2.3. Procedimiento
2.3.3. Concentración de NPs-SiO2
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Fotografía 17: Celdas con muestra a analizar
81 b) Ubicación del reactor RAFA o UASB
El reactor RAFA o UASB a escala piloto se encuentra en el laboratorio MATINTEC de la facultad de Química e Ingeniería Química de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Fotografía 18: reactor en el laboratorio de la Facultad de Química e Ingeniería Química
c) Tiempo de Retención
Los tiempos de retención estudiados en esta investigación son los siguientes
Tabla 11: Tiempo de retención hidráulica a investigar
TRH TRH-1 TRH-2 TRH-3 TRH-4
Horas 6 8 10 12
Fuente: Propia
Se trabaja con estos cuatro tiempos de retención hidráulica por estimar que el lodo tendrá efecto en la optimización del reactor RAFA, no se consideró tiempos de retención mayores a 20 horas porque normalmente son usados en lugares de temperaturas bajas.
82 d) Caudal de diseño
Teniendo volumen del reactor y los TRH definidos podemos determinar para cada TRH su respectivo Caudal de operación y programar dichos caudales en la bomba peristáltica
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (3.456𝐿)
𝑇𝑅𝐻 ∗1 ℎ𝑜𝑟𝑎
60 𝑚𝑖𝑛∗1000𝑚𝑙 1𝐿
Tabla 12: TRH y Caudal de operación a investigar
TRH(h) Caudal(ml/min) Caudal(L/dia)
6 9.6 13.82
8 7.2 10.08
10 5.8 8.12
12 4.8 6.72
Fuente: Propia
e) Preparación del agua municipal sintetizada
Para caracterizar el agua municipal sintetizada que es el afluente del reactor RAFA, se mezcló las concentraciones exactas de macronutrientes y micronutrientes (Ver tabla 13)
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Tabla 13: Composición del sustrato sintético (basado sobre la demanda química de oxígeno en el influente de 1150 mg/L)
Macronutrientes Micronutrientes
Component es
Concentració n
Unidade s
Component es
Concentració n
Unidade s
C6H12O6 0.592 g/L MgSO4.7H20 0.250 mg/L
C2H4O2 0.159 ml/L CaCl2.2 H20 0.010 mg/L
C3H6O2 0.097 ml/L FeSO4.7 H20 0.185 mg/L
C4H8O2 0.110 ml/L MnCl2.2 H20 0.044 mg/L
KNO3 0.979 g/L ZnSO4.2 H20 0.200 mg/L
KH2PO4 0.250 g/L CuSO4.2 H20 0.500 mg/L
Na2HPO4 0.135 g/L NiCl2.6 H20 0.500 mg/L
K2Cr2O7 0.500 mg/L
Fuente: Propia
Según la tabla 13, se preparó para una cantidad de 10L diariamente, a continuación, se muestra la tabla 14 con la determinación del DQO del afluente que fue un sustrato sintético
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Tabla 14: Demanda Química de Oxigeno (DQO) para una razón C/N de 3
Compuesto Cantidad DQO (mg/L)
C(mg/L) N-
NO3(mg/L)
P-PO4
C6H12O6 0.592 g 631.467 236.800 C2H4O2 0.159ml 169.493 63.560 C3H6O2 0.097 ml 146.054 46.946 C4H8O2 0.110 ml 199.818 59.945
KNO3 0.979 g 135.750
KH2PO4 0.250 g 56.985
Na2HPO4 0.135 g 29.472
TOTAL 1146.85 135.750 86.457
Fuente: Propia
Para que las bacterias metanogénicas trabajen en forma óptima, se requiere mantener el pH lo más constante posible cercano a 7, es por ello que se realizó constantes mediciones de relación entre la alcalinidad debida a los AGV y la alcalinidad(IB) según bibliografía (Andrea Pérez, 2008) recomienda que esta relación debe estar entre 0.2<IB< 0.35.
f) Descripción del sistema
El reactor RAFA funcionó como tratamiento primario para el afluente que fue un sustrato sintético preparado en el laboratorio con sustancias químicamente puras, asimilando las características de un agua residual municipal. Los lodos activos fueron extraídos del reactor RAFA de CITRAR UNI (Ver fotografía
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Fotografía 19: Extracción de las muestras de lodos activos de CITRAR UNI
El reactor RAFA a escala piloto consiste en un biotanque de almacenamiento de 12 L, una bomba peristáltica que impulsa caudal constante al reactor RAFA, finalmente el efluente tratado es recolectado en un recipiente de 15 L
Figura 18: Diagrama de flujo de agua residual sintetizada en el reactor RAFA piloto
Una vez puesto en marcha el sistema de tratamiento, se tomó muestras diarias de entrada y salida
Agua residual sintetizada
Biotanque de almacenamiento
tratamiento primario reactor RAFA
Efluente tratado
86 g) Determinación puntos de monitoreo
Para controlar la eficiencia del reactor RAFA se tomaron en cuenta los siguientes puntos de monitoreo. (Ver fotografía 20)
Fotografía 20: Puntos de monitoreo del reactor RAFA
Donde:
Punto A: Punto de monitoreo al ingreso del reactor RAFA Punto B: Punto de salida del reactor RAFA
Punto C: Punto de muestreo del lodo activado h) Parámetros de medición
Los parámetros medidos en esta investigación son los siguientes:
A) PARAMETROS FISICOQUIMICOS
Temperatura de ingreso al reactor RAFA PUNTO A
PUNTO B
PUNTO C
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Temperatura de salida del reactor RAFA
pH
Demanda química de oxígeno total (DQO) B) PARAMETROS MICROBIOLOGICOS
Bacterias E. coli
h.1) Temperatura en reactor RAFA
Para determinar la temperatura se utilizó un termómetro digital de marca BOECO, se utiliza para medir la temperatura de entrada y salida del reactor RAFA, todo esto fue monitoreado in situ, la muestra se extrajo en vasos de 200 ml y se introdujo el termómetro digital para ver la medición. (Ver fotografía)
Fotografía 21: Termometro digital , BOECO
h.2) pH
Para determinar el pH se utilizó un multiparámetro de marca Milwaukee modelo MW801 (Ver fotografía 22), el procedimiento de medición se inicia con la calibración del equipo, luego se introduce el electrodo en la muestra a analizar para dar lectura, finalmente el electrodo se lava con agua destilada para realizar otra medición
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Fotografía 22: Multiparámetro, Milwaukee modelo MW801
h.3) DQO
Para el análisis de la demanda química de oxígeno se tomó una muestra del efluente de acuerdo a las normas de muestreo (Anexo 1), se procedió a enviar al laboratorio SGS del Perú S.A.C. para su posterior análisis.
h.4) Bacterias E. coli
Para el análisis de las bacterias E. coli se tomó una muestra hade acuerdo a las normas de muestreo (Anexo 1), se procedió a enviar al laboratorio SGS del Perú S.A.C. para su posterior análisis.
i) Periodos del proyecto de investigación
En la Etapa 1 se empezó con el estudio de la actividad microbiana y el arranque del reactor RAFA, el 10 de diciembre del 2018, se empieza con los monitoreos de pH, temperatura, SDT y DQO el 8 de enero del 2019, hasta el 15 de abril del 2019, la etapa 2 empezó 16
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de abril hasta el 28 de mayo del 2019, la etapa 3 las tres primeras semanas de junio (Ver tabla 13), en total el estudio duró 178 días
Tabla 15: Periodos del proyecto de investigación
Periodo Fecha de inicio Fecha final Dias parciales
Etapa 1 10/12/2018 15/04/2019 106
Etapa 2 16/04/2019 28/05/2019 44
Etapa 3 01/06/2019 25/06/2019 24
Fuente: Propia
j) Tiempo de arranque del reactor RAFA
El sistema estuvo aprueba aproximadamente 29 días, comenzó a operar el día 10/12/2018 luego hasta el día 08/01/2019 que comenzó con los monitoreos de pH, T°, SDT y DQO , se obtuvo una eficiencia de 60%, siguiendo con los monitoreos desde el 09/01/2019 hasta el 28/05/2019 se obtuvo una eficiencia de 80.9%, lo cual indica que el lodo se había estabilizado y el reactor tiene un trabajo óptimo.
k) Distribución del efluente del reactor RAFA
Sabiendo la eficiencia y el trabajo optimo del reactor, se extrajo 6 L del efluente del reactor RAFA y se distribuyó en 3 vasos de 2 L
l) Preparación de las NPs-SiO2 a las concentraciones definidas
Se preparó soluciones con concentraciones de 20, 120, 240 ppm de NPs-SiO2, luego se pasó a sonicar las muestras por 30 minutos para una mayor homogenización.
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Fotografía 23: Distribución de NPs-SiO2
Fotografía 24: soluciones de NPs-SiO2 dentro del sonicador
m) Tiempo de contacto de las NPs-SiO2
m.1) Inoculación de las NPs-SiO2 en el efluente del reactor RAFA
Se mezcló las soluciones de las NPs-SiO2 en cada vaso con el efluente del reactor, y se distribuyó en 9 vasos de 500 ml para ponerlo en agitación, Ver tabla.16
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Tabla 16: Distribución detallada de las muestras
Inicial Distribución Tiempo (H) 2L - NPs-SiO2(20
ppm)
500 ml 2
500ml 4
500ml 6
2L - NPs-SiO2(120 ppm)
500ml 2
500ml 4
500ml 6
2L - NPs-SiO2(240 ppm)
500ml 2
500ml 4
500ml 6
Fuente: Propia
n) Toma de muestras a analizar
Para saber la cantidad de bacterias inicialmente, se tomó 250 ml para ser analizadas en el laboratorio, después de transcurrir 2 horas, se tomó 250 ml de 3 vasos con diferentes concentraciones y así progresivamente hasta culminar las 6 horas. Cada muestra fue etiquetada con sus respectivas concentraciones y tiempo
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Fotografía 26: llenado de muestra para ser analizadas Fotografía 25: Distribución de las muestras
93 2.4) DISEÑO EXPERIMENTAL
2.4.1) VARIABLE DEPENDIENTE
● Inactivación de las bacterias E. coli 2.4.2.) VARIABLES INDEPENDIENTES
● Concentración de las NPs-SiO2
o 20 ppm o 120 ppm o 240 ppm
● tiempo, h o 2 o 4 o 6
2.4.3.) DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
Para hallar los parámetros adecuados de la inactivación de las bacterias E. coli se utilizó el diseño experimental factorial: N° pruebas = 3k
Donde:
3: representa el número de niveles
k: representa el número de variables independientes
En el proyecto se utilizó 2 variables independientes con 3 niveles como se muestra en la tabla 17:
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Tabla 17: Diseño experimental factorial
Concentración de NPs-SiO2
Tiempo de contacto de NPs-SiO2
% de inactivación de las E. coli
ppm horas
20 2 X1
20 4 X2
20 6 X3
120 2 X4
120 4 X5
120 6 X6
240 2 X7
240 4 X8
240 6 X9
Fuente: Propia
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