Tratamiento de Aguas - Presentación PDF

UNIVERSIDADNACIONAL MAYOR DESAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA e INGENIERIA AGROINDUSTRIAL CURSO Tratamiento de aguas Oscar Cornejo Sánchez...

UNIVERSIDADNACIONAL MAYOR DESAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA e INGENIERIA AGROINDUSTRIAL CURSO Tratamiento de aguas Oscar Cornejo Sánchez DepartamentoAcadémico de Procesos. UNMSM PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA : El agua contiene: A. Diferentes tipos de b. Substanciasinorgánicas: microorganismos patógenos: principalmente ácidos, sales, metales Bacterias virus protozoos, etc. tóxicoscomo el mercurio el plomo etc. producen enfermedades como, Disminuyen el rendimiento agrícola hepatitis, gastroenteritis, tifus, producen corrosión en los equipos y cólera etc. Debido heces y enfermedades en losseres vivos restos orgánicos de las personas infectadas. Elagua debe de tener cero colonias por ml. de agua. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA El agua contiene: d. Sustanciasreactivas: son isótoposradiactivos solubres C Partículasen suspensión: que se acumulan a lo largo arrastradaspor lasaguas, es de la cadena trófica. provoca la turbidez del agua. f. Compuestos orgánicos: e. Contaminación térmica: formados por moléculas orgánicas producida por el agua como petróleo, gasolina, plásticos, caliente liberada por las plaguicidas, disolventes, detergentes centrales de energía y por etc. difíciles de degradar por los lasdiferentesindustrias. microorganismos asimismo son persistentes. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO) Esla cantidad de oxígeno que se consume en mg O2/L por procesos bioquímicos durante la degradación de ingredientes orgánicos. Importante instrumento en la Se expresa en partes por determinación de la influencia de aguas residuales domésticas y millón (ppm) de oxígeno. aguas residuales industriales sobre depuradoras y cauces de evacuación. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA La DBO se debe a: a- Materia orgánica Carbonosa b- Compuestos reductores usada como fuente de químicos, como sulfitos,sulfuros alimentación por los organismos y el ión ferroso que son aerobios, Cuando estos desechos oxidados por Oxígeno disuelto. se encuentran en exceso agotan el oxígeno del agua c-Nitrógeno oxidable derivado de nitritos, amoníaco y compuestos de nitrógeno orgánico, que sirven de sustrato para bacterias específicas del género Nitrosomas y Nitrobacter, que oxidan el Nitrógeno amoniacal en nitritosy nitratos. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO) Agua potable 0.75 a 1.5 ppm Agua poco 5 a 50 ppm Se expresa en partes contaminada por millón (ppm) de Agua potable negra 100 a 400 ppm oxígeno. municipal Residuos industriales 500 a 10000 ppm PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO a. Métodos de dilución Consisten en diluir el agua residual con agua saturada de oxígeno disuelto (OD), a la que se le han añadido sales y nutrientes, (fig.1) y determinar la cantidad de oxígeno que resta al final del ensayo, ya sea por vía instrumental, electrodo selectivo de oxígeno (fig.2) o por vía química, método de Winkler. Figura 1 PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO Figura 2 PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO b. Método de Winkler El oxígeno disuelto (OD) en el agua, oxida una cantidad equivalente del precipitado de hidróxido manganoso. En medio ácido, y en presencia de iones yoduro, el manganeso (Mn) oxidado revierte a reducido, con una liberación de yodo equivalente al contenido original de OD. Posteriormente se valora el yodo con una solución patrón de tiosulfato. Botella de winkler PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO Método electrodo selectivo de oxígeno Estos respirómetros a volumen constante incluyen electrodos sensibles al oxígeno, los cuales registran el descenso de la concentración de O2 disuelto en una solución acuosa (inicialmente saturada de O2) contenida en una cámara hermética. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO Respirómetro Es un instrumento que consiste en un pequeño reactor biológico que sirve para medir velocidades de respiración aerobia de una población microbiana en determinadas condiciones. El respirómetro determina la cantidad de oxígeno consumido por unidad de tiempo y de Respirómetro de Warburg volumen. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO Respirómetro de Warburg Es un sistema totalmente cerrado donde se introduce la muestra biológica y en donde a medida que se consume el oxígeno se va produciendo una depresión que se mide por un manómetro (por la diferencia en la altura del líquido manométrico en ambas ramas del manómetro). PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO Respirómetro Wincler PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Métodos de medición de la DBO Respirómetro PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO En una curva típica de DBO, como la de la figura 3.2, se Matemáticamente: observan dos etapas: la primera corresponde a una reacción de primer orden mientras que la segunda describe el efecto de la dL/ t =- KLt nitrificación. En la primera etapa, la tasa de oxidación está controlada por el alimento disponible. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO dL/ t =- KLt PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO Y después de integrar, cambiar de base y despeja se obtiene: En donde: y : DBO ejercida en el tiempo t, mg/L L : DBO remanente para t=0, DBO última o DUO, mg/L k : constante de la tasa de oxidación, base decimal, d-1 t : tiempo, d PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO El valor de k se determina a partir de lecturas diarias de DBO en el laboratorio, las cuales se ajustan por los métodos de Thomas, Moore, Para el cálculo de las diluciones, se Tsivoglous, mínimoscuadrados, etc. consideran confiables aquellas en las cuales el abatimiento del oxígeno disuelto sea mayor de 2,0 mg/L, siempre y cuando el oxígeno disuelto final sea superior a 1,0 mg/L. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO El cálculo se puede hacer mediante la siguiente expresión: mg / L DBO = [(ODT - ODF)V]/ M – (ODT-ODI) En donde: ODT: oxígeno disuelto final del testigo, mg/L ODF : oxígeno disuelto final de la muestra diluida, mg/L ODI = oxígeno disuelto inicial de la muestra sin diluir, mg/L V : volumen de la botella, ml M = volumen de muestra, ml PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO Para el cálculo de la demanda de oxígeno por nitrificación seutilizan las siguientes ecuaciones: PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO Para el cálculo de la demanda de oxígeno por nitrificación se utilizan las siguientes ecuaciones: o globalmente: bacterias NH3 +2O2 ----------- — > NO3+ + H+ +H2O nitrificantes PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Formulación matemática determinación experimental de la de DBO Para el cálculo teórico de la DBO se puede utilizar la siguiente ecuación: PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Demanda química de oxígeno DQO La DQO a diferencia de la demanda bioquímica Utiliza oxidantes químicos de oxígeno (DBO) fuertes como el dicromato determina (K2Cr2O7) permanganato adicionalmente sustancias (K2MnO4) orgánicas no degradables. La materia orgánica en condiciones La DQO de un agua residual essuperior a la DBO. naturalespuede ser biodegradada lentamente y es oxidada a CO2y H2O mediante un proceso lento PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Demanda química de oxígeno DQO Este proceso oxida casi todos loscompuestos orgánicos en gas carbónico (CO2) y en agua. La Losresultadosse obtienen en 3 horas reacción es completa en másde 95 %de loscasos. PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Calidad del Agua La calidad de los análisis realizados es de suma importancia, de ahí que sea conveniente comprobar su veracidad. Esto se puede realizar teniendo en cuenta lo siguiente: PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Calidad del Agua 2. La concentración de cationes de sodio y potasio, por lo común, en los análisis se asume igual a la diferencia entre la suma de todos los aniones (An) y la suma del resto de los cationes: [Na+] +[K+] =ƩAn -([Ca+2] +[Mg+2] +[Fe+2] +...) PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Calidad del Agua 3. El valor de la dureza total debe ser igual a la suma de las concentraciones de calcio y de magnesio expresadas en miliequivalente por litro: Dureza total = [Ca+2] + [Mg+2] 20,04 12,16 PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Calidad del Agua 4. La concentración del ion bicarbonato HCO3-, expresada en miliequivalente por litro, debe ser: para D > M, [HCO3-] = Dc =M para D < M, [HCO3-] =M D = Dc DNC =0 PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Ejemplo Una muestra de agua presenta el siguiente análisis: calcio = 86 mg/L, magnesio = 27 mg/L, sodio = 13 mg/L, potasio = 8 mg/ L, bicarbonatos = 146 mg/L, sulfatos = 215 mg/L y cloruros = 173 mg/L. Determinar la dureza total, la dureza carbonácea y la dureza no carbonácea del agua. Solución: La dureza total de esta agua es causada por calcio y magnesio, cuyos equivalentes-gramo son 20 g/Eg y 12,2 g/Eg, respectivamente. Por tanto: PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Equivalentes como CaCO3: Dureza total = 215 + 111 = 326 mg/L-CaCO3 La alcalinidad está dada por los bicarbonatos, cuyo Eg es 61: Alcalinidad total = = 120 mg/L-CaCO PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA La alcalinidad es menor que la dureza total, entonces: Dureza carbonácea = 120 mg/L-CaCO3 Dureza no carbonácea = 326 -120 = 206 mg/L-CaCO3 PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Ejemplo Los resultados del análisis de un agua son: nitrógeno orgánico = 12,0 mg/L-N, nitritos = 2,4 mg/L-N, nitratos = 3,9 mg/L-N, nitrógeno amoniacal = 8,3 mg/L-N, DBO después de siete días de incubación = 326 mg/L. Suponiendo k = 0,16/d, determinar la DBO estándar, la DBO última carbonácea y la DBO última combinada. Solución: PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ  UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA De las ecuaciones de nitrificación se tiene: a) mg/l de nitrógeno de nitritos que requiere mg/L de O2 : PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA a) mg/l de nitrógeno amoniacal que requiere mg/LO2: PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA Por lo que la demanda de oxígeno por nitrificación es: DON = (12,0 + 8,3) x 4,57 + 2,4 x 1,14 = 95,5 mg/L-O2 y la DBO última combinada es: DUO combinada = 352,8 + 95,5 = 448,3 mg/L-O2 PROF. OSCAR A. CORNEJO SÁNCHEZ