Modelacion d contaminantes en el agua

Universidad Tecnológica de Tabasco[pic 1]

División de Química

Ingeniería en Tecnología Ambiental

3º B

Facilitador: Juan Ismael Ledesma Herrera

Asignatura: Modelacion de Contaminantes

Alumna: Lendy Fabiola Arias Cruz

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Villahermosa, Tabasco

29 de junio de 2021

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Existe una escala de calidad del agua con base a la DB05:

Donde:

• El agua de buena calidad es aquella que cuenta con bajo contenido de materia organica biodegradable.
• El agua aceptable es la que cuenta con indicios de contaminación, aguas superficiales con capacidad de autodepuración o con descargas de aguas residuales tratadas biológicamente.
• El agua contaminada, aguas superficiales con descargas de aguas residuales crudas, principalmente de origen municipal.
• Fuertemente contaminada, aguas superficiales con fuerte impacto de descargas de aguas residuales crudas municipales y no municipales.

Esta demanda de oxígeno la ejercen tres clases de materiales: carbonatos, nitrogenados y ciertos compuestos químicos reductores.

El método se basa en medir la cantidad de oxigeno que requieren los microorganismos para efectuar la oxidación de la materia organica presente en aguas naturales y residuales y se determina por la diferencia entre el oxigeno disuelto inicial y el oxigeno disuelto al cabo de los 5 días de incubación a 20ºC.

Para la determinación de la DBO5 se emplea la metodología propuesta en la NMX-AA-028-SCFI-2001 ANÁLISIS DE AGUA - DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS NATURALES, RESIDUALES (DBO5) Y RESIDUALES TRATADAS - MÉTODO DE PRUEBA. Mientras que para la determinación del oxigeno disuelto se puede emplear cualquiera de los dos métodos propuestos en la NMX-AA-012-SCFI Análisis de agua - Determinación de oxígeno disuelto en aguas naturales, residuales y residuales tratadas - Método de prueba.

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La concentración de este elemento es resultado del oxígeno que entra en el sistema y el que se consume por los organismos vivos. La entrada de oxígeno puede estar provocada por muchas fuentes, pero la principal es el oxígeno absorbido de la atmósfera. Este oxigeno se disuelve con facilidad hasta que el agua se satura. Una vez disuelto, se difunde lentamente y su distribución depende del movimiento del agua. Este proceso es natural y continuo, de modo que continuamente existe intercambio de oxígeno entre el agua y el aire.

La dirección y velocidad depende del contacto entre ambos. Un agua turbulenta, un torrente de montaña o un lago con oleaje tendrá mayor absorción ya que la superficie del agua está expuesta al aire. Las aguas estancadas retienen y absorben menos oxígeno. Las plantas también juegan un papel fundamental, ya que durante el día captan dióxido de carbono convirtiéndolo en oxígeno.

En la NMX-AA-012-SCFI-2001 se establecen dos métodos de prueba para la determinación de oxígeno disuelto en aguas naturales y residuales utilizando las técnicas de azida modificada y la electrométrica.

En el método electrométrico los electrodos de membrana sensible al oxígeno ya sean galvánicos o polarizados están constituidos por dos electrodos de metal en contacto con un electrolito soporte, separado de la disolución de muestra por medio de una membrana selectiva.

En el cátodo, que usualmente es oro o platino, ocurre la reducción del oxígeno mientras que en el ánodo ocurre la oxidación del metal (plata o plomo). La diferencia básica entre el sistema galvánico y el polarizado es que en el primero la reacción en el electrodo ocurre espontáneamente, mientras que en el segundo es necesario aplicar un potencial externo para polarizar el electrodo indicador.

Generalmente se utilizan membranas de polietileno y fluoro carbón que son permeables al oxígeno molecular y relativamente rugosas.

En el método del azida de sodio se adiciona una disolución de manganeso divalente y una disolución alcalina yoduro-azida de sodio a una muestra de agua contenida en un frasco de vidrio que debe permanecer cerrado.

El oxígeno disuelto, OD, oxida al hidróxido de manganeso disuelto, en cantidad equivalente, para producir un precipitado de manganeso con valencia más alta. Se acidifica la muestra y los iones yoduro reducen al manganeso a su estado divalente produciéndose yodo equivalente al contenido de OD original. El yodo se titula con una disolución normalizada de tiosulfato de sodio. El punto final de la valoración se detecta visualmente con un indicador de almidón.

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A medida que la concentración de oxígeno disminuye, el oxígeno que hay en la atmósfera entra en el agua. Al principio, el ritmo al cual el oxígeno es consumido por los organismos heterótrofos es mayor que el ritmo al cual el agua se reoxigena.

Este ritmo de re-oxigenación es proporcional al déficit de oxígeno en el agua, en relación con la concentración de oxígeno disuelto a saturación. Más aguas abajo, a medida que la materia orgánica es degradada, el ritmo de consumo de oxígeno se hace más pequeño. También el déficit de oxígeno se hace mayor, y por tanto, crece el flujo de re-oxigenación. Llega un punto en que los ritmos de consumo de oxígeno y re-oxigenación se hacen iguales.

Es el punto ‘crítico’, en que los niveles de oxígeno en agua son mínimos. Aguas abajo de este punto, los procesos de re-oxigenación dominan a los procesos de descomposición/consumo de oxígeno y la concentración de oxígeno disuelto vuelve a aumentar. Esta última zona se conoce como zona de recuperación. Representa la evolución del oxígeno aguas abajo de un punto de vertido.

El déficit de oxígeno (mg/l) es igual a la concentración de saturación C3 (mg/l) menos la concentración actual C (mg/l).

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En la siguiente grafica muestra la curva del resultado del efecto combinado de la desoxigenación y la recuperación. La curva de desoxigenación es la curva de la DBO, la cual comienza con un máximo y va disminuyendo hasta llegar a casi cero.

 La recuperación comienza con velocidad cero, se considera que al principio la corriente esta saturada de oxígeno; la velocidad de la recuperación es siempre proporcional al déficit, la velocidad se incrementa con aumento al déficit.

Conforme la desoxigenación y la reaireacion se levan a cabo, se tiene un punto mínimo en la concentración de oxígeno disuelto, después del cual la reaireacion es el factor dominante y el déficit decrece.[pic 7]

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El coeficiente de desoxigenación es la tasa con la que se consume el oxígeno por parte de los microorganismos para degradar la materia orgánica, es decir la demanda bioquímica de oxígeno carbonácea. La constante de desoxigenación se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

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Donde:

• dL/dt: tasa de oxigenación de la materia organica.
• L: materia organica remanente en el tiempo (mg/l)
• K1: coeficiente de desoxigenación carbonácea (d-1)

Esta constante determina de que manera se comporta la DBO en el tiempo, en ella interfieren diversos factores, entre ellos la temperatura, la geometría, la concentración de OD y la materia organica. Entre los métodos matemáticos mas importantes para el calculo de la constante estan el algorítmico, los momentos de Moore, Thomas, entre otros.

El cálculo del coeficiente (K1) se obtiene por medio de la siguiente ecuación con base en los datos históricos de velocidad, caudal, distancia y DBO.

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  Donde:

K1= Constante de desoxigenación (d-1)

V = Velocidad media del río (m/s)

Q1= Caudal estación aguas arriba (m3/s)

Q2= Caudal estación aguas abajo (m3/s)

L1= Concentración de DBO estación aguas arriba (mg/l)

L2= Concentración de DBO estación aguas abajo (mg/l)

X1= Distancia estación aguas abajo (m)

X2= Distancia estación aguas arriba (m)

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