DQO DQO 100%
4.2 Proceso de la prueba de hipótesis
En la presente tesis se investiga el efecto de la radiación solar, el tiempo de tratamiento y el tipo de fotocatálisis en el porcentaje de degradación, expresado como DQO y color.
Para estudiar el grado de relación entre los factores estudiados, se realizó un diseño experimental de 23, donde se evalúa dos niveles de cada uno de los tres factores y el porcentaje de degradación.
La hipótesis para la investigación es:
H0=Los efectos de interacción no están presentes.
H1=Los efectos de interacción están presentes.
77 4.2.1 DQO
La prueba de normalidad para cada una de las variables se presenta en las siguientes tablas:
Tabla 19
Pruebas de normalidad respecto a la radiación solar - DQO.
Radiación solar Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
% de Degradación
DQO
Parcialmente
nublado 0,207 8 0,200* 0,881 8 0,191
Soleado o claro 0,157 8 0,200* 0,930 8 0,518
*. Esto es un límite inferior de la significación verdadera.
a. Corrección de significación de Lilliefors
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada sigue la distribución normal.
Tabla 20
Pruebas de normalidad respecto al tiempo de tratamiento - DQO.
Tiempo de tratamiento
Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
% de Degradación
DQO
2 0,254 8 0,137 0,855 8 0,107
4 0,253 8 0,141 0,849 8 0,092
*. Esto es un límite inferior de la significación verdadera.
a. Corrección de significación de Lilliefors
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada sigue la distribución normal.
78 Tabla 21
Pruebas de normalidad respecto al tipo de fotocatálisis - DQO.
Tipo de fotocatálisis
Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
% de Degradación
DQO
Homogénea 0,142 8 0,200* 0,958 8 0,792
Heterogénea 0,263 8 0,111 0,846 8 0,088
*. Esto es un límite inferior de la significación verdadera.
a. Corrección de significación de Lilliefors
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada sigue la distribución normal.
Tabla 22
Prueba de homogeneidad de varianza respecto a la radiación solar - DQO.
Estadístico de
Levene df1 df2 Sig.
% de Degradación
DQO
Se basa en la media 0,008 1 14 0,931
Se basa en la mediana 0,007 1 14 0,936
Se basa en la mediana y
con gl ajustado 0,007 1 13,145 0,936
Se basa en la media
recortada 0,008 1 14 0,932
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye la variable analizada tiene homogeneidad de varianzas.
79 Tabla 23
Prueba de homogeneidad de varianza respecto al tiempo de tratamiento - DQO.
Estadístico de
Levene df1 df2 Sig.
% de Degradación
DQO
Se basa en la media 11,415 1 14 0,005
Se basa en la mediana 10,023 1 14 0,007
Se basa en la mediana y
con gl ajustado 10,023 1 11,323 0,009
Se basa en la media
recortada 11,401 1 14 0,005
Interpretación: Puesto que la significación asintótica no es grande (menor que 0,05), podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada no tiene homogeneidad de varianzas.
Tabla 24
Prueba de homogeneidad de varianza respecto al tipo de fotocatálisis - DQO.
Estadístico de
Levene df1 df2 Sig.
% de Degradación
DQO
Se basa en la media 11,907 1 14 0,004
Se basa en la mediana 8,679 1 14 0,011
Se basa en la mediana y
con gl ajustado 8,679 1 12,539 0,012
Se basa en la media
recortada 11,899 1 14 0,004
Interpretación: Puesto que la significación asintótica no es grande (menor que 0,05), podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada no tiene homogeneidad de varianzas.
80 Tabla 25
Pruebas de efectos inter-sujetos - DQO.
Origen
Tipo III de suma de cuadrados
gl Cuadrático
promedio F Sig.
Modelo corregido 8418,115a 7 1202,588 82,261 0,000
Interceptación 59308,079 1 59308,079 4056,850 0,000
RS 272,828 1 272,828 18,662 0,003
Tiempo 1861,707 1 1861,707 127,346 0,000
Fotocatálisis 5897,088 1 5897,088 403,378 0,000
RS * Tiempo 27,641 1 27,641 1,891 0,206
RS * Fotocatálisis 1,294 1 1,294 ,089 0,774
Tiempo * Fotocatálisis 348,662 1 348,662 23,850 0,001 RS * Tiempo *
Fotocatálisis 8,895 1 8,895 0,608 0,458
Error 116,954 8 14,619
Total 67843,148 16
Total corregido 8535,069 15
a. R al cuadrado = 0,986 (R al cuadrado ajustada = 0,974)
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05) en las interacciones radiación solartiempo de tratamiento, radiación solartipo de fotocatálisis y radiación solartiempo de tratamientotipo de fotocatálisis no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que no hay diferencias significativas de las interacciones en el porcentaje de degradación de DQO. Además, al ser la significación asintótica pequeña (menor que 0,05) en la variable radiación solar, tiempo de tratamiento y tipo de fotocatálisis, y la interacción tiempo de tratamientotipo de fotocatálisis, se concluye que presentan diferencias significativas en el porcentaje de degradación de DQO.
81 4.2.2 Color
La prueba de normalidad para cada una de las variables se presenta en las siguientes tablas:
Tabla 26
Pruebas de normalidad respecto a la radiación solar - color.
Radiación solar Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
% de Degradación
Color
Parcialmente
nublado 0,263 8 0,109 0,844 8 0,082
Soleado o claro 0,211 8 0,200* 0,898 8 0,277
*. Esto es un límite inferior de la significación verdadera.
a. Corrección de significación de Lilliefors
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada sigue la distribución normal.
Tabla 27
Pruebas de normalidad respecto al tiempo de tratamiento - color.
Tiempo de tratamiento
Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
% de Degradación
Color
2 0,303 8 0,029 0,768 8 0,013
4 0,273 8 0,080 0,828 8 0,057
*. Esto es un límite inferior de la significación verdadera.
a. Corrección de significación de Lilliefors
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada sigue la distribución normal.
82 Tabla 28
Pruebas de normalidad respecto al tipo de fotocatálisis - color.
Tipo de fotocatálisis
Kolmogorov-Smirnova Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
% de Degradación
Color
Homogénea 0,182 8 0,200* 0,918 8 0,414
Heterogénea 0,129 8 0,200* 0,951 8 0,725
*. Esto es un límite inferior de la significación verdadera.
a. Corrección de significación de Lilliefors
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada sigue la distribución normal.
Tabla 29
Prueba de homogeneidad de varianza respecto a la radiación solar - color.
Estadístico de
Levene df1 df2 Sig.
% de Degradación
Color
Se basa en la media 0,306 1 14 0,589
Se basa en la mediana 0,270 1 14 0,611
Se basa en la mediana y
con gl ajustado 0,270 1 13,811 0,612
Se basa en la media
recortada 0,305 1 14 0,589
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05), no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye la variable analizada tiene homogeneidad de varianzas.
83 Tabla 30
Prueba de homogeneidad de varianza respecto al tiempo de tratamiento - color.
Estadístico de
Levene df1 df2 Sig.
% de Degradación
Color
Se basa en la media 4,911 1 14 0,044
Se basa en la mediana 3,850 1 14 0,070
Se basa en la mediana y
con gl ajustado 3,850 1 13,308 0,071
Se basa en la media
recortada 4,908 1 14 0,044
Interpretación: Puesto que la significación asintótica no es grande (menor que 0,05) en la media, podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada no tiene homogeneidad de varianzas.
Tabla 31
Prueba de homogeneidad de varianza respecto al tipo de fotocatálisis - color.
Estadístico de
Levene df1 df2 Sig.
% de Degradación
Color
Se basa en la media 4,911 1 14 0,044
Se basa en la mediana 4,902 1 14 0,044
Se basa en la mediana y
con gl ajustado 4,902 1 10,775 0,049
Se basa en la media
recortada 4,904 1 14 0,044
Interpretación: Puesto que la significación asintótica no es grande (menor que 0,05) en la media, podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que la variable analizada no tiene homogeneidad de varianzas.
84 Tabla 32
Pruebas de efectos inter-sujetos - color.
Origen
Tipo III de suma de cuadrados
gl Cuadrático
promedio F Sig.
Modelo corregido 4020,286a 7 574,327 302,927 0,000
Interceptación 89811,099 1 89811,099 47370,597 0,000
RS 86,211 1 86,211 45,472 0,000
Tiempo 384,552 1 384,552 202,831 0,000
Fotocatálisis 3496,357 1 3496,357 1844,143 0,000
RS * Tiempo 2,560 1 2,560 1,350 0,279
RS * Fotocatálisis 9,672 1 9,672 5,102 0,054
Tiempo * Fotocatálisis 40,132 1 40,132 21,168 0,002
RS * Tiempo *
Fotocatálisis 0,801 1 0,801 0,422 0,534
Error 15,167 8 1,896
Total 93846,552 16
Total corregido 4035,453 15
a. R al cuadrado = 0,996 (R al cuadrado ajustada = 0,993)
Interpretación: Puesto que la significación asintótica es grande (mayor que 0,05) en las interacciones radiación solartiempo de tratamiento, radiación solartipo de fotocatálisis y radiación solartiempo de tratamientotipo de fotocatálisis no podemos rechazar la hipótesis nula, por lo cual se concluye que no hay diferencias significativas de las interacciones en el porcentaje de degradación de color. Además, al ser la significación asintótica pequeña (menor que 0,05) en la variable radiación solar, tiempo de tratamiento y tipo de fotocatálisis, y la interacción tiempo de tratamientotipo de fotocatálisis, se concluye que presentan diferencias significativas en el porcentaje de degradación de color.
85 4.3 Discusión de resultados
Respecto a la concentración del peróxido de hidrógeno, se observa que a un mayor valor se incrementa el porcentaje de degradación, este mismo comportamiento fue observado por Bandala (2010), y es un factor principal que sustenta que el porcentaje de degradación en la fotocatálisis homogénea es mayor a la heterogénea, porque se utilizó 1 y 2 g/L de peróxido de hidrógeno, respectivamente. Los aspectos relacionados al H2O2 es que compite con los radicales hidroxilos en la oxidación del contaminante, la concentración del oxidante no debe ser muy baja ni alta porque influye en la cinética de la reacción, su adición puede utilizarse para controlar el grado mineralización deseado en una aplicación y que la cantidad es altamente dependiente del sustrato y su concentración.
El otro factor que influye en la degradación es el pH, las condiciones iniciales de los experimentos en la fotocatálisis homogénea y heterogénea fue un valor igual a 3 (medio ácido). Por las reacciones químicas que se producen el pH varía, por lo cual es necesario controlar este parámetro. El valor inicial debe mantenerse constante, respecto a la fotocatálisis homogénea, en un pH de 2 se produce la formación de complejos de hierro y por encima de pH 4 comienzan a aparecer precipitados de Fe(OH)3. La fotocatálisis heterogénea es más eficiente en medio ácido 3<pH<5, el pH afecta las propiedades del catalizador y puede generar la floculación del catalizador. La variación del pH se debe a que el peróxido de hidrógeno reacciona durante el tratamiento produciendo radicales hidroxilos, cuando se genera un exceso de radicales, el pH se incrementa y por lo tanto disminuye la eficiencia de la degradación.
La radiación solar influye significativamente en el tratamiento del efluente textil, en la fotocatálisis homogénea y heterogénea, en 4 horas de tratamiento, a condiciones de parcialmente nublado, el porcentaje de degradación de DQO y color es 82,36% y 90,86%;
y 55,36% y 63,35%, respectivamente; mientras que para un día soleado es 90,05% y 95,19%; y 58,93% y 69,90%, respectivamente. La razón es sencilla, porque la velocidad de reacción fotocatalítica es proporcional al flujo de la radiación solar incidente, a mayor disponibilidad de fotones mayor velocidad de las reacciones. Adicionalmente, la radiación solar es una fuente de irradiación policromática ideal, abarca todo el espectro electromagnético, la energía que incide mayormente en la Tierra se concentra en la región de 380-800 nm, que corresponde al espectro denominado región del visible; y las radiaciones entre 200 y 800 nm, es la región ultravioleta (UVC, UVB, UVA) y la región visible; y son las que interactúan con los electrones de una molécula.
86
El tiempo de tratamiento máximo considerado en el estudio fue 4 horas, para el efluente textil simulado, el porcentaje de degradación promedio de DQO y color para la fotocatálisis homogénea y heterogénea es 86,20% y 57,14%; y 93,02% y 66,62%, respectivamente. Si el objetivo es alcanzar una mayor degradación, el tiempo de tratamiento debe ser mayor, aún más en la fotocatálisis heterogénea.
Guarín y Mera (2011) trataron desechos líquidos con presencia del indicador verde de bromocresol por fotocatálisis heterogénea y alcanzaron en 60 minutos un porcentaje de degradación del 84,10%. Tinoco, Medina y Zapata (2011) realizaron el tratamiento de un efluente textil simulado con luz ultravioleta que contiene el colorante rojo synosol y luego de 2 h en el efluente quedó un remanente del colorante del 0,2%. Blanco (2009) realizó la degradación de un efluente textil real con la fotocatálisis homogénea y heterogénea y en 4 horas alcanzó una degradación del 70,20% y 78,85%. Garcés y Peñuela (2008) trataron un efluente textil con fotocatálisis heterogénea y luego de 2 horas la degradación de color fue 77,77%. Gil, Quintero, Rincón y Rivera evaluaron ambos tipos de fotocatálisis en la degradación de colorantes de bebidas isotónicas con una fuente de luz ultravioleta y decoloraron un 97,88% y 99,65% para la fotocatálisis heterogénea y homogénea, respectivamente. Pekakis, Xekoukoulotakis & Mantzavinos (2006) utilizaron la fotocatálisis heterogénea con una fuente de luz ultravioleta para degradar el agua residual real de una tintorería textil y después de 4 h de tratamiento reducción varía entre aproximadamente 40% y 90%. Finalmente, Bandala (2002) trató el agua residual textil mediante fotocatálisis homogénea y heterogénea, el primero alcanzó resultados superiores de degradación del 90% y el segundo no fue capaz de degradar el colorante más de un 20%. En la investigación el porcentaje de degradación promedio de DQO para la fotocatálisis homogénea y heterogénea es 86,20% y 57,14%; y respecto al color la decoloración promedio lograda por las fotocatálisis son 93,02% y 57,14%, respectivamente; concordantes con Bandala (2002). Con algunas investigaciones citadas coincide parcialmente y otros no, la razón es que el porcentaje de degradación es función de muchos parámetros como fuente de luz, tipo y concentración del contaminante, tiempo de tratamiento y concentración de H2O2 y catalizadores.
El Decreto Supremo Nº 021-2009-Vivienda: “Aprueban Valores Máximos Admisibles (VMA) de las descargas de aguas residuales no domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario” del 20 de noviembre de 2009 y la Resolución de Consejo Directivo Nº 009- 2015-Sunass-CD: “Modifican la Directiva sobre Valores Máximos Admisibles de las descargas de aguas residuales no domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario del 24
87
de marzo de 2015regulanlos Valores Máximos Admisibles (VMA), específicamente el Artículo 1º y 3º del Decreto Supremo dice:
Artículo 1°.- Finalidad, Ámbito de aplicación y obligatoriedad de la norma.
La presente norma regula mediante Valores Máximos Admisibles (VMA) las descargas de aguas residuales no domésticas en el sistema de alcantarillado sanitario a fin de evitar el deterioro de las instalaciones, infraestructura sanitaria, maquinarias, equipos y asegurar su adecuado funcionamiento, garantizando la sostenibilidad de los sistemas de alcantarillado y tratamiento de las aguas residuales.
Los Valores Máximos Admisibles (VMA) son aplicables en el ámbito nacional y son de obligatorio cumplimiento para todos los usuarios que efectúen descargas de aguas residuales no domésticas en los sistemas de alcantarillado sanitario; su cumplimiento es exigible por las entidades prestadoras de servicios de saneamiento - EPS, o las entidades que hagan sus veces.
Artículo 3º.- Definición de Valores Máximos Admisibles (VMA)
Entiéndase por Valores Máximos Admisibles (VMA) como aquel valor de la concentración de elementos, sustancias o parámetros físicos y/o químicos, que caracterizan a un efluente no doméstico que va a ser descargado a la red de alcantarillado sanitario, que al ser excedido causa daño inmediato o progresivo a las instalaciones, infraestructura sanitaria, maquinarias y equipos de los sistemas de alcantarillado y tratamiento de aguas residuales, y tiene influencias negativas en los procesos de tratamiento de las aguas residuales.
En Decreto Supremo, Anexo 1, establece como VMA para la DQO un valor de 1000 mg/L. En la investigación se caracterizó el efluente textil (Tabla 6) y presenta 1005, 22mg/L de DQO, significa que ligeramente es superior a los VMA, razón por la cual y porque se desea disminuir este valor, se investigó el tratamiento de este efluente por fotocatálisis homogénea y heterogénea. El efluente presenta un pH de 3,84; distante del intervalo del VAM respecto al pH, entre 6 a 9, lo que indica que requiere una neutralización para su cumplimiento de la norma.
88 CAPÍTULO V
APORTES DE LA INVESTIGACIÓN 5.1 Aportes teóricos o metodológicos
Las diversas industrias utilizan en su proceso cantidades de agua que aproximadamente representa entre un 5% y 20% del agua disponible, y a su vez genera una considerable contaminación de las aguas. Es decir, el volumen de agua utilizado es bajo, pero el potencial de contaminación es alto. Por lo que es necesario el desarrollo de tecnologías más eficientes para recuperar la calidad del agua, especialmente que degraden contaminantes complejos y refractarios a un bajo costo. En este sentido, los POAs se están consolidando como una de opciones más eficientes y versátiles en el tratamiento de efluentes contaminados, especialmente los de origen industrial.
En nuestra región y país existen investigaciones en la que realizan diversos tratamientos a las aguas residuales de origen doméstico, agrícola, industrial, institucional u otros específicos. Pero muchos de estos presentan varias desventajas, principalmente que no pueden ser implementan a escala real, los contaminantes presentes en un determinado medio se transfieren a otro y no degradan contaminantes persistentes.
Para el desarrollo de la investigación, se implementó dos módulos para el tratamiento de aguas por fotocatálisis homogénea y heterogénea que aprovecha la energía solar disponible y ambientalmente limpia, que es muy similar a lo que se encuentra a países europeos a escala real, es cierto que su construcción fue bastante laboriosa porque en el mercado no se encuentra accesorios específicos para este fin.
Con los módulos se puede realizar muchas investigaciones con diferentes efluentes y/o contaminantes, porque las ventajas de la fotocatálisis son: es el único método que realmente destruye sustancias toxicas hasta compuestos totalmente inocuos (agua, CO2 y simples ácidos inorgánicos), destruye prácticamente cualquier tipo de sustancia orgánica (incluye mezclas complejas) como dioxinas, bifenilos policlorados (PCBs), disolventes, pesticidas, y otros, funciona en el caso de metales pesados (cromo, mercurio, etc.) reduciendo su toxicidad, los contaminantes son eliminadas en un único proceso, la energía necesaria es mínimo y puede realizarse en combinación con cualquier otro proceso como el biológico.