Embed Size (px)
Citation preview
8/19/2019 Boletines 3_4_5 química ambiental
http://slidepdf.com/reader/full/boletines-345-quimica-ambiental 1/6
CEA Boletín 3
\Para determinar la concentración de partículas en suspensión procedentes de la combustión se hizo
. . \
pasar un volumen de 2,01 m
3
de aire a través de, un filtro de
2,,5
cm de diámetro. -
La determinación se realizó por reflectometría utilizando el método del humo normalizado.
La medida del índide
de
reflexión sobre la superficie del filtro de
1 =
muestra ha dado como resultado
66,5 , valor que corresponde a 32,31 µg.cm-
2
.-
Calcular la concentración de partículas en el aire expresadas en µg.m-
3
.
(78,9
µg.
m-
3
).
El área del filtro s
\ \ (J .
X En
una gasolinera, mediante un equipo de toma de muestra se hace pasar por un tubo adsorbente
1
O litros de aire para anal izar su contenido en BTX '(benceno, tolueno
y
xileno).
El tubo es enviaqo al laboratorio y se e x t r ~ con 25 mi de un disolvente orgánico.
Tras analizar por cromatografía de gases con espectrómetro- de m ~ s una alícuota del extracto se
estimó que la concentración en el extracto de BTX correspondía a 0,8; 0,2 y 0,05
µg.1-
1
de benceno,
tolueno
y
xileno respectivamente.
Calcular en µg.m-
3
la concentración de cada uno de los tres hidrocarburos aromáticos y la total en
el
aire de la gasolinera. (2
µg. m -
3
B 0,5 µg. m-
3
T O 125_µg. m-
3
X; 2,625 µg. m-
3
HC)
X
a materia sedimentable presente en la t m ó s f ~ r se ,puede determinar recogiendo un muestra de
la misma. a través de un embudo de 30 cm de diámetro conectado a un depósito.
La
muestra
recogida tras colocar el muestreador en una azotea durante 30 días registró un volumen.de agua de
lluvia de 2,25
l.
En el laboratorio se filtró la rnuestra y se estimó que la fracción soluble contenía 200 mg.1-
1
de sales
disueltas. El
peso
del filtro reveló un incremento de peso de 5 mg; tras eliminar completamente la
humedad, correspondiente a la fracción insolubJe retenida en él.
Calcular
el
total de la materia sedimentable (soluble más insoluble) expresada como mg.m-
2
.día-
1
depositados.
214,5 mg.m-
2
.día-
1
e
Xe desea tomar una muestra de aire en un lugar dé trabajo para determinar p l o m ~ contenido en el
mismo.
El
método se basa en hacer pasar un volumen de aire a través de un filtro en el que queda
retenido el plomo. Seguidamente el filtro se trata con ácido nítrico para extraer el plomo
y
tras
evaporar a sequedad se disuelve en un volumen de
1
O mi.
Estimando que la
c o n c e n t r ~ c i ó n
de plomo en el aire no es inferior
a·
20 µg.m-
3
calcular el tiempo
mínimo de muestreo requeridp teniendo en cuenta que el caudal séleccionado es de 2 l.min-
1
y
que el
·
límite inferior del intervalo de trabajo
tlel
espectrofotómetro de af?sorción atómica con el que se va a
realizar la determinación analítica es de 1 µg.ml-
1
para
la
línea de 283,3 nm.
250 min
8/19/2019 Boletines 3_4_5 química ambiental
http://slidepdf.com/reader/full/boletines-345-quimica-ambiental 2/6
~ -
captación de S02
en
una muestra de aire sin óxidos de nitrógeno
en
cantidad apreciable puede
realizarse haciendo burbujear el aire a través de una trampa que contenga H202, de modo qué se
produce en
la
disolución
la
.oxidación del S02 para formar ácido sulfúrico .
. La determinación de la concentracióri de S02 en
la
muestra gaseosa se lleva a cabo indirectamente
a partir de
la
valorización con hidróxido de sodio del ácido sulfúrico formado.
En
un
análisis se hizo pasar a una velocidad de 1,4 l.min-
1
una muestra de.aire a través de
la
trampa
. r- .
de peróxido durante 60 minutos y se necesitaron 10,4 mi de hidróxido de sodio 0,024 mol.l -
1
para
el
viraje de
la
fenolftaleína.
Calcular
la
cantidad de S02 en
la
muestra de aire expresada como ppm. 33,3
ppm S02)
La densidad del S02 a
la
temperatura de la muestra del aire es de 2,86 mg.ml-
1
•
~ ~ ~ o : . _ C. Q,V-. ~ Q ' ) , t ~ C S -
~ < : : ~ - ~ ~ ~ , ( ' ) ~ .
H
J t
1
e o c e : _ _ ~ ~ Q... )_\J.- t . . : : : : O . ~ \ \
~ I : }
~ ~ ~ ª - \ .\-
\ - \ _ ~
K
iguiendo
el
mismo procedimiento de captación del problema anterior, se hizo circular aire a
un
flujo
de 9,5 l.min-
1
durante 22 h a través de
un
borboteador que contenía 100.mi de una disolución de
H20
2
.
Al final del muestreo el
pH
de
la
disolución fue
de
2,
12.
. ---
·-- ·;-·····
.
.
· . Aceptando que todo el ácido formado en a disolución corresponde al ácido sulfúrico producido por
la
oxidación del S02.
Calcular
la
concentración de S02
en el
aire en\mg.m-
3
y e n ~ T =
20ºC
y
P
=
1 atm).
1,94 mg S0dm
3
aire;
0,727
ppm
S02)
0 ~ - ~ ~ ~ o + ]
=
~ ~ ~ ]
deierminar el ·contenido en materia sedimentable en una zona, se empleó un captador con
un
· · · embudo ~ o l e c t o r de 0,302 m de diámetro. El depósito débería contener una disolución de sulfato de
cobre).
El
volumen recogido
en el
periodo comprendido entre
el
20 de abril
y el
5 de junio fue de 17,5 .
litros.
Dos litros de este líquido se trataron con
un
filtro seco de 478,4 mg de masa. Tras
la
filtración,
se
secó
el
filtro
y
se volvió a pesar, obteniéndose una masa de 509,7 mg. Por otra parte, una alícuota de
100 mi del líquido filtrado se colocó en una cápsula de porcelana y se evaporó a sequedad
en un
baño a 1
OOºC. El
peso de la cápsula vacía era de 115, 7628 g
y
tras realizar
el
proceso indicado fue
. de115,7664g.
a) ¿Cuál es
la
misión del sulfato de cobre? ¿Qué precaución habría que tener?
b) Determinar el contenido
en
materia sedimeritable insoluble, soluble, y total, e·xpresada como
mg.m-
2
.día-
1
. MSI:
83
1mg.m-
2
.día-
1
; MSS: 191,2mg.m·
2
.día·
1
; MST: 274,3 mg.m-
2
.día·
1
8/19/2019 Boletines 3_4_5 química ambiental
http://slidepdf.com/reader/full/boletines-345-quimica-ambiental 3/6
- · ; ~
CEA•
Boletín 4
) ~ En
una planta industrial se producen unas emisiones gaseosas de 76000 Nm
3
/h
por combustión de
40
Udía
de
un
carbón con
un
contenido del 2 de azufre. Calcule:
/
¿Cuál sería el c9ntenido
en
S02 de los gases de emisión, expresado
en
ppm y
en
mg/Nm
3
,
si
no
existiese ningún tipo de depuración? · (
876 mg SOi/Nm
gas
; 306 ppm
S02)
X
Una industria cervecera emite a
la
atmósfera
un c a ~ d a l
de gases de 3000
Nm
3
/h, con una
concentración de 500 ppm de S02 y 800 mg/Nm
3
de partículas. .
.
a.
¿Cuál es la concentración de S02
en
las emisiones, en mg/Nm
3
?
(1430
mg
S0i/Nm
gas)
b.
Si hubiera que retener el 80 de las partículas, ¿cuántas toneladas/año se recogerían?
(16,82 t
partículas
retenidas/año)
· E,n Llh
hospital de 2000 camas, se generan 2,4
kg
de residuos
por
cama
y
día, que son tratados
mediante incineración a 1200°C
/
Sabiendo que por cada kg de residuo incinerado se producen
3,
1 Nm
3
de emisión· gaseosa, con
una concentración
en
partículas de
12
g/Nm
3
,
y
de óxidos de nitrógeno (expresados como N02)
de 11 O mg/Nm
3
, calcule
la
cantidad (expresada
en
kg/día) de partículas emitidas a la atmósfera,
y
la
concentración de óxidos de nitrógerio_
en
ppm de N02.
178,6 kg
part ldía; 54
ppm N02)
) U n ~ planta de incineración de residuos urbanos
en
la que sequeman diariamente 200 toneladas,
ocasiona, entre otros, el siguiente problema ambiental, emisión de
HCI
a
la
atmósfera .
/ Si
se sabe que se generan O 15 moles de HCLpor cada
kg
de. residuo incinerado
y
que- los
sistemas
·de
depuración húmeda instalados
son
capaces de eliminar
el
95 del
HCI,
calcule cuál
será
la
concentración de cloruro de hidrógeno en los gases de emisión, expresada
en
ppm.
Tenga en consideración que el caudal de gases totales emitidos es de 4
Nm
3
/kg de residuo
incinerado.
(42 ppm de HCI)
l
Una industria posee unas instalaciones de combustión donde se queman diariamente
15
toneladas
de un carbón del
85 ;i
de carbono. Calcule:
/ ¿Cuál es
la
concentración del dióxido de carbono expresada
en
ppm
y en
mg/Nm
3
, si las
emisiones gaseosas son de 25 Nm
3
/kg de carbón?
(6,341.104
ppm
C02 ; 1,246.105
mg
COi/Nm
3
gas) .
X n
una planta industrial química se producen 7
Nm
3
de emisiones gaseosas por cada
kg
de carbón
\ incinerado que se utiliza como combustible.
a.
Calcule
la
concentración de partículas expresada en mg/Nm
3
en los gases de emisión, si se
generan 8,4
kg
de partículas por tonelada de combustible incinerado.
(1200
mg partícu/as/Nm
gas)
b.
El
contenido en dióxido de azufre de los gases de salida a
la
atmósfera debe ser inferior a 2500
mg/Nm
3
; exprese esta concentración en ppm. (87
4 ppm
S02)
c.
Si
se desea cumplir elDímite. de
e m i s ~
~ ~ g ~ é f w { n
el
apartado anterior, y teniendo
en
cuenta que por lavado de los gases generados se elimina
el
50 del S02 producido, calcule cuál
será
el
contenido máximo
en
azufre que podrá tener el carbón empleado como combustible,
expresado en porcentaje.
(1,75 S)
8/19/2019 Boletines 3_4_5 química ambiental
http://slidepdf.com/reader/full/boletines-345-quimica-ambiental 4/6
/ ?(Para alimentar las calderas de una industria, se utiliza un carbón que contiene un 80 de carbono y
un 3 de azufre. Si el consumo
~ e
carbón es de 4 t/día y los gases emitid.os son 2000 Nm
3
/h,
calcule: ·
a. La concentración de partículas en el gas de emisión, expresada en mg/Nm
3
, si un .3 del
contenido inici.al en Carbono del carbón se emite en forma de partículas inquemadas.
(2000
mg
partículas/Nm
gas) .
b.
El contenido en
S02
en los gases de emisión, expresado en ppm y mg/Nm
3
.
(4995
mg
S O ~ N m gas; 1746ppm
1
c.
¿Qué rendimiento tendría que exigirse al sistema de depuración de dióxido de azufre si la
normativa medioambiental limitase las emisiones del mismo a un máximo de. 500 mg/Nm
3
?
(90 )
d. Si para
depurar
los gases se opta por tratarlos con caliza para transformarlos en sulfato de
calci9: ¿Qué cantidad estequiométrica anuai' de caliza, expresada en toneladas, se necesitaríél
para eliminar las emisiones de S02, si se dispone·de una caliza del 83 de riqueza en carbonato
de calcio y la reacción que tiene lugar es la siguiente: ·
Carboriato de calcio (aq) + · dióxido de azufre (g) + oxígeno (g)
---
sulfato de calcio (s) +
dióxido,de carbono (g)?
(148,2 tea/iza/año)
· ·. . . .... ~ \ h .·
) : : U ~ a
industria utiliza como combu.stible 15.000
Nm
3
/día de
u ~
cuya densidad es de 0,7 .g/I, ..
· medido en condiciones normales, y el caudal de los gases emitidos procedentes
de
la combustión es
·de 700 Nm3/h. · · ·
a. Si el factor de emisión para los óxidos de nitrógeno es de 2,5 kg NOx/t combustible. y si se
considera que el 5 (en peso) de los NÓx generados corresponde a NÓ2, ·qalcular la
concentración de NO
y
N02
en los gases de emisión, expresada en ppm. .
(38
ppm
N02; 1106
ppm NO)
b.
Si
un 0,5 (en peso) del gas natural se emite como partículas inquemadas, ¿qué cantidad de
partículas
se
emitirá mensualmente?
(1,575 t partículas/mes) ·
c.
Para reducir la emisión de partículas · se instala una torre de lavado por agua (purificador
húmedo), que trabaja con una caudal de 0,5 litros H20/Nm
3
gas. ¿Cuál será la concentración de
· partículas en ellíquido de lavado, expresada en mg/I, si ·e 1 rendimiento de la depuración es de un
85 ? (5313
mg
partículas// agua} .
En hornos
de
una
planta_
de
tratamiento se incineran 400 m3/día de
r e s i d u o s ~
urbanos, de
densidad 0,2 g/cm
3
y contenido en azufre del 1 en peso.
a.
Si todo
el
azufre se transforma durante la incineración en S02, ¿qué cantidad estequiométrica de
caliza (carbonato
de
calcio) debe emplearse para depurar los gases emitidos cada día, si se
pretende transformarlos en sulfato de calcio?
(2,497
t
CaCOJ día)
Carbonato de calcio (aq) +dióxido de azufre (g) +oxígeno (g) -----
sulfato de calcio (s) +dióxido de carbono (g)
b. ¿Cuál será la concentración de S02 en los gases de e m i ~ i ó n depurados, si el rendimiento del
proceso de depuración es del 95 y por cada kg de residuo incinerado se generan 3,0 Nm
3
de
vertido gaseoso?
(333 mg
~ m
gas)
8/19/2019 Boletines 3_4_5 química ambiental
http://slidepdf.com/reader/full/boletines-345-quimica-ambiental 5/6
CEA - Boletín 5
\
Una fábrica de abonos fosfatados. emite a la a t m ó ~ f ~ r a una media de 3 Nm
3
de gas por
kg
de ·
.
··
· ·abono producido
.. La
concentración
.
promedio ';¡:¡·'partículas· sólidas del gas es del orden de
12 g/Nm
3
. Calcule:
a. La cantidad de sólidos que se emitirían a la atmósfera diariamente, si la fábrica produce
50
t/día de abonos.
(1800
kg sólidos/día)
b. ¿Qué cantidad de partículas tendrá que recuperarse diariamente, mediante los sistemas
adecuados, si sólo
se
permiten emitir 80
mg
partículas sólidas/Nm
3
. (1788
k J sólidos/día)
AUna fabrica para el tratamiento de bauxita por vía húmeda, que trabaja en continuo y procesa
1500 t/día, emite a
la
atmósfera 10
3
Nm
3
de gas por tonelada
de
bauxita tratada. Si
la
concentración en partículas de este gas es del orden de 30 g/Nm
3
y se desea disminuirla hasta
200 mg/Nm
3
. .
Calcule el volumen expresado en € d e la escombrera que se formará durante un ~ o n los
sólidos retenidos
en
los filtros.
(1,
165.10
4
m
3
/año) ·
Dato: la densidad media del escombro es de 1,4 kg/dm
3
.
'.
J
Se
utiliza magnesita (carbonato
de 111agnesio)
para depurar el dióxido de azufre producido en
una
7 planta ·
érmica: en la
que se emplea como combustible carbón
con un
.contenido de azufre del
3,0 .
La
eficiencia de la eliminaeión de S0
2
debe ser del 90 , a fin
de
cumplir
con
los requisitos
medioambientales impuestos. Calcule: .
a.
Los
kg d e A ~ 1 a l b o n a t o e l ~ I T 1 ' 9 í l e : l ~ i o ~ ~ s t ~ g u i ° - m ~ J r l c 2 s _ g u e se nece§itai: J?Qr k g _ q ~ _ ª Z l 1 f r ~ en el
carbón. · · -
o Azufre (carbón)+ oxígeno
-
Dióxido
de
azufre
- o Carbonato .c:le magnesio + dióxido
de
azufre + oxigeno
-
sulfato
de
magnesio + dióxido
de
carbono. (2,367 kg carbonato de magnesio
lk
de azufre)
b. Los
kg
de magnesita necesarios por tonelada de carbón si se emplea un 20 de
e x ~ e s o
de
carbonato de magnesio y la riqueza
de
la magnesita en carbonato
de
magnesio es del 85 .
(100,2
kg
magnesita
t carbón)
<
Una
planta incineradora de residuos, sin control
de
gases, emitiría a la atmósfera ~ . 5 kg de óxidos
de
nitrógeno por tonelada de basura incinerada. Calcule:
a.
Cuáles serían las emisiones diarias de
NOx
a
la
atmósfera
en una
ciudad de 200 000
habitantes, en la que cada persona
generat 2
kg
de
'basura/día, y la basura de la industria,
que
se
trata en
la
misma incineradora, representa 1,25 kg
de
residuo por habitante y día.
(4655 kg NOx día)
b.
¿Cuál será la concentración
de
N02 en
los
gases 'de emisión, expresada en ppm, si dicha
incineradora de residuos emite 12
Nm
3
de gas por kg de basura incinerada y se considera
que todos los óxidos de nitrógeno se expresan como
N0
2
?
(385
ppm
de N02)
5. Por
la
chimenea
de
una fábrica
de
abonos nitrogenados, sale un caudal
de
gas de 930
Nm
3
/h.
Dicha instalación utiliza como combustible 20000
Nm
3
/día de un gas natural cuya densidad es de
O 75 g/I, medida en condiciones normales. Si el factor
de
emisión
para
los óxidos de nitrógeno es
de 3 kg NOx / t combustible, calcule la concentración de NO y N0
2
, en ppm,
si
el 90 (en peso)
de
los NOx generados corresponde a NO.
(2,016
g NOx
I
Nm
3
gas ; [NO]=
1354 ppm
; [N02]
= 98, 15
ppm)
8/19/2019 Boletines 3_4_5 química ambiental
http://slidepdf.com/reader/full/boletines-345-quimica-ambiental 6/6
6.
Una instaf'ación de producción de energía térmica quema carbón como combustible
y
produce
unas emi iones gaseosas de 6,8 Nm
3
por
kg
de combustible incinerado.. .
a.
Calcüle cuál será
la
concentració11 de partículas, expresadas en mg/Nm
3
en los gases de
emisión, si se generan 7,2
kg
de partículas.por tonelada de combustible incinerado.
(1059 mg parlículaslNiT/lgas)
- •
b. Se debe disminuir
la
concentración de partículas en los gases que se emiten hastá 200
mg/Nm
3
,
para que las emisiones de esa industria cumplan el objetivo de .reducción, indique
qué rendimiento exigiría
al
mismo.(81,
1 )
· · . . .
c. Si se obliga a que el contenido en dióxido de azufre de los gases que se emiten a la
atmósfera sea inferior a 3000 mg/Nm
3
,
exprese esta concentración en ppm e indique·cuánto
S0
2
se libera, como máximo, por cada kg de combustible incinerado con esta concentración.
(1049 ppm
2
; 20,4 g
2
/ kg combustible)
d.
Si se desea cumplir el límite de emisión mencionado en el apartado anterior sin instalar
ningún sistema de depuración para el dióxido de azufre, ¿cuál será el contenido máximo de
azufre que podrá tener el combustible empleado? (1,02 S)
7.
Según
la
estimación de factores de emisión de
la
Agencia de protección del Medio Ambiente de
Estados Unidos (USEPA), una coquería de una planta siderúrgica emite 1,75
kg
de partículas/t de
carbón empleado.
Para una industria siderúrgica que utiliza
1000
t de carbón al día, calcule:
a.
La cantidad de partículas generadas en kg/h. (72,92
kg
partículas
/h
, . .
b.
La
concentración de las mismas, expresada en ri1gfNm
3
si el volumen total de gases emitidos
es
de
6,4.10
6
Nm
3
/día. (273,4
mg
partículas
Nm
3
c.
¿Cuál debe ser el rendimiento mínimo de los sistemas de depuración que se deben instalar si
se permite un máximo de emisión de
100
mg/Nm
3
? (63,42%)
d.
¿Qué cantidad máxima de partículas, expresada. en
t,
emitirá la planta anualmente una vez
instalados los sistemas de depuración necesarios? Compárela con las emisiones que se
hubieran efectuado caso de no instalarse sistema alguno de depuración.
(233,6 t partículas I año
;
·638,7 tpartículas /año)
Una industria emite
2000
Nm
3
/h de gases con un contenido de
1000
mg/Nm
3
en. dióxido de azufre
y
de 400 mg/Nm
3
en
una mezcla de monóxido de carbono
y
etano. Calcule:
a. La
cantidad mínima diaria de caliza del 80% en carbonato de calcio que habría que añadir a la
caldera de combustión si deseáramos eliminar el 90% de las emisiones de dióxido de azufre
en forma de sulfato de calcio. (84,36 kg caliza I día)
.Q-
_garbonato de
c a l c ~ q ,
,t.,
j _ i ó x i , ~ g _
de_azufre
+
oxígeno - ·sulfato de
calcio.,. -
dióxido
d ~ ' ' ~ . .
carbono
b. ¿Qué cantidad de ácido sulfúrico, expresada en moles, se producirá diariamente si el 70% del
dióxido de azufre emitido durante
la
misma se transforma en este ácido?
?
Dióxido de azufre + agua + oxígeno - . Ácido sulfúrico
(52,44 moles de ácido sulfúrico/día)
c.
Si se considera lluvia ácida la de pH =4,5.
i. ¿Cuál es la concentración de ácido sulfúrico capaz de originar ese pH? (1,581.10·
5
mol//)
ii.
¿Cuántos m
3
de lluvia se convertirían en lluvia ácida con el ácido sulfúrico producido en el
apartado b? (3320 m
3
I día)
Nota:
Opere considerando
qUe
el agua de lluvia tiene
un pH
neutro
d. El % de monóxido de carbono y etano en
la
mezcla si sabemos que para quemarlos
totalmente se necesita aportar 480 mg de oxígeno por Nm
3
de gas emitido por la industria.
(80,06
% y 19,94 %)
