Capacidad de oxigenación

Tabla 20

Ecuaciones de regresión polinómica obtenidas

Tipo de difusor Ecuación de regresión polinómica R² Tipo A y = 1E-06x⁶ - 1E-04x⁵ + 0.0025x⁴ - 0.0323x³ +

0.224x² - 0.8007x + 1.281

0.9986

Tipo B y = -1E-10x⁵ + 3E-08x⁴ - 5E-06x³ + 0.0003x² - 0.0148x + 0.3066

0.9998

Tipo C y = -2E-06x³ + 0.0003x² - 0.0157x + 0.3333 0.9989

Resultados obtenidos por (Al-Ahmady, 2006) indican que, si se mantiene la tasa de flujo de aire constante, la capacidad de oxigenación (CO) será directamente proporcional a la profundidad y que el efecto de su incremento se puede explicar por el mecanismo de intercambio del oxígeno del gas al líquido. Durante esta fase, la transferencia se produce por procesos de formación, liberación y ascensión de las burbujas de aire. Así mismo, se pensó que el tipo de difusor de burbuja gruesa iba a tener un valor de capacidad de oxigenación intermedia entre el tipo de difusor de burbuja fina y extragruesa pero según los resultados no ocurrió así, dado que, con el tipo de difusor de burbuja extragruesa la superficie de las burbujas formadas al interior del recipiente provocaron mayor agitación en el agua favoreciendo el incremento de la capacidad de oxigenación. En el caso de la velocidad de transferencia de oxígeno instantánea esta disminuye a medida que la concentración de oxígeno disuelto aumenta.

Tabla 22

Resultados de capacidad de oxigenación obtenidos para el tipo de difusor B Tiempo

(min)

Tipo de difusor (B)

Totales

I II III

0 0.306084335 0.301402178 0.301265665 0.908752177 2.5 0.27692098 0.272303755 0.269447292 0.818672027 5 0.245401519 0.241563094 0.237784131 0.724748743 7.5 0.215766942 0.213183151 0.208811304 0.637761397 Tabla 23

Resultados de capacidad de oxigenación obtenidos para el tipo de difusor C Tiempo

(min)

Tipo de difusor (C)

Totales

I II III

0 0.350446471 0.342358132 0.339054386 1.031858989 2.5 0.297990534 0.289656294 0.287708733 0.87535556

5 0.265100542 0.259491042 0.256959033 0.781550616 7.5 0.236531862 0.231771622 0.229497762 0.697801246 Tabla 24

Resultados de Análisis de Varianza para el diseño factorial de dos factores de efectos fijos

Fuente variación Suma cuadrados

Grados de libertad

Cuadrado medio

Fo

Tipo de difusor 1.531288693 2 0.765644346 9789.584452 Tiempo 0.021798039 3 0.007266013 92.90377351 Interacción 1.666547538 6 0.277757923 3551.43306

Error 0.001877042 24 7.82101E-05 Total 3.221511312 35

Lo que se desea probar es el supuesto de que cuando varía el tipo de difusor de aire comprimido y el tiempo, no varía la capacidad de oxigenación. Por ello, se utilizó el siguiente criterio planteado por (Montgomery, 2004) , el cual establece que:

𝐹₀ > 𝐹_{𝛼,𝛼−1,𝑁−𝛼}

Donde F, representa al estadístico de prueba y Fo es el valor conseguido a partir de los datos experimentales. Así mismo, el valor de 𝐹_{𝛼,𝛼−1,𝑁−𝛼} es obtenido de las tablas de distribución F), 100 (1- 𝛼) intervalo de confianza, 𝛼 es el nivel de significación y N el número de experimentos totales.

Puesto que 𝐹_0.05,6,24 = 2.51 , se concluye que hay una interacción significativa entre el tipo de difusor de aire comprimido y el tiempo. Además, 𝐹_0.05,2,24 = 3.4 y 𝐹_0.05,3,24 = 3.01 , por lo que los efectos principales del tipo de difusor de aire comprimido y el tiempo de aireación también son significativos.

En general, se consigue un mejor tratamiento de las aguas residuales domésticas con el tipo de difusor de burbuja fina independientemente del tiempo.

CONCLUSIONES

1. El tipo de difusor de aire comprimido y el tiempo de aireación tienen un efecto significativo sobre la capacidad de oxigenación. En todos los casos, la capacidad de oxigenación fue disminuyendo desde el inicio del proceso de aireación siendo el valor más representativo el obtenido por el tipo de difusor A con 0.06 mg/L.min. Otros factores que pueden afectar esta variable son: el tamaño de las burbujas que se generan, la agitación que cada una provoca en el líquido y el tiempo transcurrido.

2. En los tres tipos de difusores de aire comprimido se determinó que, según avanza el tiempo de aireación, el déficit de oxígeno disminuye. Por lo tanto, la concentración de saturación obtenida en los experimentos fue en promedio 6.2 mg/L.

3. Se determinó que, la velocidad de transferencia de oxígeno está condicionada por el tamaño , número de burbujas que genera el tipo de difusor de aire comprimido y el tiempo de aireación de las aguas residuales domésticas, dado que reduce la cantidad insuficiente de oxígeno disuelto en el líquido.

4. Finalmente, se determinó que, el coeficiente global de transferencia de masa de oxígeno es mayor cuando el tipo de difusor de aire comprimido genera burbujas de menor tamaño, y permanece constante en el tiempo.

Es así que, el tipo de difusor A registró un mayor valor de KLa con 0.209 min^-1.

RECOMENDACIONES

1. Implementar un sistema de agitación para homogenizar la muestra y optimizar el proceso de desoxigenación de las aguas residuales a tratar evitando que las burbujas de aire disminuyan la eficiencia del medidor de oxígeno disuelto.

2. Para mejorar la evaluación del tratamiento empleado es necesario considerar otros modelos matemáticos propuestos en la literatura relacionada a otros tipos de sistemas de aireación y que permitan simular estos procesos.

3. Establecer diferentes profundidades para la colocación del medidor de oxígeno disuelto dentro del tanque de aireación para verificar la influencia de esta variable en la velocidad de transferencia de oxígeno.

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%281%29.pdf

ANEXOS ANEXO 1 Nomenclatura

𝑨 Área interfacial (m²)

C*(20) Concentración de saturación a una temperatura del agua de 20 °C (kg /m³)

CL Concentración de oxígeno en el líquido (mg/l)

Cs Coeficiente de Saturación del gas en el líquido (mg/l) Co Constante inicial

𝑪_𝒆 Concentración de equilibrio en el reactor (mg/l) 𝑯 Constante de Henry

KLa Coeficiente de transferencia de masa (ℎ⁻¹).

𝑲_𝑳𝙖_𝒓 Coeficiente global de transferencia de oxígeno para ARS (ℎ⁻¹).

𝑲_𝑳𝙖_𝒄 Coeficiente global de transferencia de oxígeno corregido (ℎ⁻¹) 𝑲_𝑳 Coeficiente de difusión de oxígeno en la película líquida (m/h)

𝑲_𝑻 Coeficiente global de transferencia de oxígeno a la temperatura T (ℎ⁻¹).

𝑲_𝑳𝒂(𝑪_𝒔− 𝑪) Oxígeno transferido por el aireador (mg/l)

Pb Presión atmosférica predominante en el sitio de prueba (atm) Ps Presión barométrica estándar (atm)

𝒑 Presión parcial del oxígeno en fase gaseosa (mmHg) P Presión barométrica (mmHg)

𝑷^𝑽 Presión de vapor del agua, a la temperatura del líquido (mmHg) 𝜭 Coeficiente sin dimensión cuyos valores varían entre 1.016 y 1.037 V Volumen de agua aireada (m³)

𝑵 Masa de oxígeno transferido (kgO2/h) t (1,2) Tiempo

𝜶 Factor de corrección para transferencia de oxígeno entre 0.8 y 0.85.

𝛃 Factor de corrección para aguas residuales.

A Tipo de difusor A B Tipo de difusor B C Tipo de difusor C

ANEXO 2 Datos experimentales por cada tipo de difusor de aire

T1(°C) OD (mg/L) CO(mg/L.min) Y1 (min^-1) T2(°C) OD (mg/L) CO(mg/L.min) Y2(min^-1) T3(°C) OD(mg/L) CO(mg/L.min) Y3(min^-1)

0 16.74833 0.41575 0.41575 1.81487 15.98567 0.41581 0.30292 1.82267 16.04433 0.36994 0.34395 1.82569

0.5 16.75800 2.09760 2.09760 1.49456 15.98300 0.49095 0.29924 1.81046 16.04733 0.52940 0.33512 1.79967

1 16.75267 3.22517 3.22517 1.20329 15.98500 0.64652 0.29162 1.78462 16.04500 0.70191 0.32556 1.77073

1.5 16.74533 4.39472 4.39472 0.77003 15.98367 0.78340 0.28492 1.76139 16.04067 0.92310 0.31331 1.73236

2 16.75833 4.89519 4.89519 0.50673 15.98600 0.91075 0.27869 1.73927 16.04200 1.12948 0.30187 1.69517

2.5 16.81733 5.32785 5.32785 0.20202 15.97767 1.02929 0.27289 1.71825 16.03800 1.31151 0.29179 1.66119 3 16.81700 5.58974 5.58974 -0.08866 15.98367 1.16052 0.26646 1.69439 16.03867 1.41628 0.28597 1.64108 3.5 16.72200 5.71925 5.71925 -0.22933 15.98500 1.29669 0.25980 1.66907 16.03900 1.55598 0.27823 1.61364 4 16.74100 5.83154 5.83154 -0.37334 15.97867 1.42087 0.25372 1.64541 16.07467 1.60784 0.27535 1.60326 4.5 16.74033 5.93092 5.93092 -0.51950 15.97733 1.54505 0.24764 1.62114 16.07467 1.74754 0.26761 1.57474 5 16.78233 5.98617 5.98617 -0.61131 15.97933 1.66887 0.24158 1.59637 16.07367 1.87560 0.26052 1.54787 5.5 16.81133 6.06402 6.06402 -0.75789 15.98400 1.77718 0.23628 1.57420 16.06767 1.99096 0.25412 1.52302 6 16.78767 6.11927 6.11927 -0.87692 15.98433 1.92181 0.22919 1.54370 16.07100 2.13524 0.24613 1.49105 6.5 16.75700 6.15586 6.15586 -0.96451 15.98967 2.05587 0.22264 1.51471 16.06733 2.25448 0.23953 1.46385 7 16.78767 6.19604 6.19604 -1.07029 15.98500 2.15923 0.21758 1.49174 16.06467 2.33386 0.23512 1.44531 7.5 16.76233 6.26994 6.26994 -1.30018 15.98733 2.26119 0.21259 1.46850 16.06467 2.37937 0.23260 1.43453 8 16.75467 6.28501 6.28501 -1.35410 15.98533 2.36878 0.20732 1.44343 16.06000 2.50707 0.22553 1.40363 8.5 16.81400 6.29685 6.29685 -1.39847 15.98600 2.46086 0.20281 1.42146 16.06333 2.59527 0.22064 1.38172 9 16.78967 6.35640 6.35640 -1.65992 15.98233 2.55576 0.19817 1.39824 16.06400 2.69369 0.21518 1.35669 9.5 16.78567 6.36430 6.36430 -1.70019 15.98533 2.68381 0.19190 1.36609 16.06067 2.79423 0.20961 1.33046 10 16.75300 6.36681 6.36681 -1.71425 15.98433 2.76601 0.18788 1.34499 16.06367 2.90430 0.20351 1.30093 10.5 16.75300 6.39120 6.39120 -1.85077 15.98833 2.83798 0.18435 1.32601 16.06067 3.05141 0.19536 1.26006 11 16.75867 6.40089 6.40089 -1.91128 15.99100 2.93711 0.17950 1.29933 16.05600 3.15266 0.18975 1.23092 11.5 16.76033 6.41811 6.41811 -2.02863 15.98600 3.03765 0.17458 1.27155 16.05900 3.25673 0.18398 1.20005 12 16.74933 6.42708 6.42708 -2.09649 15.98733 3.12549 0.17028 1.24660 16.05333 3.41689 0.17511 1.15061 12.5 16.76067 6.42887 6.42887 -2.10995 15.98967 3.21263 0.16602 1.22124 16.05733 3.50332 0.17032 1.12288 13 16.75400 6.44430 6.44430 -2.24379 15.99000 3.28706 0.16237 1.19906 16.05500 3.54777 0.16785 1.10831 13.5 16.76233 6.45434 6.45434 -2.33635 15.98733 3.35974 0.15882 1.17691 16.05300 3.64302 0.16257 1.07636 14 16.75733 6.46439 6.46439 -2.43967 15.98900 3.43982 0.15490 1.15187 16.05233 3.72274 0.15816 1.04882 14.5 16.75533 6.47766 6.47766 -2.59380 15.98667 3.53930 0.15002 1.11995 16.05333 3.78907 0.15448 1.02530 15 16.75633 6.48843 6.48843 -2.74020 15.98900 3.61021 0.14655 1.09658 16.04833 3.85045 0.15108 1.00304 15.5 16.75233 6.49417 6.49417 -2.82940 15.98967 3.67583 0.14334 1.07438 16.05267 3.87797 0.14955 0.99289 16 16.75867 6.50242 6.50242 -2.97300 15.98400 3.75167 0.13963 1.04818 16.04833 3.97569 0.14415 0.95602 16.5 16.74633 6.50672 6.50672 -3.05570 15.98400 3.80776 0.13689 1.02829 16.04700 4.03248 0.14099 0.93394 17 16.75767 6.51246 6.51246 -3.17811 15.98733 3.88291 0.13320 1.00106 16.04767 4.09704 0.13741 0.90824 17.5 16.75700 6.51497 6.51497 -3.23746 15.98633 3.94006 0.13041 0.97985 16.04367 4.18806 0.13237 0.87085 18 16.75833 6.51820 6.51820 -3.31879 15.98500 4.00109 0.12742 0.95662 16.04600 4.24979 0.12895 0.84467 18.5 16.76133 6.53471 6.53471 -3.95838 15.98733 4.07446 0.12383 0.92808 16.04233 4.32670 0.12469 0.81106 Donde: T: temperatura del agua residual

OD:Oxígeno disuelto CO:Capacidad de oxigenación

Y:Coeficiente global de transferencia de masa DIFUSOR TIPO A(BURBUJA FINA)

t (min) DIFUSOR TIPO B(BURBUJA GRUESA) DIFUSOR TIPO C(BURBUJA EXTRAGRUESA)

ANEXO 3 Difusores de aire comprimido

ANEXO 4 Equipo registrador de datos

ANEXO 5 Tanque de aireación

ANEXO 6 Aireación de la muestra con el tipo de Difusor de Burbuja Fina

ANEXO 7 Compresor de aire

ANEXO 8 Pesado de bisulfito de sodio y cloruro de cobalto

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