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• Karina Carrión Dolmos

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TALLER N 01 EVALUACION DE CONTAMINACION DE RIOS En el sistema que se presenta, la ciudad “B” captará las aguas del río con fnes de abastecimiento

Q río = 3 m3/s

Características del Sistema

RIO (r) Q río = 3 m3/s

A.R. Ciudad A (d)

0

350 mg/l

-

1.46

Cs

0

CF (N)

0

Temperatura (T) Elevación (E)

26°C

1x1011 NMP CF/100 ml 26°C

1300 msnm

1300 msnm

Caudal Mínimo DBO5 (N) Factor de corrección para DBO última OD (N)

350 l/s

Se pide determinar la longitud de mezcla (Lm) y si con las descargas de aguas residuales de la Ciudad A se afectará el uso de la Ciudad B considerando que en el punto de captación el río es considerado como Clase III (según la ECAs Agua). De sobrepasar los niveles de calidad permisible para un río Clase III cuál o cuáles deben ser las eficiencias de remoción en términos de DBO5 y Coliformes Fecales de

la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales -PTAR- a exigirse a la Ciudad A para que cumpla con las normas. El rio tiene 10 m de ancho (b) promedio y la determinación se ha realizado a 0.80 m debajo (H) de la superficie del río. Es decir: b = 10 m y H = 0.80 m.

SOLUCION A) Cálculo de la longitud de mezcla completa: Lm = aUB2/H (Considerar velocidad = 0.30 m/seg y profundidad promedio igual a 2.5m). Para descarga lateral: Lm = 8.5 x (0.23) x (10)2/2.5 = 102 m

B) Cálculo de concentración de contaminantes orgánicos: 1) CASO DE LA CARGA BACTERIAL PATOGÉNICA: 1.a) Concentración de CF en el punto de mezcla A (No): Balance de Masas: (Qd x Nd) + (Qr x Nr) = (Qd + Qr) No

No = (Qd x Nd) + (Qr x Nr)…(1) (Qd + Qr) Donde: Qd = caudal de la descarga (m3/seg) Qr = caudal mínimo del cuerpo de agua (m3/seg) Nd = concentración del contaminante en la descarga Nr = concentración del contaminante en el cuerpo de agua

No = (0.35 m3/s x 1011) + (3.0 m3/s x 0) = 1.04 x 1010 NMP CF/100 ml (0.35 m3/s + 3.0 m3/s)

1.b) Concentración de CF en el punto B (50 km aguas debajo de la descarga): Cuando el sistema está a 20°C:

Nx = No e – (Kb . X . HCF/U)…2) Donde: X = distancia de recorrido del contaminante entre ciudad A y ciudad B = 50 Km HCF = tasa de perdida de sustancia contaminante = 0.4 a 0.7 (para este caso asumimos 0.5) U = velocidad promedio del agua del cuerpo receptor = 20 Km/d = 0.30 m/s Kb = inversa del tiempo de perdida de concentración del contaminante = 0.8 (1/días) = 0.8 d-1 (a T = 20ºC). Como el sistema está a 26°C, se tiene que aplicar el factor de corrección siguiente:

Kbt = Kb20° x 1.07(T-20)…(3) Reemplazando valores en (3), obtenemos: Kbt = 0.8 x 1.07 (26-20) = 1.2 d-1 Reemplazando valores en (2), obtenemos que la concentración de CF en el punto B, es de: Nx = 1.04 x 1010 e – (1.2 x. 50 x 0.5/ 30) =4.5 x 109 NMP CF/100 ml

Según Norma, para cursos de agua Clase III el LMP es de 4000 NMP CF/100 ml, por lo que aplicando nuevamente la formula (2), obtenemos que la concentración de CF en punto B debe ser, como máximo, de: 4000 = N’o x e – (1.2 x. 50 x 0.5/ 30)

N’o = 1.5 x 103 NMP CF/100 ml

Aplicando la Formula (1), obtenemos que la concentración máxima de CF en el punto A es de: 1.5 x 103 = (0.35 m3/ s x N’d) + (3 .0 m 3/s x 0) ml (0.35 m3/s + 3.0 m3/s)

Q = 350 lps N = 1.04x1010 NMP CF/100 ml

N’d = 1.4 x 104 NMP CF/100

Eficiencia mínima requerida = 1.04x1010 - 1.4 x 104 x 100 = 99.9 % PTAR

1.04x1010

N’d = 1.4 x 104 NMP CF/100 ml

2) CASO DE LA CARGA ORGÁNICA:

DBO última = DBO5 x f… (4) Reemplazando valores: DBO última = 350 mg/l x 1.46 = 511 mg/l Concentración de DBO en el punto de mezcla A: Aplicando Formula (1): Lo = (0.35 m3/s x 511) + (3.0 m3/s x 0) = 53.39 mg/l (0.35 m3/s + 3.0 m3/s)

Concentración de DBO en el punto B (50 km aguas debajo de la descarga):

Lx = Lo e – (Kr . X . HCF/U)… (5) Donde: Lx = DBO a 50 Km, aguas abajo, de la descarga HCF = 0.4 a 0.7 (para este caso asumimos 0.5) Kr = 0.3 (1/días) = 0.3 d-1 para T = 30°C Realizando la corrección de Kr por diferencia de temperatura:

Kr26°C = Kr26°C x 1.047(T-20)… (6) Reemplazando valores en (6), obtenemos:

Kr26°C = 0.3 x 1.047(26-20) = 0.40 d-1 Entonces, reemplazando en formula (5): Lx = 53.39 e – (0.40 . 50 . 0.5/30) = 38.26 mg/l (DBO última) Reemplazando datos en fórmula (4): DBO5 = DBO última/ 1.46 = 38.26/1.46 = 26.21 mg/l Pero, según Norma, el LMP de DBO5 es igual a 5 mg/l. Entonces, aplicando formula (4): Lx = 5 x 1.46 = 7.3 mg/l (que sería la DBO en punto B, a 50 Km aguas debajo de la descarga) Calculo de la DBO en punto A, es decir en la mezcla, se reemplaza en formula (5): 7.3 = L’o x e – (0.40 . 50 . 0.5/30)

L’o = 10.14 mg/l

Aplicando fórmula (1): 10.14 = (0.35 m3/s x L ’d) + (3.0 m3/s x 0) (0.35 m3/s + 3.0 m3/s)

L’d= 101.4 mg/l (en el agua residual)

Aplicando formula (4) obtenemos que DBO5d’ = 101.4/1.46 = 69.46 mg/l Q = 350 lps DBO5 = 350 mg/l

Eficiencia mínima requerida = 350 - 69.46 x 100 = 80.15 % PTAR

350

DBO5d’ = 69.46 mg/l

3) CASO DEL OXIGENO DISUELTO: Las aguas de escorrentía en contacto con el aire se oxigenan, con un nivel de concentración de oxígeno disuelto a saturación, que dependen principalmente de: a) La presión parcial del oxígeno b) La temperatura c) La salinidad del agua En las aguas contaminadas, la concentración de oxígeno disuelto alcanza un valor bajo en equilibrio con su utilización con la fora microbiana y el aporte con el contacto con el aire. Para agua con sales, la concentración de oxígeno disuelto a saturación, C*, en un agua en equilibrio con el oxígeno del aire a 1 atmósfera de presión, esta expresada por las siguientes formulas empíricas: Cálculo de Cs considerando la temperatura del sistema (T = 26°C):

Cs = 14.652 – 0.41022 T + 0.007991 T2 – 0.000077774 T3… (7) Reemplazando valores, tenemos: Cs = 14.652 – 0.41022 (26) + 0.007991 (26)2 – 0.000077774 (26)3 = 8.02 mg/l - Cálculo de la Presión Atmosférica de Campo, en mmHg:

P = 760 e (-E/8005)… 8)

Reemplazando valores: P = 760 e (-1300/8005) = 646.08 mmHg - Cálculo de la Presión de Vapor de agua a T=26°C, en mmHg:

Pv = e (1.52673 + 0.07174 T + 0.000246 T2)... (9) Reemplazando valores: Pv = e (1.52673 + 0.07174(26)T + 0.000246(26)2 = 35.10 mmHg - Cálculo de la Csa:

Csa = Cs x (P – Pv)/ (760-Pv)… (10) Reemplazando valores: Csa = 8.02 x (646.08 – 35.10)/ (760 – 35.10) = 6.76 mg/L - Cálculo de la tasa de reareación:

Ka = 3.95 U1/2/H3/2… (11) Reemplazando valores: Ka = 3.95 (0.30)1/2/(0.8)3/2 = 3.02 d-1

KaT = Kd20°C 1.024(T - 20)… (12) Reemplazando valores: Ka26°C = 3.02 x 1.024(26 - 20) = 3.48 d-1 - Cálculo del Oxígeno Disuelto de la mezcla (punto A): Aplicando formula (1): ODo = (0.35 m3/s x 0) + (3.0 m3/s x 6.76) = 5.51 mg/l (0.35 m3/s + 3.0 m3/s)

- Cálculo del déficit de Oxígeno Disuelto inicial:

D = Csa – OD… (13) Défcit de OD en la mezcla: Do = Cs - ODo = 6.76 – 5.51 = 1.25 mg/l Défcit de OD a X=50 Km de la descarga:

Dx = Kd x Lo (e– Kr . X/U - e–Ka . X/U ) + Do e –Ka . X/U … (14) Ka - Kr Reemplazando valores: Dx = 0.30 x 53.39 (e – 0.40 . 50/30 - e – 3.02 . 50/30 ) + 1.26 e –3.02 . 50/30 = 3.10 mg/l 3.02-0.40 De formula (13)

ODx = Csa – D

Reemplazando valores

ODx = 6.76 – 3.10 = 3.66 mg/l

Según Norma OD = 3 mg/l ODx = 3.66 mg/l > 3 mg/l - Cálculo de la distancia a la que se produce el Déficit Crítico:

Xc =

U

ln [ Ka (1- Do (Ka - Kr))] … (15)

Ka – Kr

Kr

Kd.Lo

Reemplazando valores: Xc =

30

ln [ 3.02 (1- 1.25 (3.02 – 0.40))] = 20.53 Km.

3.02 – 0.40

0.49

0.30 x 53.39