o o o o o o o o o o o 197

7020 Generalidades de lodos activos 197

7030 Velocidad de sedimentación o o 203

7040 Flujo de sólidos en el sedimentador o 208

7050 Modelización del sedimentador secundario 212

70501. Modelo dinámico simplificado del sedimentador 212

705020 Modelo dinámico riguroso del sedimentador o 213

8. Cinética de reacciones y reactores 223

801. Introducción o o o o o o o 223

8020 Reacciones homogéneas 224

Índice general XIII

8.2.1. Alternativas a la ecuación de Monod . 230

8.3. Dependencia de la concentración . . . . . . . 230

8.3.1. Método integral de análisis de datos . 230

8.3.2. Método diferencial de análisis de datos 237

8.4. Reacción de biodegradación . . . . . . . 240

8.4.1. Dependencia de la temperatura . 242

8.4.2. Dependencia del pH . . . 245

8.4.3. Limitación por nutrientes 247

8.5. Reactores químicos . . . . . . . . 248

8.5.1. Reactor continuo de mezcla perfecta . 248

8.5.2. Reactor de flujo pistón . . . . . . . . . 250

8.6. Modelización de la degradación de la materia carbonácea . 256

8.7. Depuración de aguas residuales en humedales artificiales . 259

8.8. Reactores reales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

8.8.1. Análisis de reactores en serie con trazadores 264

8.9. Características de los reactores biológicos en la depuración de aguas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

8.9.1. Reactor de mezcla completa . 272

8.9.2. Reactor de flujo pistón . . . . 272

8.9.3. Reactores de mezcla perfecta en cascada. 273

8.9.4. Proceso contacto estabilización . . . 27 4

8.9.5. Proceso de alimentación escalonada 274

8.9.6. Proceso de oxidación extendida y sedimentación en una misma balsa . . 275

8.1 O. Redimensionando reactores

8.11. Problemas . . . . . . . . . .

9. Modelización del proceso de lodos activos

9.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . .

276

282

297

297

XIV Índice general

9.2. Velocidad de dilución y lavado del reactor . 299

9.2.1. Reactor biológico sin recirculación 299

9.3. Relación de recirculación de lodos 302

9.4. Reactor biológico con recirculación 303

9.5. Tasa de crecimiento y edad de lodos 305

9.6. Modelo matemático del reactor biológico 307

9.7. Valores de los parámetros cinéticos . . . . 310

9. 7 .1. Simulación del reactor biológico en estado estacionario311

9.7.2. Evolución del sustrato en el sedimentador 315

9.8. Modelo matemático del tratamiento secundario . 316

9.8.1. Modelo dinámico del proceso de lodos activos 317

9.8.2. Modelo estacionario del proceso de lodos activos 324

10. Eliminación biológica de nitrógeno y fósforo 333

10.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

10.2. Transformaciones relevantes del nitrógeno 333

10.3. Formas del nitrógeno . . . . . . . . . . . . 334

10.4. Impacto de los compuestos nitrogenados 337

10.5. Caracterización de los compuestos nitrogenados 338

10.6. Estequiometría de la nitrificación 339

10.6.1. Oxígeno demandado . . 340

10.6.2. Consumo de alcalinidad 341

10.6.3. Producción de biomasa nitrificante . 341

10.7. Cinética del proceso de nitrificación 342

10.7.1. Degradación de autótrofos . 343

10.8. Conversión del nitrógeno orgánico a amonio 343

10.9. Factores que afectan la cinética de nitrificación 347

10.9.1. Efecto de la concentración de oxígeno disuelto 347

Índice general

10.9.2. Efecto del pH en la nitrificación .

10.9.3. Efecto de la temperatura .

10.1 O. Edad de lodos . . . . . . . . . . .

10.11. Desnitrificacion . .. .. .. . . .. .

1 0.12. Características microbiológicas de la desnitrificación . . . . . . . . . . . .

XV

348

350

351

. 352

. 352

10.13. Estequiometría de la desnitrificación . 353

10.13.1.Desnitrificación con metanol .. .. .. . .. . .. . . 353

10.14. Cinética de la desnitrificación . ... .. .... . .. . . . .. 354

10.14.1.Desarrllo de los desnitrificantes ... .

1 0.14.2.Hidrólisis de las partículas orgánicas

10.14.3.Degradación de los desnitrificantes .

354

356

357

10.15. Representación matricial de la desnitrificación ... .. ... 357

1 0.16. El fósforo en las aguas residuales . 359

10.17. Impacto del fósforo .. . . . . . . . 360

10.18. Sistemas de eliminación del fósforo . . .. 361

10.19. Fundamento de la eliminaci::Sn biológica del fósforo . 361

10.20. Reacciones de la eliminación del fósforo . 362

10.20.1.Etapa anaeróbica 364

10.20.2.Etapa aeróbica . . 364

10.20.3.Proceso anaeróbico y aeróbico global 365

10.21. Constante de rendimiento en la eliminación biológica del fósforo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

10.22. Cinética de la eliminación biológica del fósforo .. 365

10.22.1.Condiciones anaeróbicas.

1 0.22.2.Condiciones aeróbicas

10.22.3.Condiciones anóxicas

10.23. Matriz de las principales ecuaciones de la eliminación biol -

365

366

366

gica del fósforo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

XVI Índice general

10.24.Factores perturbadores del proceso de eliminación de fósforo 368

10.25. Consideraciones finales ...

11. Respirometría de lodos activos

11.1. Introducción . . . . . .

11.2. Oxidación bioquímica

11.3. Consumo específico de oxígeno

11.4. Respirogramas . . . . . . . . . .

11.4.1. Determinación de la DBO en tiempo corto

11.5. Toxicidad como inhibición respirométrica

A. Integración con MatLab y Maple

A.1 . Integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A.2. Integración simbólica de ecuaciones diferenciales

A.3. Integ. de ecu. dif. con la transformada de Laplace

A.4. Integración de ecuaciones diferenciales lineales de primer orden .. . ........... . . . ... . .... .

A.5. Integración numérica de ecuaciones diferenciales .

A.6. Integración con SIMULINK .. ..

B. Determinación de retrasos y derivadas

B.1. Cálculo numérico de derivadas

B.2. Cálculo numérico de retrasos

C. Medidas, errores y correlación

C.1 . Medidas y unidades . . .

C.1 .1. Antiguas medidas españolas de longitud

C.1.2. Origen de la medida del tiempo

C.1.3. Origen de la medida de la masa

C.1.4. La medida de volumen . . . ..

369

371

371

372

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378

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385

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412

412

413

413

413

Índice general

C.2. El sistema internacional de unidades .

C.3. Definiciones de errores . ... . ... .

C.4. Errores en las medidas analógicas y digitales

C.4.1. Medidas digitales . .

C.4.2. Medidas analógicas .

C.5. Errores aleatorios y la distribución normal .

C.6. Expresión de los resultados

C. 7. Cifras significativas .... .

C. 7 .l. Reglas de expresión de los resultados

C.8. Notaciones científica y técnica .

C.9. El límite de confianza . . . . . .

C.9.1. Cálculo del intervalo de confianza

C.lO.Error de una medida directa .

C.11. Propagación de errores . . . .

C.11.1 . Error en las sumas y sustracciones

XVII

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C.11.2. Propagación de error al multiplicar por una constante 432

C.11.3. Propagación del error en las multiplicaciones . 432

C.11.4. Propagación de error del inverso . . 434

C.11.5. Propagación de error en la división 434

C.11.6. Propagación de error de la función logarítmica . 435

C.11 . 7. Propagación de error en las exponenciales . . 436

C.11.8. Propagación de error con la función potencial 436

C.12. Minimización de errores aleatorios . . . . . 440

C.13. Criterio de rechazo de valores discordantes 442

C.13.1. Método clásico . 442

C.13.2. Método de Dixon 443

C.14.Procedimientos para disminuir los errores determinados . . . . . . . . . . . . . . . . . 445

C.15. Correlación de datos experimentales

Bibliografía

Índice alfabético

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455

461