lndice general Prólogo XIX

, lndice general Prólogo XIX 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............. 1 1 4 5 10 11 14 14 16 17 17 20 21

X Índice general 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.................... 30 41 42 45 47 54 55 2. Oxígeno disuelto 69 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 69 69 74 76 78 79 79 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 XI 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.. 112 117 118 121 121 121 124 125 126 129 129 131 132 133 137 138 141 141 142 142 144 145 145 147 149 151 153

XII Índice general 50100 Demanda teórica de oxígeno o o 50110 Coeficientes de transformación 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 159 153 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 6050 Diseño de tanques reguladores de caudal 179 4 60501. Cálculo gráfico de un ecualizador 180 605020 Cálculo numérico de un ecualizador o 6060 Simulación dinámica de un ecualizador 607 o Problemas o o o o o o o o o o o o o 182 185 187 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.......... 276 282 9. Modelización del proceso de lodos activos 9.1. Introducción................ 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 XV 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............ 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. 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. 362 354 356 357 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 - gica del fósforo........................... 367 365 366 366

XVI Índice general 10.24.Factores perturbadores del proceso de eliminación de fósforo 368 10.25. Consideraciones finales... 369 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..... 371 371 372 373 378 379 380 385 385 388 389 392 393 395 403 403 405 411 412 412 413 413 413

Índice general XVII 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 414 415 417 417 418 418 420 421 422 422 423 424 426 427 428 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