Embed Size (px)
Citation preview
1
Evolución del oxígeno
disuelto y los contaminantes
orgánicos en ríos
Objetivos del tema
• Proponer un modelo de funcionamiento de un río
• Entender la relación entre materia orgánica y oxígeno, y aprender a cuantificar la evolución acoplada de estas sustancias en sistemas cerrados, como resultado de los procesos de descomposición
• Analizar los procesos de re-oxigenación y estudiar procedimientos para cuantificarlos
• Estudiar la evolución acoplada de materia orgánica y oxígeno en ríos naturales, con procesos de descomposición, deposición y re-oxigenación �Streeter-Phelps
• Aplicar los conceptos y los procedimientos aprendidos para describir la evolución del oxígeno disuelto en un ejemplo.
2
Modelo conceptual de un río
Distancia � Tiempo
Velocidad
Balances de masa en un sistema cerrado
3
Evolución de la materia orgánica
L
)exp(0 tkLL d−=VLkdt
dLV d−=
L0Concentración
de materia orgánica
en equivalentes de oxígeno
Sólo descomposición
La cantidad de oxígeno que ha desaparecido durante un
tiempo t en la descomposición del materia orgánica y es
LLy −= 0)exp(0 tkLL d−=
)1(0
tkdeLy −=
Demanda (‘ejercida’) bioquímica de oxígeno
4
Evolución del oxígeno disuelto
tk
dddeVLkVLk
dt
doV
−−=−= 0
)1(00
tkdeLoo−
−−=
El nivel de oxígeno disminuye exponencialmente
y tiende (t � ∞) a alcanzar el valor 00 Lo −
¡DBO!
Balances de masa en un sistema abierto
5
p = presión parcial del gas en la atmósfera (atm)
cl = conc. del gas en el agua (moles/m3)
He = constante de Henry (atm m3 mol-1)
Re-oxigenación
le cpH /=
==⇒=
RT
HH
c
c
c
cRTH e
e
l
g
l
g
e '
A la concentración de un gas (p.ej. oxígeno) en agua cl
que existe para una presión dada del gas en la atmósfera
� concentración en saturación
La ley de Henry
RT
pcg =Ley de los gases perfectos
-13mol)(K m atm 8.206 =R
Algunas constantes de Henry
6
o = conc. (mg/L)
Ta = Temp. absoluta (K)
S = salinidad (g/L)
p = presión (atm)
La concentración de O. D. en saturación
os= f (T, S, p)
o = conc. (mg/L)
Ta = Temp. absoluta (K)
S = salinidad (g/L)
p = presión (atm)
La concentración de O. D. en saturación
os= f (T, S, p)
7
El flujo de un gas (O2) a través de la superficie libre J la expresamos como
( )ooKoH
pKJ sl
e
g
l −=
−=
Velocidad de re-
oxigenación (m/s)
Flujos de re-oxigenación
( )ooAKdt
doV ssl −=
Para un reactor CSTR con una superficie libre de área As,
y sin materia orgánica, el balance de oxígeno lo expresamos como el resultado del intercambio con la
atmósfera
( ) ( )ooVkooVH
Ksas
l −=−=
Ej. Fórmula (empírica)
de O´Connor-Dobbins**2/3
2/1
93.3H
Uka =
**UNIDADES -- U (m/s), H(m), ka(d-1)
Tasa de re-aireación (d-1)
8
Balance acoplado de OD y DBO
L
L0
DBO VLkdt
dLV d−=
OD )( ooVkVLkdt
doV sad −+−=
D = déficit de OD
VDkVLkdt
dDV ad −=D
)exp(0 tkLL d−= [ ]tktk
da
d ad eekk
LkD
−−−
−= 0
Si L = L0 y D = 0 al principio (t = 0)
9
kr= kd+ks
)/exp(0 UxkLL r−=
−
−+=
−−− xU
kx
U
k
ra
dx
U
k ara
eekk
LkeDD 0
0
Si L = L0 y D = D0 al principio del tramo (x = 0)
Lkdx
dLU r−−=0DBO
DkLkdx
dDU ad −+−=0D
Balance estacionario OD / DBO en un río
Streeter-Phelps: sol. analítica
0 , LQQQ wr +=
rr LQ ,
ww LQ ,
S
LL
Q
Q
LQLQL w
ww
Lwr
rrww
r
=≈+
+=
≈00
Dilución ( > 1)
wr
rrww
LQLQL
+
+=0
=
==
−−
U
xF
SLe
SLeLxL w
xU
k
w
xU
k rr 11)( 0
Condiciones en el punto de vertido,
dilución y evolución de concentración
aguas abajo del vertido
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
Serie1
Serie2
Serie3
Comba del OxComba del OxComba del OxComba del Oxíííígenogenogenogeno
Efecto de la degradación de la
materia orgánica
Efecto de
la re-oxigenación
x = 40 km
x = 0 km
Qr = 5.787 m3/s
Tr = 20 oC
Or = 7.5 mg/L
Lr = 2 mg/L
Qw = 0.463 m3/s
Tw = 28 oC
Ow = 2 mg/L
Lw = 200 mg/L
Canal rectangularS0 = 0.00022
B = 10
n = 0.035
Kd (20oC)= 0.5
Vs (POC) =0.2 m/d
EjemploEjemploEjemploEjemplo
Encuentra la conc.
de materia orgánica y
oxígeno disuelto en la
desembocadura
