3.4 ANOVA DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES (CONCENTRACIÓN DE
3.4.1 Experimento factorial p x q
76
3.4 ANOVA DE LAS VARIABLES INDEPENDIENTES (CONCENTRACIÓN DE
77
Tabla 22. Esquematización del diseño estadístico DCA con arreglo factorial de 7 x2 con 2 repeticiones, aplicado a la investigación.
TRATAMIENTOS
[ ]1 [ ]2 [ ]3 [ ]4 [ ]5 [ ]6 [ ]7
Ө1 Ө2 Ө1 Ө2 Ө1 Ө2 Ө1 Ө2 Ө1 Ө2 Ө1 Ө2 Ө1 Ө2
R1 A111 A121 A211 A221 A311 A321 A411 A421 A511 A521 A611 A621 A711 A721
R2 A112 A122 A212 A222 A312 A322 A412 A422 A512 A522 A612 A622 A712 A722
Fuente: Elaboración propia
Leyenda:
[ ]1, [ ]2,… [ ]7 = Concentración del coagulante Ө1y Ө2 = Tiempo de coagulación
A111, A112,…,A723= % de remoción de hierro
78
Tabla 23. Resultados correspondientes al % de remoción de Hierro en los siete tratamientos de la muestra de agua acida de la mina Carhuacayán.
CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE
10 𝒑𝒑𝒎 20 𝒑𝒑𝒎 30 𝒑𝒑𝒎 40 𝒑𝒑𝒎 50 𝒑𝒑𝒎 60 𝒑𝒑𝒎 70 𝒑𝒑𝒎
TIEMPO DE COAGULACIÓN
2’ 5’ 2’ 5’ 2’ 5’ 2’ 5’ 2’ 5’ 2’ 5’ 2’ 5’
ORIGINAL 85,89 86,30 86,69 91,43 85,59 86,96 84,98 85,86 84,09 85,67 83,47 85,58 83,38 79,46
REPETICIÓN 89,28 85,82 90,35 92,03 85,80 87,14 85,87 86,69 82,41 86,06 83,50 85,49 83,93 78,78
PROMEDIO 87,59 88,87 88,52 91,73 85,70 87,05 85,43 86,28 83,25 85,87 83,48 85,53 83,65 79,12
Fuente: Elaboración propia
79
Para demostrar diferencia entre los tratamientos se realizó un Diseño Completamente al Azar (DCA) con un arreglo factorial de 7 x 2 tal como se indica en la Tabla 22.
Tabla 24. Análisis de varianza para % de remoción Hierro
FUENTE GL SC Ajust. MC
Ajust.
Valor F Valor p
Concentraciones 6 170.551 28.425 25.84 0.000
Tiempos 1 2.314 2.314 2.10 0.169
Concentraciones*tiempos 6 44.479 7.413 6.74 0.002
Error 14 15.403 1.100
Total 27 232.746
Fuente: Programa Minitab
S = 1.04890 R-cuad. = 93.38% R-cuad. (ajustado) = 87.24%
b) Prueba de hipótesis para las concentraciones de coagulantes.
Hp: El % de remoción promedio a diferentes concentraciones de coagulante son similares.
Ha: Al menos un % de remoción promedio debido a diferentes concentraciones de coagulante es diferente de los demás
De los resultados: con un valor de p de 0,000; (p ˂ 0,05) para la variable concentración; las evidencias estadísticas muestran que aun nivel de significación de 0,05 se rechaza la Hp y se acepta la Ha.
80
Tabla 25. Prueba de comparaciones múltiples de tukey a una confianza de 95%. Resultados del
% de remoción de hierro a diferentes concentraciones de coagulantes.
TRATAMIENTOS N MEDIA AGRUPACIÓN
2 4 90.1250 A
1 4 86.8243 B
3 4 86.3746 B
4 4 85.8518 B
5 4 84.5577 B
6 4 84.5082 B
7 4 81.3872 C
Fuente: Programa Minitab
Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes.
Grafico 3. Media de las prueba de múltiples comparaciones, para determinar la diferencia entre pares de muestras, para las diferentes concentraciones de coagulantes.
En la prueba de hipótesis para las concentraciones de coagulantes se concluye que el
% de remoción debido a las siete concentraciones de coagulantes presenta diferencias significativas. lográndose realizar las pruebas de múltiples comparaciones para
B A B B B B C
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
10 20 30 40 50 60 70
%
CONCENTRACIÓN (ppm)
% Remocion de Hierro
81
establecer la diferencia entre pares de muestras de los tratamientos. Se realiza la prueba de comparación de medias de Tukey. Se concluye que el tratamiento 2 (20 ppm) tiene mayor porcentaje de remoción de hierro (90,1250%), los tratamientos 1 (10 ppm), 3 (30 ppm), 4 (40 ppm), 5 (50 ppm) y 6 (60 ppm) no existen diferencias significativas en cuanto a la remoción de hierro, el tratamiento 7 (70 ppm) tiene el menor porcentaje de remoción de hierro (81,3872%).
c) Prueba de hipótesis para los tiempos de coagulación.
Hp: El % de remoción promedio a los tiempos de coagulación son similares.
Ha: Al menos un % de remoción promedio debido a los tiempos de coagulación es diferente de los demás.
α = 0,05
De los resultados: con un valor de p de 0,169; (p > 0,05) para la variable tiempo de coagulación; las evidencias estadísticas muestran que aun nivel de significación de 0,05 se acepta la Hp y se rechaza la Ha.
Tabla 26. Prueba de comparaciones múltiples de tukey a una confianza de 95%. Resultados del
% de remoción de hierro a diferentes tiempos de coagulación.
TRATAMIENTOS N MEDIA AGRUPACIÓN
2 14 85.9487 A
1 14 85.3738 A
Fuente: Programa minitab
Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes.
82
Grafico 4. Media de las prueba de múltiples comparaciones, para determinar la diferencia entre pares de muestras, para los diferentes tiempos de coagulación.
En la Prueba de hipótesis para los tiempos de coagulación Se concluye que el % de remoción debido a los dos tiempos de concentraciones no presentan diferencias significativas. Se puede ejecutar la prueba de múltiples comparaciones para establecer que no existe la diferencia entre pares de muestras de los tratamientos. Se concluye que entre los tratamientos 1 y 2 de tiempo de coagulación de (2 𝑚𝑖𝑛 y 5 𝑚𝑖𝑛) no existen diferencias significativas en cuanto a la remoción de hierro.
d) Prueba de hipótesis para la Interacción concentraciones de coagulantes y tiempos de coagulación.
Hp: El % de remoción promedio de la interacción de las concentraciones con los tiempos de coagulación son similares.
Ha: Al menos un % de remoción promedio debido a la interacción de las concentraciones con los tiempos de coagulación es diferente de los demás.
α = 0,05
A A
0 20 40 60 80 100
2 5
%
TIEMPO (min)
% Remocion de Hierro
83
De los resultados: con un valor de p de 0,002; (p ˂ 0,05) para la interacción de las concentraciones de coagulantes y los tiempos de coagulación, las evidencias estadísticas muestran que aun nivel de significación de 0,05 se rechaza la Hp y se acepta la Ha.
Tabla 27. Prueba de comparaciones múltiples de tukey a una confianza de 95%. Resultados del
% de remoción de hierro para la interacción concentraciones de coagulantes y tiempo de coagulación.
TRATAMIENTOS N MEDIA AGRUPACIÓN
22 ([ ]2 Ө2) = T4 2 91.7304 A
21 ([ ]2 Ө1) = T3 2 88.5196 A B
11 ([ ]1 Ө1) = T1 2 87.5864 A B C
32 ([ ]3 Ө2) = T6 2 87.0510 B C D 42 ([ ]4 Ө2) = T8 2 86.2773 B C D 12 ([ ]1 Ө2) = T2 2 86.0621 B C D 52 ([ ]5 Ө2) = T10 2 85.8661 B C D 31 ([ ]3 Ө1) = T5 2 85.6982 B C D 62 ([ ]6 Ө2) = T12 2 85.5337 B C D 41 ([ ]4 Ө1) = T7 2 85.4263 B C D
71 ([ ]7 Ө1) = T13 2 83.6539 C D
61 ([ ]6 Ө1) = T11 2 83.4827 C D
51 ([ ]5 Ө1) = T9 2 83.2494 A B C D E 72 ([ ]7 Ө2) = T14 2 79.1205 A B C D E
Fuente: Programa minitab
Las medias que no comparten una letra son significativamente diferentes.
84
Grafico 5. Media de las prueba de múltiples comparaciones, para determinar la diferencia entre pares de muestras, para la interacción concentraciones de coagulantes y tiempo de coagulación.
En la prueba de hipótesis para la Interacción de concentraciones de coagulante y tiempos de coagulación Se concluye que el % de remoción debido a la interacción de las concentraciones de coagulante y los tiempos de coagulación presenta diferencias significativas. Por lo tanto se puede efectuar la prueba de múltiples comparaciones para establecer la diferencia entre pares de muestras de los tratamientos. Se realiza la prueba de comparación de medias de Tukey. Se concluye que en el tratamiento 4 tiene el mayor porcentaje de remoción de Hierro y existe diferencia (91,73 %) pero tiene similitud con el tratamiento 3 (88,51%). El tratamiento 1 tiene similitud con el tratamiento 3 (87.58%; 88.51% respectivamente), Entre los tratamientos 2, 5, 6, 7,
ABC BCD AB A
BCD BCD BCD BCD
DE BCD CD BCD CD E
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14
[ ]1 Ө1
[ ]1 Ө2
[ ]2 Ө1
[ ]2 Ө2
[ ]3 Ө1
[ ]3 Ө2
[ ]4 Ө1
[ ]4 Ө2
[ ]5 Ө1
[ ]5 Ө2
[ ]6 Ө1
[ ]6 Ө2
[ ]7 Ө1
[ ]7 Ө2
%
CONCENTRACIÓN*TIEMPO
% Remocion de Hierro
85
8,10 y 12 no existen diferencias significativas en cuanto a la remoción de hierro (86,06%; 85,69%; 87,05%; 85,42%; 86,27%; 85,86% y 85,53 respectivamente) y tiene similitud con el tratamiento 1, 3, 11, y 13. Los tratamientos 11 y 13 no existen diferencias significativas en cuanto a la remoción de hierro (83,48%; 83,65%
respectivamente) y tienen una similitud con los tratamientos 9 (83,24). Y el tratamiento 14 tiene el menor porcentaje de remoción de hierro (79,12%).
86
CONCLUSIONES
Se analizó las aguas acidas de la mina Carhuacayán donde los parámetros de campo son temperatura 16 °𝐶, pH 5,45; caudal 228,8 𝐿𝑠 y los resultado de hierro es 29,790 𝑝𝑝𝑚 concluyendo que esta concentración de hierro es demasiada y no cumple con las normas peruanas para la calidad del agua.
Se caracterizó el coagulante extraído del cactáceo Opuntia floccosa a nivel laboratorio mediante la prueba de análisis proximal y espectrofotometría infrarrojo. concluyendo que debido a la gran cantidad de carbohidratos 87,71% que contiene este cactáceo, es el que favorece a la coagulación. atribuyendo el poder coagulante a los compuestos algínicos derivados del almidón presente en la planta. Por los resultados de la prueba de espectrofotometría infrarrojo predicen la presencia de grupos funcionales como alquenos, anillos aromáticos aminas, amidas, alcoholes, éteres, nitroderivados, alcanos, anillos aromáticos y fenoles unidos por puentes de hidrogeno. que indican que el coagulante del cactáceo Opuntia flocossa es un polielectrolito natural.
Se determinó la concentración adecuada de coagulante para remover el hierro de las aguas acidas de la mina Carhuacayán mediante el método de prueba de jarras, siendo la concentración de 20 𝑝𝑝𝑚 la más adecuada en rangos de concentración de 10 𝑝𝑝𝑚 a 70 𝑝𝑝𝑚.
Se determinó el tiempo adecuado de coagulación para remover el hierro de las aguas acidas de la mina Carhuacayán, mediante el método de prueba de jarras siendo el tiempo de coagulación de 5 𝑚𝑖𝑛 el más adecuado comparando con un tiempo de coagulación de 2 𝑚𝑖𝑛.
87
Se determinó la concentración de hierro de las agua acida de la mina Carhuacayán después del tratamiento con el coagulante del cactáceo Opuntia floccosa dando una concentración de hierro que va desde 2,464 𝑝𝑝𝑚 hasta 6,22 𝑝𝑝𝑚 siendo la menor concentración de hierro 2,464 𝑝𝑝𝑚 y cumpliendo con las normas peruanas para la calidad del agua, Decreto Supremo N° -015-MINAM.
Se removió el hierro de las aguas acidas de la mina Carhuacayán mediante el coagulante del cactáceo Opuntia floccosa a nivel de laboratorio, por el método de prueba de jarras, con dos niveles de tiempo y siete niveles de concentración de coagulante, obteniendo como resultado el mayor porcentaje de remoción de 91,729%.
88
RECOMENDACIONES
Realizar un tratamiento a los lodos que quedan después de realizar el proceso de coagulación, floculación y sedimentación.
Realizar otras pruebas tomando como variable independiente las gradientes de velocidad en la coagulación y floculación.
Tratar aguas residuales domésticas y urbanas con diferentes coagulantes derivados de otros cactáceos y la mezcla de estos para observar cuál de estos coagulantes resulta ser el más eficiente teniendo en cuenta las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.
Comprobar la eficiencia del coagulante en la remoción de otros metales pesados.
89
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Tesis.
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92
ANEXOS
93 ANEXO A: FOTOGRAFIAS
Fotografía 1. Acopalca, Huancayo, Junín.
Fotografía 2. Cactáceo Opuntia floccosa.
94
Fotografía 3. Muestras de cactáceos.
Fotografía 4. Muestras de cactáceos sin espinas y gloquidios.
95
Fotografía 5. Muestras de cactáceos sin cutícula, cortados de 1𝑐𝑚 x 1 𝑐𝑚.
Fotografía 6. Muestras del cactáceo secos.
96
Fotografía 7. Cactáceos molidos.
Fotografía 8. Cactáceos tamizados.
97
Fotografía 9. Extracción de pigmentos y clorofila del cactáceo.
Fotografía 10. Maceración del material activo.
98
Fotografía 11. Evaporación al vacío en el equipo de liofilización.
Fotografía 12. Obtención del coagulante.
99
Fotografía 13. Bocamina Nivel 1300 - Mina Carhuacayán.
Fotografía 14. Equipo de Jarras con las muestras.
100
Fotografía 15. Tesistas alistando el coagulante.
Fotografía 16. Aguas tratadas listas para la sedimentación.
101
Fotografía 17. Muestras de aguas libres de Hierro.
Fotografía 18. Muestras de aguas para sus respectivos análisis después de ser tratadas.
102
ANEXO B: INFORME DE ENSAYO INICIAL DE LAS AGUAS ACIDAS.
103
104 ANEXO C: CONSTANCIA TAXONÓMICA.
105
ANEXO D: CÁLCULOS DE CONCENTRACIÓN DE COAGULANTE
Para el tratamiento con 10 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 10𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 1𝑚𝐿
Para el tratamiento con 20 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 20𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 2𝑚𝐿
Para el tratamiento con 30 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 30𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 3𝑚𝐿
Para el tratamiento con 40 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 40𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 4𝑚𝐿
Para el tratamiento con 50 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 50𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 5𝑚𝐿
106
Para el tratamiento con 60 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 60𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 6𝑚𝐿
Para el tratamiento con 70 𝑝𝑝𝑚
𝐶1𝑉1 = 𝐶2𝑉2
10000 𝑝𝑚𝑚(𝑉1) = 70𝑝𝑝𝑚(1000𝑚𝐿) 𝑉1 = 7𝑚𝐿
ANEXO E: CÁLCULOS DE % REMOCIÓN DE HIERRO
% 𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 𝐹𝑒 =
𝐶𝐹𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙−𝐶𝐹𝑒 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝐶𝐹𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝑥100
107 ANEXO F: INFORME DE ANALISIS PROXIMAL
108
ANEXO G: INFORME DE ENSAYO DE ESPECTROFOTOMETRIA INFRARROJA
109
ANEXO H: INFORME DE ENSAYO DE ESPECTROFOTOMETRIA INFRARROJA
110
ANEXO I: TABLA ABREVIADA DE LAS FRECUENCIAS DE GRUPOS ORGÁNICOS
111
ANEXO J: REPORTE FINAL DE ANALISIS DE HIERRO EN LAS MUESTRAS DE AGUA ACIDAS DE MINA.
112
ANEXO K: REPORTE FINAL DE ANALISIS DE HIERRO EN LAS MUESTRAS DE AGUA ACIDAS DE MINA.
113 ANEXO L: DECRETO SUPREMO N° 015- MINAM
114
115
116
117
118
119