Post on 30-Sep-2018
, lndice general
Prólogo
1. Química del agua
1.1. Introducción .
1.2. Composición del agua
1.3. Propiedades físicas del agua .
1.4. Sinopsis de la química del agua
1.4.1. Solubilidad. Efecto del ión común
1.4.2. Precipitaciones químicas ...
1.4.3. Autoprotolisis del agua. pH .
1.4.4. Fuerza de los ácidos y bases .
1.4.5. Hidrólisis . . . . . . .. . . .
1.4.6. Hidrólisis de sales de ácidos o base fuertes
1.4. 7. Hidrólisis de sales de ácidos y base débiles
1.4.8. Concentración activa ... .. ... .. .. .
XIX
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1
4
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14
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17
17
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21
X
1.4.9. Oxidación reducción
1.4.10. rH . .. ....... .
1.4.11. Dureza de las aguas
1.4.12. Detergencia . .
1.4.13. Cambio iónico .
1.5. Agua en la atmósfera: lluvia ácida natural .
1.6. Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Índice general
30
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47
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2. Oxígeno disuelto 69
69
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74
76
78
79
79
2.1. Introducción . . . . . . .
2.2. Solubilidad del oxígeno
2.3. Regulación de los vertidos en los ríos .
2.4. Autodepuración de los ríos
2.4.1. Desoxigenación .
2.4.2. Reoxigenación ..
2.4.3. Déficit de concentración de oxígeno
2.4.4. Evolución de la concentración de oxígeno causada por un vertido . . . . . . . . . 82
2.5. Amperometría del oxígeno disuelto 84
2.6. Oxímetros . . . . . . . . . . . 86
2.7. Calibración de los oxímetros . 87
2.8. Sonda óptica de oxígeno disuelto 89
3. Desinfección 93
3.1. Introducción . . . . . . . . . . 93
3.2. Dinámica de la desinfección 94
3.3. Desinfección con ozono . . 102
3.4. Desinfección con dióxido de cloro . 107
3.5. Desinfección con luz ultravioleta . 109
Índice general
3.6. Desinfección con cloro . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1. Análisis de cloro en las aguas potables .
3.7. Problemas .. . ... .. . . .
4. Demanda bioquímica de oxígeno
4.1. Introducción . . . . . . . . . .
4.2. Cálculo de la fórmula del agua residual .. .. ..
4.2.1. Rendimiento de producción de lodos
4.3. Requerimientos nutricionales de la DBO .
4.4. Conceptos relacionados con la DBO
4.5. Disolución de sales nutrientes .
4.6. Medidores de la DBO .
4.7. Cinética de la DBO . .
4.8. Determinación de las constantes cinéticas de la DBO .
4.8.1. Cálculo de la determinación de la DBO
4.9. Calidad del agua y la DBO . .
4.10. DBO de efluentes industriales
5. Demanda química de oxígeno
5.1. Introducción . . . . . .
5.2. Definición de la DQO .
5.3. Demanda química de oxígeno de sustancias puras
5.4. Patrón para la medida de la DQO . . . . . . .
5.5. Interferencias en la determinación de la DQO
5.6. Procedimiento y reactivos de la DQO .
5.7. Determinación de la absortividad . . .
5.7.1. Determinación de la f de patrones
5.8. Demanda total de oxígeno
5.9. Carbono orgánico total . .
XI
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XII
50100 Demanda teórica de oxígeno o o
5 0110 Coeficientes de transformación
Índice general
153
153
5011.1. Relación de lodos activos y absorción de nitrógeno 156
5.120 Cálculo de muestras compuestas 156
5.130 Vertidos industriales o o o o 159
6. Modelos dinámicos de tanques 161
601. Introducción o o o o o o o o o 161
6020 Modelo dinámico de un tanque 162
6030 Análisis de un tanque de mezcla perfecta 168
6.40 Transferencia de oxígeno-agua o o o o o o 17 4
6050 Diseño de tanques reguladores de caudal 179
60501. Cálculo gráfico de un ecualizador 180
605020 Cálculo numérico de un ecualizador o 182
6060 Simulación dinámica de un ecualizador
60 7 o Problemas o o o o o o o o o o o o o
185
187
7. Sedimentación de sólidos floculentos 197
701. Introducción o o o o o o o o o o o 197
7020 Generalidades de lodos activos 197
7030 Velocidad de sedimentación o o 203
7040 Flujo de sólidos en el sedimentador o 208
7050 Modelización del sedimentador secundario 212
70501. Modelo dinámico simplificado del sedimentador 212
705020 Modelo dinámico riguroso del sedimentador o 213
8. Cinética de reacciones y reactores 223
801. Introducción o o o o o o o 223
8020 Reacciones homogéneas 224
Índice general XIII
8.2.1. Alternativas a la ecuación de Monod . 230
8.3. Dependencia de la concentración . . . . . . . 230
8.3.1. Método integral de análisis de datos . 230
8.3.2. Método diferencial de análisis de datos 237
8.4. Reacción de biodegradación . . . . . . . 240
8.4.1. Dependencia de la temperatura . 242
8.4.2. Dependencia del pH . . . 245
8.4.3. Limitación por nutrientes 247
8.5. Reactores químicos . . . . . . . . 248
8.5.1. Reactor continuo de mezcla perfecta . 248
8.5.2. Reactor de flujo pistón . . . . . . . . . 250
8.6. Modelización de la degradación de la materia carbonácea . 256
8.7. Depuración de aguas residuales en humedales artificiales . 259
8.8. Reactores reales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
8.8.1. Análisis de reactores en serie con trazadores 264
8.9. Características de los reactores biológicos en la depuración de aguas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
8.9.1. Reactor de mezcla completa . 272
8.9.2. Reactor de flujo pistón . . . . 272
8.9.3. Reactores de mezcla perfecta en cascada. 273
8.9.4. Proceso contacto estabilización . . . 27 4
8.9.5. Proceso de alimentación escalonada 274
8.9.6. Proceso de oxidación extendida y sedimentación en una misma balsa . . 275
8.1 O. Redimensionando reactores
8.11. Problemas . . . . . . . . . .
9. Modelización del proceso de lodos activos
9.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . .
276
282
297
297
XIV Índice general
9.2. Velocidad de dilución y lavado del reactor . 299
9.2.1. Reactor biológico sin recirculación 299
9.3. Relación de recirculación de lodos 302
9.4. Reactor biológico con recirculación 303
9.5. Tasa de crecimiento y edad de lodos 305
9.6. Modelo matemático del reactor biológico 307
9.7. Valores de los parámetros cinéticos . . . . 310
9. 7 .1. Simulación del reactor biológico en estado estacionario311
9.7.2. Evolución del sustrato en el sedimentador 315
9.8. Modelo matemático del tratamiento secundario . 316
9.8.1. Modelo dinámico del proceso de lodos activos 317
9.8.2. Modelo estacionario del proceso de lodos activos 324
10. Eliminación biológica de nitrógeno y fósforo 333
10.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
10.2. Transformaciones relevantes del nitrógeno 333
10.3. Formas del nitrógeno . . . . . . . . . . . . 334
10.4. Impacto de los compuestos nitrogenados 337
10.5. Caracterización de los compuestos nitrogenados 338
10.6. Estequiometría de la nitrificación 339
10.6.1. Oxígeno demandado . . 340
10.6.2. Consumo de alcalinidad 341
10.6.3. Producción de biomasa nitrificante . 341
10.7. Cinética del proceso de nitrificación 342
10.7.1. Degradación de autótrofos . 343
10.8. Conversión del nitrógeno orgánico a amonio 343
10.9. Factores que afectan la cinética de nitrificación 347
10.9.1. Efecto de la concentración de oxígeno disuelto 347
Índice general
10.9.2. Efecto del pH en la nitrificación .
10.9.3. Efecto de la temperatura .
10.1 O. Edad de lodos . . . . . . . . . . .
10.11. Desnitrificacion . .. .. .. . . .. .
1 0.12. Características microbiológicas de la desnitrificación . . . . . . . . . . . .
XV
348
350
351
. 352
. 352
10.13. Estequiometría de la desnitrificación . 353
10.13.1.Desnitrificación con metanol .. .. .. . .. . .. . . 353
10.14. Cinética de la desnitrificación . ... .. .... . .. . . . .. 354
10.14.1.Desarrllo de los desnitrificantes ... .
1 0.14.2.Hidrólisis de las partículas orgánicas
10.14.3.Degradación de los desnitrificantes .
354
356
357
10.15. Representación matricial de la desnitrificación ... .. ... 357
1 0.16. El fósforo en las aguas residuales . 359
10.17. Impacto del fósforo .. . . . . . . . 360
10.18. Sistemas de eliminación del fósforo . . .. 361
10.19. Fundamento de la eliminaci::Sn biológica del fósforo . 361
10.20. Reacciones de la eliminación del fósforo . 362
10.20.1.Etapa anaeróbica 364
10.20.2.Etapa aeróbica . . 364
10.20.3.Proceso anaeróbico y aeróbico global 365
10.21. Constante de rendimiento en la eliminación biológica del fósforo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
10.22. Cinética de la eliminación biológica del fósforo .. 365
10.22.1.Condiciones anaeróbicas.
1 0.22.2.Condiciones aeróbicas
10.22.3.Condiciones anóxicas
10.23. Matriz de las principales ecuaciones de la eliminación biol -
365
366
366
gica del fósforo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
XVI Índice general
10.24.Factores perturbadores del proceso de eliminación de fósforo 368
10.25. Consideraciones finales ...
11. Respirometría de lodos activos
11.1. Introducción . . . . . .
11.2. Oxidación bioquímica
11.3. Consumo específico de oxígeno
11.4. Respirogramas . . . . . . . . . .
11.4.1. Determinación de la DBO en tiempo corto
11.5. Toxicidad como inhibición respirométrica
A. Integración con MatLab y Maple
A.1 . Integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A.2. Integración simbólica de ecuaciones diferenciales
A.3. Integ. de ecu. dif. con la transformada de Laplace
A.4. Integración de ecuaciones diferenciales lineales de primer orden .. . ........... . . . ... . .... .
A.5. Integración numérica de ecuaciones diferenciales .
A.6. Integración con SIMULINK .. ..
B. Determinación de retrasos y derivadas
B.1. Cálculo numérico de derivadas
B.2. Cálculo numérico de retrasos
C. Medidas, errores y correlación
C.1 . Medidas y unidades . . .
C.1 .1. Antiguas medidas españolas de longitud
C.1.2. Origen de la medida del tiempo
C.1.3. Origen de la medida de la masa
C.1.4. La medida de volumen . . . ..
369
371
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413
413
Índice general
C.2. El sistema internacional de unidades .
C.3. Definiciones de errores . ... . ... .
C.4. Errores en las medidas analógicas y digitales
C.4.1. Medidas digitales . .
C.4.2. Medidas analógicas .
C.5. Errores aleatorios y la distribución normal .
C.6. Expresión de los resultados
C. 7. Cifras significativas .... .
C. 7 .l. Reglas de expresión de los resultados
C.8. Notaciones científica y técnica .
C.9. El límite de confianza . . . . . .
C.9.1. Cálculo del intervalo de confianza
C.lO.Error de una medida directa .
C.11. Propagación de errores . . . .
C.11.1 . Error en las sumas y sustracciones
XVII
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415
417
417
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418
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422
422
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426
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428
C.11.2. Propagación de error al multiplicar por una constante 432
C.11.3. Propagación del error en las multiplicaciones . 432
C.11.4. Propagación de error del inverso . . 434
C.11.5. Propagación de error en la división 434
C.11.6. Propagación de error de la función logarítmica . 435
C.11 . 7. Propagación de error en las exponenciales . . 436
C.11.8. Propagación de error con la función potencial 436
C.12. Minimización de errores aleatorios . . . . . 440
C.13. Criterio de rechazo de valores discordantes 442
C.13.1. Método clásico . 442
C.13.2. Método de Dixon 443
C.14.Procedimientos para disminuir los errores determinados . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
C.15. Correlación de datos experimentales
Bibliografía
Índice alfabético
445
455
461