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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS“DECANA DE AMÉRICA”“Año del Bicentenario del Perú: 200 años de independencia”FACULTAD DE QUÍMICA E ING. QUÍMICAEAP: INGENIERÍA QUÍMICATEMA: PARÁMETROS QUÍMICOS DE LA CALIDAD DEL AGUACURSO: TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALESPROFESOR(A): CORNEJO SANCHEZ, OSCAR AL...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS “DECANA DE AMÉRICA” “Año del Bicentenario del Perú: 200 años de independencia”

FACULTAD DE QUÍMICA E ING. QUÍMICA EAP: INGENIERÍA QUÍMICA TEMA: PARÁMETROS QUÍMICOS DE LA CALIDAD DEL AGUA CURSO: TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES PROFESOR(A): CORNEJO SANCHEZ, OSCAR ALBERTO GRUPO: 02 INTEGRANTES: ● DELGADO CHOMBO, XIOMARA NICOLD ● CASTILLO VARGAS, MIGUEL ARTURO ● CHING SALAS, YUIN SAY AKIRA ● CHAVEZ LLOCCLLA, CRISTHIAN YARK

1. En la coagulación de un agua se usan conjuntamente, 30mg/L de alumbre y 25 mg/L de sulfato férrico. Determinar: a) La alcalinidad consumida; b) Hidróxido de aluminio producido; c) Hidróxido férrico producido; d) Aumento en la dureza no carbonácea; e) CO2 producido. Solución Datos: *Al2(SO4)3= 30 mg/L * Fe2(SO4)3= 25 mg/L a) La alcalinidad consumida: ALUMBRE Al2(SO4)3.14H2O + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 14 H2O + 6 CO2……(1) Sabiendo: 3 Ca(HCO3)2 → 3 CaCO3 + CO2 + H2O 100.1 𝑔 CaC𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 0.03𝑔 3 𝑚𝑜𝑙 CaC𝑂3 𝑥 𝑥 𝑥 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 𝐿 594.4 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 CaC𝑂3 0.0152

𝑔 CaC𝑂3 𝑚𝑔 CaC𝑂3 = 15.2 𝐿 𝐿

SULFATO FÉRRICO 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 + 3 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 → 2 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 + 3 𝐶𝑎𝑆𝑂4 + 6 𝐶𝑂2 …….(2) 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 100.1 𝑔 CaC𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 3 𝑚𝑜𝑙 CaC𝑂3 𝑥 25 𝑥 𝑥 𝐿 1 𝑚𝑜𝑙 CaC𝑂3 799.4 𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 𝑚𝑔 CaC𝑂3 = 9.4 𝐿 𝑚𝑔 CaC𝑂3 𝑚𝑔 CaC𝑂3 𝑚𝑔 CaC𝑂3 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 = 15.2 + 9.4 = 24.6 𝐿 𝐿 𝐿 b) Hidróxido de aluminio producido Según la ecuación 1, el hidróxido de aluminio generado es: 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 78 𝑔 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 2 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 𝑥 0.03 𝑥 𝑥 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 594.4 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 𝐿 𝑔 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 𝑚𝑔 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 = 0.0079 = 7.9 𝐿 𝐿 c) Hidróxido férrico producido Según la ecuación 2, el hidróxido férrico generado es: 106.9 𝑔 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 2 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 𝑥 𝑥 𝑥 25 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 399.9 𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 𝐿 𝑚𝑔 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 = 13.4 𝐿

d) Aumento en la dureza no carbonácea *Alumbre 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 136.1 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑥 0.03 𝑥 𝑥 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝐿 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 594.4 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 = 0.0206 = 20.6 𝐿 𝐿 *Sulfato férrico 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 136.1 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑥 𝑥 0.025 𝑥 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 399.9 𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝐿 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 = 0.0255 = 25.5 𝐿 𝐿 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 → 𝑃𝑎𝑠𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑒𝑙 𝑆𝑢𝑙𝑓𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜 (46.1 ) 𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑎𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜. 𝐿 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑂3 100.1 𝑔 CaC𝑂3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑥 𝑥 𝑥46.1 = 33.9 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 1 𝑚𝑜𝑙 CaC𝑂3 136.1 𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝐿 𝐿

e) CO2 producido 6 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 44 𝑔 𝐶𝑂2 0.5 𝑔 𝐶𝑂2 𝑥 𝑥 = 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 162.1 𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 *¿Cuántos gramos de 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 hay? Alumbre 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 162.1 𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 𝑥 0.03 𝑥 𝐿 594.4 𝑔 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐴𝑙2 (𝑆𝑂4 )3 . 14𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 = 24.5 𝐿 Sulfato férrico 𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 3 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 162.1 𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 𝑥 0.025 𝑥 𝑥 𝐿 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 399.9 𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 1 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂4 )3 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 = 30.4 𝐿 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 → 𝑆𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑛𝑒 54.9 𝐿 𝑆𝑎𝑏𝑖𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑦 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝐶𝑂2 𝑦 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 𝑚𝑔 𝐶𝑂2 0.5 𝑔 𝐶𝑂2 54.9 = 27.5 𝑥 𝐿 𝐿 𝑔 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2

2. Para coagular un agua, de acuerdo con el ensayo de jarras, se requieren 35 mg/ litro de sulfato férrico Determinar: a) alcalinidad consumida; b) CO2 producido; c) hidróxido férrico producido; d) aumento en la dureza no carbonácea. DESARROLLO Para relacionar las concentraciones se hará uso de las reacciones revisadas en clase:

a) Alcalinidad Consumida De la Reacción (6) tenemos el factor: 3 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 2 𝑚𝑒𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 × × × 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 399.87 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑒𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 50 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 × = 0.75 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 1 𝑚𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 Luego por 35 mg/ litro de sulfato férrico tendremos: 35 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 26.25 × 0.75 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 𝐿 𝐿 Así la alcalinidad consumida es de 26.25 mg/L b) El CO2 producido A partir de la reacción vemos que por cada mol consumido de sulfato férrico se producen 6 moles de CO2. 6 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 44 𝑚𝑔 𝐶𝑂2 𝑚𝑔 𝐶𝑂2 × × = 0.66 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 399.87 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 Luego por 35 mg/ litro de sulfato férrico tendremos: 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐶𝑂2 35 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 = 23.1 × 0.66 𝐶𝑂2 𝐿 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 𝐿 Así el CO2 producido es de 23.1 mg CO2/L c) Hidróxido férrico producido A partir de la reacción vemos que por cada mol consumido de sulfato férrico se producen 2 moles de Fe (OH)3. 2 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 𝑚𝑔 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 106.8 𝑚𝑔 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 = 0.53 × × 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 399.87 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 Luego por 35 mg/ litro de sulfato férrico tendremos:

35 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 𝐿

× 0.53

𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 = 18.55 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 𝐿 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3

Así el 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 producido es de 23.1 mg 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 /L d) Aumento en la dureza no carbonácea. La dureza no carbonatada está determinada por el Sulfato de Calcio producido: A partir de la reacción vemos que por cada mol consumido de sulfato férrico se producen 3 moles de Sulfato de Calcio. 3 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 136,14 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 × × = 1.021 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 399.87 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 Luego por 35 mg/ litro de sulfato férrico tendremos: 35 𝑚𝑔 𝐹𝑒2 (𝑆𝑂3 )3 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 = 35.735 × 1.021 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝑚𝑔 𝐹𝑒 (𝑆𝑂 ) 𝐿 𝐿 2 3 3 Convertimos a las unidades de CaCO3 35.735

𝑚𝑔 𝑚𝑔 100 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 26.25 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 × 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐿 136,14 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝑆𝑂4 𝐿

Respuestas: a) Alcalinidad consumida= 26.25 b) CO2 producido = 23.1

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑔 𝐿

𝐶𝑎𝐶𝑂3

𝐶𝑂2

c) Hidróxido de hierro producido= 18.55 d) Dureza no carbonácea= 26.25

𝑚𝑔 𝐿

𝑚𝑔 𝐿

𝐶𝑎𝐶𝑂3

𝐹𝑒(𝑂𝐻)3

3.Dosis optima FeCl3 para coagular agua es de 60 mg/L. Alcalinidad del agua cruda 12 mg/LCaCO3. Se quiere que el agua tratada tenga de alcalinidad 25 mg/L-CaCO3. Determinar la cal teórica para obtener tal resultado en mg/L -CaO y mg/L-Ca(OH)2

Alcalinidad Consumida De la Reacción (4) relacionamos la alcalinidad con la dosis de Cloruro férrico. 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 2 𝑚𝑒𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 3 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 × × × 2 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 162.345 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 1 𝑚𝑒𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 50 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 0.924 × 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑒 𝐶𝑎𝐶𝑂3 Ello 0.924

𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3

también se puede invertir 1.0823

𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

Convertimos las alcalinidades: Agua cruda 12 mg/L-CaCO3. 12

𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 = 12.9876 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 × 1.0823 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝐿 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝐿

Agua tratada 25 mg/L-CaCO3 25

𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 = 27.0575 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 × 1.0823 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝐿 𝐿 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

Luego operamos: Dosis optima- Agua cruda +Agua tratada 60

𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 − 12.9876 𝐹𝑒𝐶𝑙3 + 27.0575 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝐿 𝐿 𝐿 𝑚𝑔 74.07 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝐿

De la Reacción (5) relacionamos la dosis de cal con la de Cloruro férrico. 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 74.093 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 3 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 × × = 0.6846 2 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3 162.345 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3

Luego: 74.07

𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 50 𝐹𝑒𝐶𝑙3 × 0.6846 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝑚𝑔 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝐿 𝐿 = 50.7

𝑚𝑔 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 50 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝐿 𝐿 𝑚𝑔 = 100.7 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 𝐿

Para hallar la cantidad de cal viva, se tiene la reacción: CaO + H2 O → Ca(OH)2 La relación es de 1 mol de cal viva se obtiene 1 mol de cal apagada 1 𝑚𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 56 mg CaO mg CaO 1 mmol CaO × × = 0.7558 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 1 mmol Ca(OH)2 74.093 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 1 mmol CaO 𝐶𝑎𝑙 𝑣𝑖𝑣𝑎 = 100.7

𝑚𝑔 𝑚𝑔 mg CaO = 76.11 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 × 0.7558 mg CaO 𝐿 𝐿 𝑚𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2...