La hipótesis que se propuso en el proyecto; antes de iniciar con esta investigación, fue:
“la profundidad de sumergencia y el tipo de difusor afectan significativamente la concentración de oxígeno disuelto en el líquido durante la aireación”. Y como se explicó en la parte metodológica, para operacionalizar de manera apropiada la variable concentración de oxígeno disuelto; dado que durante los experimentos se obtuvieron diferentes concentraciones, se utilizó los coeficientes Kla. De acuerdo a esto, para la verificación de esta hipótesis, se realizó el análisis de varianza de dos factores (tipo de difusor: 02 niveles y profundidad de sumergencia: 03 niveles). Entonces, con los datos de las dos tablas anteriores, el resumen del análisis de varianza tanto para el agua potable y también para el agua contaminada son los siguientes:
Tabla 18: ANOVA para Prueba de Hipótesis con Agua Potable FUENTE
VARIACION
SUMA CUADRADO
GRAD LIBERT
CUADRADO
MEDIO Fo
TIPO DE DIFUSOR (A) 0.64307649 1 0.64307649 29086.9381
PROFUNDIDAD DE S.(B) -0.18513253 2 -0.09256627 -4186.8569
INTERACCION -0.20063389 2 -0.10031694 -4537.42712
ERROR 0.000265305 12 2.2109E-05
TOTAL 0.257575379 17
Tabla 19: ANOVA para Prueba de Hipótesis con Agua Contaminada FUENTE
VARIACION
SUMA CUAD
GRAD LIBERT
CUADRADO
MEDIO Fo
TIPO DE DIFUSOR (A) 0.410455319 1 0.41045532 35355.5645
PROFUNDIDAD DE S.(B) -0.11777264 2 -0.05888632 -5072.31595
INTERACCION -0.13493808 2 -0.06746904 -5811.60923
ERROR 0.000139312 12 1.1609E-05
TOTAL 0.157883916 17
Realizando la lectura del indicador estadístico en tablas de distribución porcentual, para un nivel de significación de 5%, se tiene:
❖ Para la variable tipo de difusor: 𝐹𝛼,𝑎−1,𝑎𝑏(𝑛−1) = F 0.05, 1, 12 = 4.75
❖ Para la variable profundidad de sumergencia: 𝐹𝛼,𝑏−1,𝑎𝑏(𝑛−1) = F 0.05, 2, 12 = 3.89
❖ Para la interacción de las dos variables: 𝐹𝛼,(𝑎−1)(𝑏−1),𝑎𝑏(𝑛−1) = F 0.05, 2, 12 = 3.89
Comparando los Fo (indicador observado con los datos experimentales) con los F de tablas de distribución porcentual, se nota que 𝐹𝑜> 𝐹𝛼,𝑎−1,𝑎𝑏(𝑛−1) para la variable: tipo de difusor, mientras que, para la profundidad de sumergencia y la interacción de las dos variables, no. Esto se da tanto para el agua potable como para el agua contaminada.
De acuerdo a esto y el criterio de aceptación o rechazo de la hipótesis nula, en este caso:
Se rechaza que: el tipo de difusor no afecta en las medias de los tratamientos (hipótesis nula). Es decir, el tipo de difusor ejerce un efecto significativo en el coeficiente de transferencia de oxígeno. En el caso de la variable profundidad de sumergencia y la interacción de las dos variables, sucede lo contrario, es decir las Fo son menores que las F de tablas, por lo que se acepta que el efecto de la profundidad de sumergencia y la interacción no afecta las medias de los tratamientos (hipótesis nula). Esta última prueba comprueba lo que ya se había indicado en la sección anterior con relación a los Kla, donde se indicaba que para cualquier profundidad no existe un cambio notable de velocidad de oxigenación. Por lo cual es preferible realizar la oxigenación a mayor profundidad, pues se podrá oxigenar más volumen de líquido en un tiempo casi semejante que cuando se oxigena a menor profundidad y menor volumen.
CONCLUSIONES
• Se evaluó el efecto de la profundidad de sumergencia de difusor de aire y también el tipo de difusor empleado en la oxigenación de agua por aireación. De lo cual, para un tipo de difusor, cuando la profundidad de sumergencia se incrementa, el coeficiente de transferencia de oxigeno también aumenta, pero es poco significativo. Y, para una misma profundidad, el tipo de difusor empleado en la oxigenación afecta significativamente en el Kla, y por lo tanto en la velocidad de oxigenación.
• Se estimo el tamaño de burbuja que generan los difusores. El difusor de burbuja fina genera burbujas de 1 a 2 mm, mientras que el difusor de burbuja gruesa, aproximadamente de 5 a 8 cm
• Se determino los coeficientes de transferencia de oxígeno promedio de las muestras de agua residual sintética, que posee una demanda de oxígeno disuelto de 400 ppm, utilizando un difusor de burbuja fina. Los cuales, a las profundidades de sumergencia de 35 cm, 70 cm y 105 cm son: 0.21 min-1, 0.24 min-1 y 0.24 min-1 respectivamente. Y, utilizando un difusor de burbuja gruesa, para las mismas profundidades son: 0.049 min-
1, 0.046 min-1 y 0.048 min-1.
• Se determino la relación que existe entre la profundidad de sumergencia y los coeficientes de transferencia de oxígeno. En el caso del difusor de burbuja fina es: Kla
= -2x10-5h2 + 0.0027h + 0.133, mientras que para el difusor de burbuja gruesa es: Kla = 2x 10-6h2 - 0.0003h + 0.0562.
RECOMENDACIONES
Es recomendable en próximas investigaciones sobre este tema lo siguiente:
• Realizar experimentos con más niveles de profundidad de sumergencia para encontrar una relación matemática más apropiada que permita estimar coeficientes oxigenación de manera rápida para utilizarlo en el diseño y cálculo de equipos de aireación.
• Estudiar el efecto de la configuración del tanque que contiene la muestra liquida en las pruebas de aireación, con el fin de tener alternativas de elección para la implementación en diferentes casos prácticos de aireación de aguas.
BIBLIOGRAFÍA
Aguinaga, S. (1996). Manual De Procedimientos Analiticos Para Aguas Y Efluentes. 174.
Al-Ahmady, K. K. (2006). Analysis of oxygen transfer performance on sub-surface aeration systems. International Journal of Environmental Research and Public Health, 3(3), 301–
308. https://doi.org/10.3390/ijerph2006030037
Bao, Y., Jiang, Z., Tong, S., Huang, X., Cai, Z., & Gao, Z. (2019). Reactive mass transfer of single O2 bubbles in a turbulent flow chamber. Chemical Engineering Science, 207, 829–
843. https://doi.org/10.1016/j.ces.2019.07.006
Bermeo, D., & Salazar, F. (2013). Optimización de la planta de tratamiento de aguas residuales
Industriales de una empresa Textil.
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/6215/1/UPS-GT000524.pdf
Bioingenieria de Aguas Residuales (p. 411). (2005).
https://books.google.com/books?id=t5w5EZf1VhMC&pgis=1
Casey, T. J. (1997). Unit treatment processes in water and wastewater engineering. Choice Reviews Online, 35(04), 35-2133-35–2133. https://doi.org/10.5860/choice.35-2133 Changqing, L., Shuai, L., & Feng, Z. (2011). The oxygen transfer efficiency and economic cost
analysis of aeration system in municipal wastewater treatment plant. Energy Procedia, 5, 2437–2443. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.03.419
Chavan, A., & Madhusudan. (2014). Oxygen Mass Transfer in Biological Treatment System in the Presence of Non-aqueous Phase Liquid. APCBEE Procedia, 9(1969), 54–58.
https://doi.org/10.1016/j.apcbee.2014.01.010
Cheng, X., Xie, Y., Zheng, H., Yang, Q., Zhu, D., & Xie, J. (2016). Effect of the Different Shapes of Air Diffuser on Oxygen Mass Transfer Coefficients in Microporous Aeration
Systems. Procedia Engineering, 154, 1079–1086.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.599
Colombet, D., Legendre, D., Tuttlies, U., Cockx, A., Guiraud, P., Nieken, U., Galinat, S., &
Daniel, C. (2018). On single bubble mass transfer in a volatile liquid. International Journal
of Heat and Mass Transfer, 125, 1144–1155.
https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.04.149
Coy, G. A. (2007). Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales.
Díaz, H., & Caballero, J. (2015). Simulación de una planta de tratamiento de aguas residuales y
su análisis Técnico, económico, ambiental en la ciudad de Iquitos mediante el uso de Super
pro Designer V6-2015. 156.
http://repositorio.unapiquitos.edu.pe/bitstream/handle/UNAP/4712/Heidy_Tesis_Titulo_
2015.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Fayolle, Y., Cockx, A., Gillot, S., Roustan, M., & Héduit, A. (2007). Oxygen transfer prediction in aeration tanks using CFD. Chemical Engineering Science, 62(24), 7163–7171.
https://doi.org/10.1016/j.ces.2007.08.082
Introducción, I. (2006). Efecto de contaminantes sobre la transferencia de oxígeno en sistemas de aeración analizado mediante un modelo de dos zonas simplificado. Ciencia y Tecnología: Revista de La Universidad de Costa Rica, 24(2), 129–150.
Lecca, R., & Lizama, R. (2014). Caracterización de las aguas residuales y la demanda bioquímica de oxígeno.
Leu, S.-Y., Rosso, D., Larson, L. E., & Stenstrom, M. K. (2009). Real-Time Aeration Efficiency Monitoring in the Activated Sludge Process and Methods to Reduce Energy Consumption and Operating Costs. Water Environment Research, 81(12), 2471–2481.
https://doi.org/10.2175/106143009x425906
Lozano-rivas, W. A. (2016). Diseño de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Autor : Ing . WILLIAM ANTONIO LOZANO-RIVAS , MSc , PhD BOGOTÁ D . C ., COLOMBIA Octubre de 2012. December 2012, 0–195.
Martínez-Santacruz, C. Y., Herrera-López, D., Gutiérrez-Hernández, R. F., & Bello-Mendoza, R. (2016). Tratamiento de agua residual doméstica mediante un reactor rafa y una celda microbiana de combustible. Revista Internacional de Contaminacion Ambiental, 32(3), 267–279. https://doi.org/10.20937/RICA.2016.32.03.02
Mateo, J., & Díaz, P. (n.d.). Preparación y composición de agua residual sintética para ser alimentada en vermifiltros a escala laboratorio. 6(3), 93–99.
Metcalf and Eddy. (1995). Ingeniería de aguas residuales. Volumen 1: Tratamiento, vertido y reutilización.
Muñoz, H., Orozco, S., Vera, A., Suárez, J., García, E., Neria, M., & Jiménez, J. (2015).
Relación entre oxígeno disuelto, precipitación pluvial y temperatura: río Zahuapan, Tlaxcala, México. Tecnologia y Ciencias Del Agua, 6(5), 59–74.
Negri, L. M. (2005). EL pH Y LA ACIDEZ DE LA LECHE. 155–161.
Nieto, J. (2012). Diseño De Un Sistema De Aireación.
Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental ( OEFA). (2015). Entidad Prestadora de Servicios de Saneamiento (EPS Saneamiento).
Ovezea, A. (2009). Using fine bubble diffusers. Filtration & Separation, 46(1), 24–27.
https://doi.org/10.1016/S0015-1882(09)70088-6
Ramos Vargas, C. A. (2014). Modelo de tratamiento de aguas residuales lodos activados convencional en el valle del Mantaro. Universidad Nacional Del Centro Del Perú, 199.
http://repositorio.uncp.edu.pe/handle/UNCP/426
Ronzano, E., & Dapena, J. L. (2016). Sistemas de Aeración.
http://cidta.usal.es/residuales/libros/logo/pdf/sistemas_aireacion.pdf
Rossi, M. (2010). Oportunidades De Mejoras Ambientales Por El Tratamiento De Aguas Residuales En El Perú. Fondo Nacional Del Ambiente, 1–37.
www.fonamperu.org/.../agua/.../Oportunidades_Mejoras_Ambientales.pd...
Salinas, P., Cárdenas, M., Cáceres, A., Calderón, C., Mayol, A., Davidovics, G., Silva, J., Arancibia, S., Alegría, I., González, C., & Lay Lisboa, S.-L. (2009). Métodos de investigación social. In Perspectives on Politics.
UDEP. (2012). Naturaleza del agua residual domestica y su tratamiento. 1. 1–23.
http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_135_183_88_1242.pdf
Viva, R. D. A., & Tarabana, N. (2009). Uso de agua residual y contenido de materia orgánica y biomasa microbiana en suelos de la llanura de coro, venezuela* use of wastewater and organic matter and microbiological mass content of coro plain soils, venezuela. 35, 211–
218.
Xu, Y., Zhu, N., Sun, J., Liang, P., Xiao, K., & Huang, X. (2017). Evaluating oxygen mass transfer parameters for large-scale engineering application of membrane bioreactors.
Process Biochemistry, 60(May), 13–18. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2017.05.020 Zaragoza. (2010). Características de las aguas residuales. 62.
http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF Zenit. (2010). MEZCLADORES AIREACIÓN y. 16.
ANEXOS
Fotografía 1: Pesado de Reactivos
Fotografía 2: Visualización de las Variables en el Registrador de Datos (OD, T)
Fotografía 3: Prueba con Difusor de Burbuja Fina a una Profundidad de 35cm (Agua Potable)
Fotografía 4: Prueba con Difusor de Burbuja Fina a una Profundidad de 35cm (Agua Contaminada)
Fotografía 5: Prueba con Difusor de Burbuja Gruesa a una Profundidad de 70cm (Agua Potable)