TALLER CONTAMINACION Y CONTROL DE AGUAPREPARADO POR ING. GABRIEL ANTONIO CAMPO DAZA, ESP.

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTALUNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

1. En una ciudad de 100000 personas, contribuye, con un caudal percapita de 650 L/d y una carga percapita de 135 gr/d de DBO.

a) Determinar la rata de flujo m3/s y la carga másica en mta, generada por la población.

b) Determinar la concentración de DBO del agua residual en mg/L

Solución

Q= 650 L/d

W= 135 gr /d

Procedemos a multiplicar el Q y W POR 100000 entonces queda:

Q= 65000000 L/d

W= 13500000 gr /d

a)

Q= 65000000 L/d * ( 1 m31000 L ) *( 1 d

24 h )*( 1 h3600 s )= 0,7523 m3¿ s

W= 135 gr /d * * ( 365 d1 Año ) *( 1 Ton

1000000 gr )= 4927, 5 mta

b)

W= c*Q

C= (WQ )=( 4927 Ton / A ñ o

0,7523 m3 /s ) = 6549,91( Ton∗sm3∗A ñ o )

6549,91Ton∗s

m3∗Año∗( 1 dia

86400 s )∗( 1 Año365 dia )∗(1000000 gr

1Ton )∗( 1000 mg1 gr )∗( 1m 3

1000 l )= 207, 6963 (mg

l )

C= 207, 6963 ppm

2. En los años 70 el lago de Michigan tenía una carga total de fosforo de 6950 mta y una concentración en el lago de 8 µg/l (chapra y sonzogni 1979).

a. Determinar el factor de asimilación del lago en (km3/año).

b. Cuál es la carga másica requerida para bajar los niveles de lago a 5 µg/l.

Solución:

WP = 6950 mta

CLP = 8 μg/L

a) Factor de asimilación en Km3 / año

C=1a

W Despejando a a nos queda a= 1C

W

a= 18 μg / L

∗6950 Ton/año = 868.75 Ton∗laño∗μg

868.75Ton∗L

año∗dia *( 106 μg1 g ) = 868750000

Ton∗Laño∗g

868750000 Ton∗Laño∗g * ( 1000000 g

1Ton ) = 8.6875 x 1014 L

año

8.6875 x 1014 L

año ( 1 m3

1000 k ) = 8.6875 x 1011 m3

año

8.6875 x 1011 m3

año ( 1 m3

1000000000 m3 )

a = 868.75 km3

año

b)

C2=1a1

W 1 C2=1a2

W 2

El factor de asimilación es el mismo porque es el mismo lago. a1=a2

a1=WC1

a2=WC2

W 1

C1

= W 2

C2

W 2=C2

C1

W 1

W 2=5 μg/ L8 μg /L

∗6950 mta W2= 4343, 75 mta

3. Una fuente de agua entra a un rio como lo muestra la figura 1.5

a. Cuál es la rata del flujo en m3/s (cms).

b. Si la mezcla ocurre instantáneamente cual es el resultado en ppm.

River

Ac= 100 ft2

U= 1 fps

c = 200 ppb 200 mgm3

* 1 g

1000mg = 0, 2 ppm cR= 0, 2 ppm

QR= U*Ac= 1fts

* 100 ft2 = 100 ft 3s

Q= 100 ft 3s

QR= 100 ft 3s

* 1 m3

35,3147 ft 3 = 2,831682

m3s

QR= 2,831682 m3s

Waste source

Qw= 10 MGD = 10*106 galdia

* 0,00379 m3

1 gal *

1dia24 h

* 1 h

3600 s = 0,438657407

m3s

Qw= 0,438657407 m3s

CF = 2 ppm

a) QF = QR + Qw

QF = 2,831682 m3s

+ 0,438657407 m3s

QF = 3, 271 m3s

b)

QF*cF = Qw*cw + QR*cR

CF = Q w∗c w+Q R∗c R

Q F =

(0,438657407 m3 /s ) (2 ppm)+(2,831682 m 3/s ) (0 ,2 ppm )3 , 271m 3/ s

= 0, 441 ppm

CF = 0, 441 ppm

4. Se realizó una serie de experimentos por lotes y llegar a los siguientes datos:

Determinar el orden (n) y la tasa (k) de la reacción subyacente.

Solución:

Se realizó una serie de experimentos por lotes y llegar a los siguientes datos:

Determinar el orden (n) y la tasa (k) de la reacción subyacente.

T C Ln c 1/c

0 10,5 2,35137526 0,09523812 5,1 1,62924054 0,19607843

4 3,1 1,13140211 0,32258065

6 2,8 1,02961942 0,35714286

8 2,2 0,78845736 0,45454545

10 1,9 0,64185389 0,52631579

0 2 4 6 8 10 120

2

4

6

8

10

12

f(x) = − 0.742857142857143 x + 7.98095238095238R² = 0.729758906081324

t vs c

cLinear (c)

0 2 4 6 8 10 120

0.5

1

1.5

2

2.5

f(x) = − 0.159596272664943 x + 2.05997279198125R² = 0.890822771354311

t vs lnc

lncLinear (lnc)

0 2 4 6 8 10 120

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

f(x) = 0.0423621678954033 x + 0.113506039345305R² = 0.983241512206039

t vs 1/c

1/cLinear (1/c)

Para la gráfica t vs c R² = 0,7298Para la gráfica t vs ln c R² = 0,8908Para la gráfica t vs 1/c R² = 0,9832

El que más se acerca a 1 es el R2 de la gráfica t vs 1/c, por ende la reacción es de orden 2 y la constante K será igual a m, es decir, K= 0,0424.

5. Para el estudio de la fotodegradación de bromo acuoso, se disuelve una pequeña cantidad de bromo líquido en el agua, la colocó en un frasco transparente, y expuesto a la radiación solar. Los datos obtenidos fueron los siguientes:

Determinar si la reacción es cero, por un lado, o de segundo orden y estimar la velocidad de reacción.

Solución:

Al realizar los cálculos correspondientes para una reacción de orden 0 y de orden 2, se obtiene:

T C 1/c

10 3,52 0,28409091

20 2,48 0,40322581

30 1,75 0,57142857

40 1,23 0,81300813

50 0,87 1,14942529

60 0,61 1,63934426

Graficando los valores hallados se tiene:

Para C:

0 10 20 30 40 50 60 70

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

f(x) = − 0.0568571428571429 x + 3.73333333333333R² = 0.941322540619261

c

cLinear (c)

Donde R2 = 0,9413

Para 1/C

0 10 20 30 40 50 60 70

00.20.40.60.8

11.21.41.61.8

f(x) = 0.0264469850496792 x − 0.115557315621472R² = 0.940117087620984

1/c

1/cLinear (1/c)

Donde R2 = 0,9401

A partir de estos resultados, se elige el valor de R2 mas aproximado a la unidad, es decir, R2

= 0,9413 en C. Por tanto la reacción es de orden 0, donde K= -0,0569 entonces la velocidad de reacción será: V=K V= 0,0569

6. En 1828 Friedrich Wöhler descubrió que el cianato de amonio sal inorgánica (NH4OCN) se pueden convertir en el compuesto orgánico urea (NH2CONH2), como en La prueba de que esta reacción se produjo marcó el comienzo de la Moderna orgánica y Bioquímica. Un investigador ha informado de los siguientes datos para un experimento inicial que contiene una solución pura de cianato de amonio:

Determinar el orden y la velocidad de la reacción.

Solución:

Luego de realizar los cálculos correspondientes en Excel:

Al

graficar:

T c lnc 1/c

0 0,381 -0,9649559 2,62467192

20 0,264 -1,33180618 3,78787879

50 0,18 -1,71479843 5,55555556

65 0,151 -1,89047544 6,62251656

150 0,086 -2,45340798 11,627907

Para C:

0 20 40 60 80 100 120 140 160

00.05

0.10.15

0.20.25

0.30.35

0.40.45

f(x) = − 0.00175926756352765 x + 0.312678251121076R² = 0.798135097829004

c

cLinear (c)

Donde R2 = 0,7981

Para 1/C

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0

2

4

6

8

10

12

14

f(x) = 0.0602188922297862 x + 2.61122910139828R² = 0.999689522161139

1/c

1/cLinear (1/c)

Donde R2 = 0,9997

Para Ln C

0 20 40 60 80 100 120 140 160

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

f(x) = − 0.00949236486612643 x − 1.1300239891666R² = 0.944978926701201

lnc

lncLinear (lnc)

Donde R2 = 0,945

A partir de los resultados obtenidos se dice que la reaccion es de orden dos con un R 2= 0,9997 y un K = 0,0602. Por tanto la velocidad de reaccion es:

V=K ¿

V=0,0602¿

7. Un estanque con flujo de entrada única tiene las siguientes características:

Profundidad media = 3 m

Superficie = 2x10⁵ m²

Una subdivisión de viviendas de 1.000 personas descargaran sus aguas residuales no tratadas a este sistema. Cada persona aporta alrededor de 150 gal/hab.día de aguas residuales y 0.25 lb/hab.día de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).

A. Determine la concentración de DBO en el agua residual en mg/l

B. Si la DBO decae a una tasa de 0.1/día y se mantiene a una velocidad de 0.1m/día,

calcule el factor de asimilación para el estanque antes de su división. ¿Cuáles de los mecanismos depuradores son más efectivos? Lístelos en orden decreciente de eficiencia

C. Calcule la función del factor de transferencia antes de la subdivisión

D. Determine la concentración en estado estacionario para el lago con y sin la subdivisión

Solución:

a. Primero se calcula la concentración de DBO en el agua residual a partir de los siguientes datos:

Profundidad media = 3 m

Superficie = 2x10⁵ m²

Q= 150 gal

hab∗dia

Q=1000 hab∗150gal

hab∗dia

Q=150000gal

hab∗dia∗0,003785

m3

1 gal

Q = 567.75 m3

hab∗dia

Entonces para WDBO

WDBO = 0.25 Lb/hab día

W DBO=0,25Lb

hab∗día∗1000 hab

W DBO=250Lb

hab∗día∗(453.592

g1 Lb )=

= 13398 g∗(1000mg1 g )

WDBO = 113398000 mg/día

V=A∗h V=2 x 105m2∗3 m

V = 600000 m³

Luego, como es sabido W =Q∗C entonces despejando C se tiene:

CDBO=113398000

mgdía

567.75 m ³/habdía=199732.2765 mg /m ³

CDBO=199732.2765mgm3 ×

0.001 m3

1 L=199.7322765 mg / L

b. Para el cálculo del factor de asimilación para el estanque antes de la asimilación se utilizan los siguientes datos:

Superficie = 2x10⁵ m²

Profundidad media = 3 m

K= 0.1/día

U = 0.1 m/día

Q=150gal

hab∗día∗0,003785

m3

1 gal

Q=0,56775m3

hab∗dia

V=600000 m³

Al realizar el balance se tiene que:

Vdcdt

=w ( t )−QC−KVC−UAC

C=1a

w

0=w ( t )−QC−KVC−UAC0=w ( t )−C (Q−KV −UA )

w=C (Q+KV +UA )

C= wQ+ KV +UA

a=Q+KV +UA

a=(0.56775m3

hab día)+(( 0.1día)(600000 m ³))+((0.1

mdía )(2 x10⁵ m ²))

a=80000.56775m3

hab . día

c. Para la función del factor de transferencia antes de la subdivisión se utilizan los siguientes datos:

Q=150gal

hab∗día∗0,003785

m3

1 gal

Q=0,56775m3

hab∗dia a=80000.56775

m3

hab . día

Dado que β=Qa

Entonces, β= 0.56775 m ³ /hab día

80000.56775m3

hab .día

=7 ×10−6

Puesto que β << 1 se entiende que la capacidad de asimilación del estanque es alta y por tanto los contaminantes serán degradados con rapidez.

8. Un lago tiene las siguientes características:

Volumen=1x10^6 m^3

Area Superficial=1x10^5 m^2

Tiempo de residencia =0,75 años

Una solución de plaguicidas introducido al lago a una rata de 10x10⁶ mg/año. La concentración en el lago es de 0.8µg/l.

A. Determine la concentración de entrada (asuma que la concentración de entrada = concentración de salida).

B. Determine la función de transferencia.

C. Si los mecanismos de eliminación (que no sea lavado) es volatilización, calcule el flux de salida del plaguicida en la superficie y la atmósfera del lago

D. Exprese el resultado de la parte c como una velocidad de volatilización

9. Determinar la distribución estable de un contaminante k=0,1 d^-1 para x=0 a 32 Km note que la concentración del en el rio aguas arriba de la distribución la carga inicial es de 5 mg/l hasta que punto aguas abajo el sistema retorna a 5mg/l

10. Una corriente recibe un punto y una fuente difusa como se muestra en la figura.

Las condiciones cuando x=0 c=10mg/l si el contaminante decae a una rata de 0,2 d^-1 determinar la concentración estable en el punto A, B y C.

11. Se tomaron las siguientes medidas por debajo de un emisario de plantas de aguas residuales que se encuentra a nivel del mar

a. Calcular la constate de desoxigenación y la constante de reaireación.

12. Determinar los perfiles de DBO y oxígeno disuelto para la secuencia siguiente del nivel del mar.