Raccolta esercizi svolti di chimica applicata all'ingegneria sanitaria e potabilizzazione delle acque

Indice degli esercizi svolti

Esercizi di chimica

• Richiami teorici su: peso atomico, peso equivalente, valenza e numero di equivalenti .......................................... 3
• Esercizio 1: Determinazione delle concentrazioni equivalenti di [..] in una soluzione di [...] .......................... 6
• Esercizio: Determinazione della durezza di un'acqua ............................................................................................... 8
• Richiami teorici su: Legge dell'azione di massa, molarità e normalità ................................................................. 11
• Esercizio 2: Determinare molarità e normalità di una soluzione ......................................................................... 12
• Richiami teorici su: costante k, equilibrio acido-base, autoionizzazione dell'acqua e prodotto ionico ....... 13
• Esercizio 3: Determinazione del pH di una soluzione ottenuta sciogliendo [...] in [...] ................................. 15
• Esercizio 4: Quanto vale il pH di una soluzione tot. molare di [...] nota la costante di dissociazione ka .... 16
• Esercizio 5: Determina il pH di una soluzione con tot mol/l di [...] nota k_B .................................................... 17

Esercizi di ingegneria sanitaria

• Richiami teorici: efficienza di una vasca di sedimentazione ....................................................................................... 18
• Esercizio 6: Calcolo del rendimento di un bacino di sedimentazione .................................................................... 20
• Esercizio 7: Diagramma a barre a partire da analisi chimica dell'acqua ............................................................. 22
• Esempio 1: Diagramma a barre per l'acqua San Benedetto .............................................................................. 24
• Esempio 2: Diagramma a barre per l'acqua Ferrarelle .......................................................................................... 26
• Esercizio 8: Calcola l'alcalinità ........................................................................................................................................ 27
• Esercizio: Data la composizione di un'acqua, disegnare il diagramma a barre e calcolarne durezza totale, carbonica, non carbonatica e alcalinità ...................................................................................................................... 28

Esercizio 9: Dimensionamento di un impianto di potabilizzazione

• Canale di adduzione ............................................................................................................................................................ 31
• Griglia ................................................................................................................................................................................... 32
• vasca di sedimentazione .................................................................................................................................................... 33
• Bacino di chiariflocculazione ............................................................................................................................................ 35
• Filtrazione ............................................................................................................................................................................ 37
• Disinfezione ......................................................................................................................................................................... 38
• Esercizio 10: Jar test, determinazione pH ottimale e calcolo alcalinità consumata .......................................... 40

ESERCITAZIONE del 4 maggio 2007

PESO ATOMICO: Peso dell'atomo. Essendo molto piccolo non utilizzabile per espressi come unità di misura bensì l'unità di massa atomica (u.m.a).

1 u.m.a = ₁/¹² P.A_C

MOLE

La quantità espressa in grammi di un elemento pari al suo peso atomico. Se abbiamo a che fare con un composto e non con un elemento, parliamo di PESO MOLECOLARE (somma dei pesi atomici).

Esempio:

• P.M H₂O = 2 x 1 + 16 = 18 uma
• 1 mole d'acqua = 18 gr di acqua
• P.A H = 1
• P.A O = 16
• P.A C = 12
• P.M O₂ = 16 x 2 = 32 uma
• 1 mole di ossigeno = 32 gr di ossigeno
• P.M H₂O₃ = 1 x 2 + 16 x 3 = 64 uma
• 1 mole di carbonato = 64 gr di carbonato

La relazione che esiste fra le grandezze citate è:

n = _P/^PM

• M = numero di moli
• P = peso in grammi
• PM = peso molecolare (nel caso di composti) o atomico (nel caso di elementi)

PESO EQUIVALENTE

P.E = ^P.M/_V

• PE = Peso equivalente
• P.M = Peso molecolare
• V = Valenza (o peso in una mole)

Da quest'espressione ricavo

P(gr*)_CaCO3 = (P(gr*)_NaHCO3) (P.E CaCO3) / (P.E NaHCO3)

che è proprio quella che avevo scritto prima. Procediamo a risolvere i calcoli. Mi manca solo P.E CaCO3:

P.E_CaCO3 = P.M = (40 + 12 + 16.3) / 2 = 50

_CaCO3 = Ca²⁺ + CO3^2- 1:1 = 2

⇒ P(gr*)_CaCO3 = 150 · 10^-3 · 50 / 8g = 0,113 gr = 113 mgr

⇒ C_CaCO3 = 113 mgr/l

Dunque dire che in una soluzione ci sono 150 mgr/l di NaHCO3 equivale a dire che ci sono 113 mgr/l di CaCO3

Facciamo la stessa cosa per il Bicarbonato di magnesio.

N.E_Mg(HCO3)2 = P / P.E = 150 · 10^-3 / 73

P.E_CaCO3 = P.M = 2(40 + 7. [1 + 12 + 16.3]) / 1:1 / 2 = 73

Abbiamo già visto come si divide questo composto in acqua

⇒ P(gr*)_CaCO3 = P(gr*)_Mg(HCO3)2 / P.E_Mg(HCO3)2 · P.E_CaCO3 = 150 · 10^-3 · 50 / 73 = 0,082 gr = 82 mgr

Esercizio 2

Consideriamo una soluzione 0,01 M di acido solforico H₂SO₄ di volume di 300 ml. Aggiungiamo a questa soluzione un'altra soluzione dello stesso acido 0,03 N e di volume pari a 100 ml. Determiniamo molarità e normalità della soluzione risultante.

Consideriamo la prima soluzione, quella dei 300 ml di volume. Chiamiamo M₁ e N₁ le sue concentrazioni, rispettivamente molarità e la normalità.

M₁ = 0,01 (lo sappiamo dalla traccia) N₂ = 1^st M₁ = 2 . 0,01 = 0,02

Facciamo lo stesso per la seconda soluzione, quella del volume di 100 ml. In questo caso

N₂ = 0,03 (lo sappiamo dalla traccia)

Adesso possiamo considerare la soluzione finale di volume pari a 300 + 100 = 400 ml. La sua molarità M e normalità N risultano pari a:

M = ^{M₁V₁ + M₂V₂}/_{V1 + V2} = ^{0,01.300 + 0,03.100}/_{300 + 100} = 0,01125 m/l

N = M . 1^st = 0,01125 . 2 = 0,0225 eq/l

OSS in acqua H₂SO₄ -> 2H⁺ + SO₄^2-