16 Horas
3.3. TRATAMIENTO DE DATOS
DISEÑO FACTORIAL
Por su sencillez, una matriz de experimentos factorial completa 2k no requiere un software especializado para construirla ni para analizar sus resultados. En estos diseños, cada factor se estudia a sólo dos niveles y sus experimentos contemplan todas las combinaciones de cada nivel de un factor con todos los niveles de los otros factores. La Tabla 3.3. Muestra las matrices 22, 23 y 24, para el estudio de 2, 3 y 4 factores respectivamente. La matriz comprende 2k filas (2 x 2... x 2 = 2k experimentos) y k columnas, que corresponden a los k factores en estudio. Si se construye en el orden estándar, cada columna empieza por el signo –, y se alternan los signos – y + con frecuencia 20 para x1, 21 para x2, 22 para x3, y así sucesivamente hasta xk, donde los signos se alternan con una frecuencia 2k-1.
Tabla 3.3. Matriz de experimentos para los diseños factoriales completos 22, 23 y 24.
Calculo del Diseño Factorial 23x4
Tabla 3.4. Combinación de Factores EFECTO
FACTORIAL
COMBINACIÓN DE FACTORES
(1) a b ab c ac bc abc
I A B AB
C AC BC ABC
+ - - + - + + -
+ + - - - - + +
+ - +
- + - +
+ + + + - - - -
+ - - + + - - +
+ + - - + + - -
+ - + - + - + -
+ + + + + + + +
Estimación de los efectos:
Los efectos medios se calculan a partir de los contrastes indicados en la tabla anterior partidos entre 4n:
[ ( ) ] X1 X2
1 - -
2 + -
3 - +
4 + +
X1 X2 X3
1 - - -
2 + - -
3 - + -
4 + + -
5 - - +
6 + - +
7 - + +
8 + + +
X1 X2 X3 X4
1 - - - -
2 + - - -
3 - + - -
4 + + - -
5 - - + -
6 + - + -
7 - + + -
8 + + + -
9 - - - +
10 + - - +
11 - + - +
12 + + - +
13 - - + +
14 + - + +
15 - + + +
16 + + + +
110 [ ( ) ]
[ ( ) ] [( ) ] [( ) ] [( ) ]
[ ( )]
Las sumas de los cuadrados son en cada caso:
∑ [∑
]
Así en este caso:
Tabla 3.5. Tratamiento de datos experimentales TEMPERATURA
36 °C 39 °C
TRH pH pH
7.5 9 7.5 9
8 Horas
228,27 mg/L 272,05 mg/L 140,72 mg/L 187,62 mg/L 156,35 mg/L 215,76 mg/L 175,11 mg/L 218,89 mg/L 128,21 mg/L 184,49 mg/L 220,02 mg/L 272,05 mg/L 159,48 mg/L 206,38 mg/L 140,72 mg/L 187,62 mg/L
16 Horas
121,95 mg/L 165,73 mg/L 103,19 mg/L 131,33 mg/L 153,22 mg/L 206,38 mg/L 125,08 mg/L 150,1 mg/L 146,97 mg/L 187,62 mg/L 112,57 mg/L 137,59 mg/L 143,84 mg/L 193,87 mg/L 115,7 mg/L 140,72 mg/L
Tabla 3.6. Cuadro ANOVA
F.V. SC GL MC F F(α=0.05) F(α=0.10)
Factor A 17949,44 1 17949,44 21,07 4,26 2,93
Factor B 3033,04 1 3033,04 3,56 4,26 2,93
Interacción AB 14740,45 1 14740,45 17,30 4,26 2,93
Factor C 2720,64 1 2720,64 3,19 4,26 2,93
Interacción AC 345,58 1 345,58 0,41 4,26 2,93
Interacción BC 319,92 1 319,92 0,38 4,26 2,93
Interacción ABC 143,06 1 143,06 0,17 4,26 2,93
Residual 20447,31 24 851,97
Total 59699,43 31
F (tabla)=FSneder=F1,24,0.05=4.26 (ANEXO C) F(tabla)=FSneder=F1,24,0.10=2.93 (ANEXO C)
A mayor significatividad mayor cantidad de materia orgánica removida y a menor significatividad la cantidad de materia orgánica removida es menor.
El tiempo de retención hidráulica (Factor A) es significativo a un nivel de 0,05 en la degradación de la materia orgánica, ya que el FSneder=4,26 es menor al F obtenido de 21,07, a este valor de F podemos decir que el tiempo de retención hidráulica puede llegar a ser significativo a un nivel de 0,01 (FSneder=7,823)
La temperatura (Factor B) no es significativo a un nivel de 0,05 en la degradación de la materia orgánica, ya que el FSneder=4,26 es mayor al F obtenido de 3,56 pero si es significativo a un nivel de 0,10 en la degradación de la materia orgánica por ser mayor al FSneder=2,93.
El pH (Factor C) no es significativo a un nivel de 0,05 en la degradación de la materia orgánica, ya que el FSneder=4,26 es mayor que el F obtenido de 3,19, pero si es significativo a un nivel de 0,10 en la degradación de materia orgánica por ser mayor al FSneder=2,93.
Interacción tiempo de retención hidráulica y temperatura (Factor AB) si es significativo a un nivel de 0,05 en la degradación de la materia orgánica, ya que el FSneder=4,26 es menor al F obtenido de 17,30, a este mismo valor de F es significativo a un nivel 0,01 (FSneder=7,823)
112
Interacción tiempo de retención hidráulica y pH (Factor AC) No es significativo a un nivel de 0,05 y 0,10 en la degradación de la materia orgánica, ya que el F obtenido de 0,41 es menor al FSneder=4,26 y FSneder=2,93 respectivamente.
Interacción temperatura y pH (Factor BC) no es significativo a un nivel de 0,05 y 0,10 en la degradación de la materia orgánica, ya que el FSneder=4,26 y FSneder=2,93 respectivamente son mayores al F obtenido de 0,38.
Interacción Tiempo de retención hidráulica, temperatura y pH (Factor ABC) no es significativo a un nivel de 0,05 y 0,10 en la degradación de la materia orgánica. Ya que el FSneder=4,26 y FSneder=2,93 respectivamente son mayores al F obtenido de 0,17.
En la comparación con el antecedente (32), se tuvo una coincidencia que a mayor Tiempo de Retención Hidráulica la cantidad de materia orgánica removida es mayor, porque la variable más influyente en la degradación de la materia orgánica en esta investigación es el Tiempo de Retención Hidráulica.
En la comparación con el antecedente (33), se complementa que a una temperatura de 38 °C – 39 °C y a un tiempo de retención hidráulica mayor la degradación de la materia orgánica aumenta.
CONCLUSIONES
La muestra del colector Agua de las Vírgenes tiene las siguientes características un DQO de 547 mg/L, Alcalinidad de 192,0 mg/L – CaCO3, Sulfatos de 56,3 mg/L – SO4, Oxígeno disuelto 1,55 ppm, Solidos Totales de 658 mg/L, Solidos Disueltos 243 mg/L, Solidos Disueltos Volátiles 120 mg/L, Solidos Suspendidos de 160 mg/L, Solidos Suspendidos y Volátiles de 135 mg/L, Nitrógeno Amoniacal de 16 mg/L. Nitritos de 2,21 mg/L-N, Nitratos de 15 mg/L-N, Fosforo Total de 6,02 mg/L- P, Cloruros 65,0 mg/L-Cl, Detergentes de 1,92 mg/L, Grasas de 100 mg/L.
Se trató las aguas residuales urbanas en un reactor UASB tomando en cuenta la significatividad de la temperatura, pH y tiempo de retención hidráulica en la degradación de la materia orgánica, se concluyó que las 3 variables no son significativas en la degradación de la materia orgánica, con un valor de F de Snedecor F1,24,0.05=4,26 que es mayor al F obtenido de F=0,17 a un nivel de 0,05.
La interacción de la temperatura - tiempo de retención hidráulica tiene gran significatividad en la degradación de la materia orgánica, con un valor de F de Snedecor F1,24,0.05=4,26 que es menor al F obtenido de F=17,30 a un nivel de 0,05.
Se determinó que el tiempo de retención hidráulica es significativo por si sola en la degradación de la materia orgánica a un nivel de 0,05, con un F de Snedecor F1,24,0.05=4,26 que es menor que el F obtenido F=21,07.
Se determinó que la temperatura por sí sola no es significativa, en un rango de temperatura de 36 °C y 39 °C, en la degradación de la materia orgánica a un nivel de 0,05, con un F de Snedecor F1,24,0.05=4,26 que es mayor que el F obtenido F=3,56.
Se determinó que el pH no es significativa por sí sola, en un rango de pH de 7,5 y 9 °C, en la degradación de la materia orgánica a un nivel de 0,05, con un F de Snedecor F1,24,0.05=4,26 que es mayor que el F obtenido F=3,19.
El agua tratada a un tiempo de retención hidráulica de 16 horas, sale con un DQO menor a los 200 mg/L, el cual está dentro de los límites máximos permisibles para vertido a cuerpos de agua según el estándar para los efluentes de PTAR (anexo F).
114
RECOMENDACIONES
Cambiar las Mangueras cada 2 meses, debido a que el contenido de las aguas residuales corroen las mangueras.
La prueba hidráulica del reactor se debe hacer como mínimo una semana ya que puede existir fugas de agua en los accesorios.
Es recomendable tomar las muestras de ARM a tratar a las 9:00 am y 2:00 pm donde la carga orgánica es mayor.
Al momento de recoger las muestras se debe de usar los implementos necesarios para evitar las diversas enfermedades ocasionados por las diferentes microorganismos del agua residual.
Mantener el flujo de entrada homogénea y sin grumos ya que puede ocasionar atascamiento u obstrucciones en las mangueras.
Adaptar un sistema de captación para el Metano producido de la reacción biológica en el reactor, para determinar la cantidad de metano producido (tema de investigación).
Identifica y/o caracterizar los lodos del reactor UASB, para determinar que familias son las que actúan en el proceso de biodegradación (tema de investigación).
Realizar la cinética de los lodos activados del reactor para determinar la rapidez de degradación de los lodos.
BIBLIOGRAFÍA
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(21) METCALF & EDDY, Inc. wastewater Engineering: Treatment, Disposal, Reuse, 3°
ed., McGraw Hill, 1991.
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(31) JAIRO ALBERTO ROMERO ROJAS. “Tratamiento de Aguas Residuales, teoría y principios de diseño”, 2da edición, Editorial Escuela Colombia de Ingeniería 2008.
(32) Yaxcelys A. Caldera M. / Pedro I. Madueño M. / Alonso G. Griborio D. / Edixon C.
Gutiérrez G. / Nola M. Fernández A., EFECTO DEL TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICA EN EL FUNCIONAMIENTO DE UN REACTOR UASB TRATANDO EFLUENTES CÁRNICOS, Multiciencias, junio, año/vol. 3, número 001, Universidad del Zulia. Punto Fijo, Venezuela
(33) Jesús Rodríguez / Gerardo J. Sosa / Yolanda Garza, BIOCONVERSIÓN ANAEROBIA COMO UNA ALTERNATIVA PARA LA REMOCIÓN DE DQO CONTENIDO EN AGUAS RESIDUALES DEL RASTRO MUNICIPAL DE LA CIUDAD DE SALTILLO, COAHUILA, MÉXICO Journal of the Mexican Chemical Society, abril-junio, año/vol. 46, número 002 Sociedad Química de México Mexico, México. pp. 185-188
118
ANEXO A
DISEÑO DEL REACTOR UASB
| PARTES DEL REACTOR UASB
Separador L-G-S Deflectores
Cama o lecho de lodos Manto de lodos
Afluente
Descarga de Gas
Efluente
ANEXO B Cálculos de la ANOVA
TEMPERATURA
36 °C 39 °C
TRH pH pH
7,5 9 7,5 9
8 Horas
228,27 mg/L 272,05 mg/L 140,72 mg/L 187,62 mg/L 156,35 mg/L 215,76 mg/L 175,11 mg/L 218,89 mg/L 128,21 mg/L 184,49 mg/L 220,02 mg/L 272,05 mg/L 159,48 mg/L 206,38 mg/L 140,72 mg/L 187,62 mg/L
16 Horas
121,95 mg/L 165,73 mg/L 103,19 mg/L 131,33 mg/L 153,22 mg/L 206,38 mg/L 125,08 mg/L 150,1 mg/L 146,97 mg/L 187,62 mg/L 112,57 mg/L 137,59 mg/L 143,84 mg/L 193,87 mg/L 115,7 mg/L 140,72 mg/L
1 = 672,31 c = 878,68 b = 676,57 bc = 866,18 a = 565,98 ac = 753,6 ab = 456,54 abc = 559,74
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
| [ ]
[ ]
[ ]
Como, en cada caso.
Se tiene que:
( ) ( ) ( )
( )
( )
( )
( ) Y
( )
( )
F.V. SC GL MC F F(α=0.05) F(α=0.10)
Factor A 17949,44 1 17949,44 21,07 4,26 2,93
Factor B 3033,04 1 3033,04 3,56 4,26 2,93
Interacción AB 14740,45 1 14740,45 17,30 4,26 2,93
Factor C 2720,64 1 2720,64 3,19 4,26 2,93
Interacción AC 345,58 1 345,58 0,41 4,26 2,93
Interacción BC 319,92 1 319,92 0,38 4,26 2,93
Interacción ABC 143,06 1 143,06 0,17 4,26 2,93
Residual 20447,31 24 851,97
Total 59699,43 31
| ANEXO C
Tabla de Distribución F de Snedecor
|
ANEXO D
Sistema del fotómetro Multi-Direct
|
|
ANEXO E ANTECEDENTES
|
|
| ANEXO F
Límites Máximos Permisibles
Límites máximos permisibles para los efluentes de PTAR
PARÁMETRO UNIDAD
LMP DE EFLUENTES PARA VERTIDOS A CUERPOS DE AGUA.
Ácidos Grasos mg/L 20
Coliformes Termotolerantes
NMP/1000 mL
10.000 Demanda Bioquímica de
Oxigeno mg/L 100
Demanda Química de
Oxigeno mg/L 200
pH unidad 6.5-8.5
Sólidos Totales en
Suspendidos mg/L 150
Temperatura ºC <35
Diario EL Peruano publicado el 17 de Marzo del 2010.
Límites máximos permisibles del agua residual municipal LIMITES BACTERIOLÓGICOS
Entendidos como valor en 80% de 5 ó más muestras mensuales (valor de NMP/100mL)
USOS
LIMITES DE DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGENO (DBO) 5 DÍAS, 20ºC Y DE OXIGENO DISUELTO (O.D) Valores en mg/L
LIMITES DE SUSTANCIAS POTENCIALMENTE PELIGROSAS Valores en mg/m3
I II III IV V VI
Coliformes totales 8.8 20000 5000 5000 1000 20000 Coliformes fecales 0 4000 1000 1000 200 4000
I II III IV V VI
D.B.O 5 5 15 10 10 10
O.D 3 3 3 3 5 4
PARÁMETROS I II III IV V VI
Selenio 10 10 50 N.A 5 10
Mercurio 2 2 10 N.A 0.1 0.2
PCB 1 1 1+ N.A 2 2
Esteres Estalatos 0.3 0.3 0.3 N.A 0.3 0.3
Cadmio 10 10 50 N.A 0.2 4
Cromo 50 50 1000 N.A 50 50
Níquel 2 2 1+ N.A 2 **
Cobre 1000 1000 500 N.A 10 *
Plomo 50 50 100 N.A 10 30
Zinc 5000 5000 25000 N.A 10 30
Cianuro WAD 80 80 100 N.A
Cianuro libre N.A 22 22
Fenoles 0.5 1 1+ N.A 1 100
sulfuros 1 2 1+ N.A 2 2
Arsénico 100 100 200 N.A 10 50
Nitratos (N) 10 10 100 N.A N.A N.A
Diario El Peruano 2 de Junio del 2009 Nota:
* Pruebas de 96 horas LC50 multiplicadas por 0.1
** Pruebas de 96 horas LC50 multiplicadas por 0.02
LC50 Dosis total para provocar 50% de muertes o inmovilización de las especias del BIO ENSAYO.
1+ Valores a ser determinado. En caso de sospechar su presencia se aplicará los valores de la columna V provisionalmente.
N.A Valor no aplicable.
| ANEXO G
FOTOGRAFÍAS
Fotografía N° 1: Reactor UASB, en el laboratorio de operaciones unitarias (LOPU)
Fotografía N° 2: Salida del Gas
Fotografía N° 3: Alimentación al reactor UASB
| Fotografía N° 4: Salida del agua tratada
Fotografía N° 5: Salida del agua residual sin tratar al rio Mantaro
Fotografía N° 6: Toma de muestra para el tratamiento de las aguas.
Fotografía N°7: Medición del pH antes del tratamiento.