Problemes (amb solució) (2011)

Ejercicio Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 4º curso
Asignatura Química de la contaminació
Año del apunte 2011
Páginas 6
Fecha de subida 31/08/2014
Descargas 1
Subido por

Vista previa del texto

Paràmetres fisicoquímics i modelatge 1. El temps de residència d’un gas traça atmosfèric és de 30 anys i el seu flux d’entrada és de 1,5 Mt/a. Calcular la quantitat total d’aquest gas a l’atmosfera.
R: 45 Mt 2. La massa total d’aigua a l’atmosfera és, aproximadament, 1,3x1016 kg. El flux d’entrada per evaporació és 4,23x1017 kg any-1 des de l’oceà i 0,73x1017 kg any-1 des d’el sòl. D’altra banda, els fluxos de sortida per precipitació a l’oceà i al sòl són, 3,86x1017 i 1,10x1017 kg any-1. ¿Es troba l’aigua atmosfèrica en estat estacionari?.
Si ho està, determinar el temps de residència.
R: b) 9,6 dies 3. Determinar el flux d’entrada a l’atmosfera d’un gas, sabent que la concentració a l’estat estacionari és de 5,0 μg per gram d’aire i el seu temps de residencia és de 12 anys. Massa de l’atmosfera: 5,14·1021 g.
R: 2,1x103 Mt any-1 4. Determinar la concentració estacionària, en ppm’s, de N2O a l’atmosfera, sabent que el seu temps de residència és de 120 anys i que el flux d’entrada de gas a l’atmosfera és 20,6 Mt any-1. Dades: massa de l’atmosfera: 5,14x1021 g i massa molecular del aire: 28,96 g mol-1, MN2O: 44 g mol-1.
R: 0,316 ppm 5. Determinar el temps de residència del metà, sabent que anualment entren a l’atmosfera 545 Mt d’aquest gas i que la concentració estacionària de metà a l’atmosfera és de 1,7 ppm. Dades: massa de l’atmosfera: 5,14x1021 g i massa molecular del aire: 28,96 g mol-1, MCH4: 16 g mol-1.
R: 9 anys 6. Determinar el temps de residència del metà, suposant que tot el metà afegit a l’atmosfera s’elimina per reacció amb radicals OH. Dades: k=3,6x10-15 cm3 molec-1 s-1 i [OH]=1,5x106 molec cm-3.
R: 6 anys 7. A partir de la fórmula molecular, estimar la constant de Henry en Pa m3 mol-1 i a 25ºC de les substàncies següents: a) benzè, b) hexaclorbenzè, c) hexaclorciclohexà i d) toluè.
R: a) 4,7x102 Pa m3mol-1 b) 1,79x102 Pa m3mol-1 c) 103 Pa m3mol-1 d) 4,79x102 Pa m3mol-1 8. A partir de la fórmula molecular, estimar la constant de repartiment KOA de les mateixes substàncies que el problema anterior.
R: a) 144,5 b) 2,6x106 c) 871 d) 661 9. Determinar la persistència, d’acord amb processos de biodegradació aeròbica, dels compostos del problema anterior.
R: a) setmanes/mesos b) anys c) mesos/anys d) setmanes 10. Per un sistema bifàsic α/β en equilibri, deduir una expressió que relacioni la fracció d’un contaminant present en una fase amb la constant de repartiment Kα/β i amb la relació de volum de les fases rα/β. Aplicar-ho als sistemes aire-aigua i sòlid-aigua.
11. A la cambra de combustió d’una incineradora, se solen formar molècules de dioxines, una proporció de les quals roman adsorbida en les partícules sòlides que estan en suspensió en l’atmosfera interior de la cambra. Suposar que es formen molècules de tetraclorodibenzodioxina (TCDD) i que s’estableix un equilibri d’adsorció entre les molècules en fase gas i les adsorbides en les partícules sòlides.
Determinar la proporció en pes de molècules de dioxina que estaran adsorbides, sabent que la concentració de partícules sòlides en suspensió en l’atmosfera interior de la cambra de combustió és de 300 μg m-3, que la densitat de les partícules és de 1,5 g ml-1, i que la constant de repartiment de la TCDD entre les partícules sòlides i l’aire (KS,Ai) és 5,0x1010 (sense dimensions).
R: 91% 12. Sigui una pluja de 25 l m-2 que “renta” una atmosfera contaminada per lindà (hexaclorciclohexà). Determinar la fracció de contaminant que es troba dissolt en l’aigua de pluja. Suposar que la pluja cau des d’una altura de 5 km i que s’estableix l’equilibri entre el lindà gas i el dissolt en la pluja. Usar la constant de Henry obtinguda en el problema 7. Temperatura 298 K.
R: 0,012% 13. Determinar la fracció de dimetilbenzè que roman en fase aquosa en: a) un llac amb una concentració de partícules sòlides en suspensió de 10-6 Kg l-1 i b) en el sediment del mateix llac, que té una porositat de 0,2. Dades Kd = 1,0 l kg-1 (tant per a les partícules en suspensió, com per al sediment), densitat del sediment 2,5 Kg l-1.
R: a) 100%, b) 9% 14. Deduir les relacions obtingudes en el problema 10, aplicant el model de les fugacitats.
15. Sigui un sistema senzill constituït per un llac que conté aigua i fase sòlida formant un sediment. La superfície del llac és de 106 m2 i la fondària de 10 m. El sediment s’estén per tot el fons del llac amb un gruix de 1 cm. S’aboquen 100 mols de DDT, determinar la distribució en l’equilibri de la massa d’aquest pesticida entre les dues fases (aigua i sediment), sabent que la constant KS,A és 25.400.
R: sediments, 96,3 mols aigua, 3,8 mols 16. D’un tanc subterrani, s´ha produït una fuita de tricloretilè (TCE) (CCl2=CHCl), el qual roman a la zona no saturada del sòl. Sabent que per al TCE a 25 ºC Pv=58 mmHg i S=1,3 mg l-1, calcular la constant de Henry aproximada usant les dades de S i Pv, i determinar, a partir d’aquesta constant, el percentatge de massa de TCE que restarà a la dissolució del sòl i la que escaparà a la fase gas a 25 ºC. Considerar que el TCE només es reparteix entre les fases gas i aquosa del sòl (sorció menyspreable), i que els porus estan ocupats un 80% per dissolució del sòl i la resta per aire del sòl. (masses moleculars del Cl, C, i H són, 35,5 g mol-1, 12 g mol-1 i 1 g mol-1, respectivament; R=0,082 atm·l/K·mol.
R: 98,7% a l’aire 17. Ampliar l’anàlisi fet en el problema anterior considerant la possible sorció del TCE en la fase sòlida del sòl. Dades: n (porositat) = 0,5; log KOA = 2,33; fMO = 0,02, ds = 1,5 Kg/L. Considerar un volum total del sistema de 1 m3.
R: 94% a l’aire 1 % a l’aigua 5% al sòl 18. Determinar la distribució de 10 mols de benzè en un recipient tancat d’ 1 m3 que conté tres fases: aire (volum 0.5 m3), aigua (volum 0,4 m3) i sediment (volum 0,1 m3). Dades: KH = 557 Pa m3 mol-1, KS,A = 2,2, R = 0,0828x102 Pa m3/k mol.
R: aire, 1,5 mols aigua: 5,4 mols sediments, 3,0 mols 19. Determinar la concentració de pentaclorfenol en les diferents fases una vegada s’assoleix l’equilibri a 25 ºC i suposant que no es degrada, quan s’aboquen 105 mols d’aquest contaminant en un sistema ambiental de 105 km2 de superfície i 1 km d’altura ple d’aire, llevat de: a) aigua que ocupa tota la superfície amb una profunditat de 20 m, b) sediments al fons de l’aigua amb 1 cm de profunditat i c) biota (peixos) que ocupen 5 mL per cada m3 d’aigua. Dades: KCO=900 L kg-1, ds (densitat sediment)=1,5 kg L-1, fCO=0,24, flip=0,05. Obtenir les constants de Henry i octanol aigua a partir dels fragments moleculars.
R: f = 0,18·10-12 atm cAi = 7,4·10-12 mol m-3 cA = 0,042·10-6 mol m-3 csed = 0,13·10-4 mol m-3 cB = 0,23·10-3 mol m-3 20. Estimar el repartiment entre els diferents compartiments (aire, aigua, sòl, sediments, partícules en suspensió i biota), de 100 mols de les substàncies esmentades en els problemes 7 i 8, per a un sistema d’ 1 km2 de superfície i 10 km d’altura tot ple d’aire llevat de: a) aigua, que cobreix un 70% de la superfície amb una profunditat de 10 m, b) sòl, amb un perfil de 3 cm i que cobreix el 30% restant de superfície, c) sediment, al fons de l’aigua (3 cm de profunditat, 70% de superfície), d) partícules en suspensió (amb una concentració de 5 ml/m3 d’aigua) i, e) peixos (0,5 ml/m3). Dades: KS,A(sòl): 2,68, 632, 8,9x103 i 7,6 per al benzè, HCB, HCH i toluè; els valors de KS,A (sediments i partícules en suspensió), s’obtenen a partir de 2x KS,A(sòl) per a totes les substàncies considerades; flip= 0,05. Utilitzar les dades de KH i KOA obtinguts en els problemes 7 i 8. Suposar que les substàncies són estables i no pateixen degradació.
R: fugacitats Benzè = 2,5.10-5 Pa HCB = 2.4.10-5 Pa HCH = 9,0.10-7 Pa Toluè = 2.5.10-5 Pa 21. Sigui un sistema ambiental on viuen 107 persones, amb una extensió de 40.000 km2, cobert d’aire fins una altitud de 1000 m. En un 3% de la superfície hi ha aigua i en la resta hi ha sòl. La profunditat mitja de l’aigua és de 3 m i l’espessor del sòl és de 0,05 m. En l’aigua hi ha matèria en suspensió, amb una concentració de 15 mg/L, mentre que en el fons hi ha sediments amb un gruix de 0,03 m. La densitat tant del sòl com dels sediments és 1,5 kg/L i la de la matèria en suspensió, 2,5 kg/L. Els valors de fco del sòl, sediments i matèria en suspensió són: 0,02, 0,05 i 0,1, respectivament. En aquest sistema ambiental es produeix una emissió de 4 mg de BDE-99 (2,2’,4,4’,5 penta bromodifenil éter) per persona i any. Aquest compost s’elimina per degradació (els temps de vida mitja a l’aire, aigua, sòl i sediments són: 467h, 3600h, 3600h i 14400h, respectivament), així com també per transport advectiu a l’aire i a l’aigua (temps de residència de l’aire i de l’aigua, 0,7 i 40 dies, respectivament). Suposant que s’assoleix l’estat estacionari, determinar a) la fugacitat del BDE-99, b) la massa total present en el sistema ambiental, c) els temps de residència i persistència, i d) el percentatges de BDE-99 eliminat per degradació.
Dades fisicoquímiques del BDE-99: log Koa=7,66, KH=23,3 Pa m3 mol-1, Pes molecular del BDE = 564,7 g/mol.
R. a) f: 2,6x10-12 Pa b) Mt: 30,4 mols c) Residència: 156d Persistència: 232d d) 67,4% 22. En el tanc de biodegradació d’una planta de tractament d’aigües residuals, entra paracetamol amb una concentració de 4,9x10-5 g/L. Els temps de retenció hidràulica i de sòlids són 10 h i 5 dies, respectivament. La constant cinètica de biodegradació del paracetamol és 0,14 h-1 i les constants de Henry i Kco són, respectivament, 1,5x10-7 atm m-3 mol-1 i 20,9 L/kg. La concentració de sòlids en suspensió dins del tanc és 0,0025 kg/L i la seva fracció de carboni orgànic, fCO, és 0,4. Determinar la concentració de paracetamol a la sortida del tanc, tant el que surt en fase aquosa com sòlida. Suposar que s’assoleix l’estat estacionari R. Ci,A: 21 µg/L Ci,S: 169 µg/Kg ...