Análisis estadístico de un sistema fisicoquímico experimental para tratamiento de aguas residuales contaminadas por metales pesados y obtención de sus parámetros óptimos

Andrade Michel, Alejandro (2017) Análisis estadístico de un sistema fisicoquímico experimental para tratamiento de aguas residuales contaminadas por metales pesados y obtención de sus parámetros óptimos. Maestría thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

SÍNTESIS DE LOS ANTECEDENTES Existen investigaciones para extraer metales pesados de aguas residuales industriales, una de ellas se llevó a cabo en la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ); en la que se determina al cloruro férrico (FeCl3) como el mejor coagulante inorgánico para la precipitación química [1]. Además, se proponen parámetros con los cuales se logra formar la mayor cantidad de partículas del tamaño idóneo para ser extraídas. El proceso estudiado consiste en depositar un determinado volumen de agua contaminada con metales pesados en un contenedor, agregar una cantidad específica del coagulante inorgánico antes mencionado y, mediante la agitación a través de un dispositivo mecánico, propiciar la formación de partículas, floc, de un tamaño específico para extraerlas mediante un método físico como la sedimentación. Esta tesis es un análisis estadístico riguroso de los datos (Grupo A) capturados por el equipo de la FCQ donde se consideran como factores la velocidad de agitación y el tiempo de agitación. Sin embargo, al realizar el análisis resultó necesario generar otro conjunto de datos, Grupo B, para posteriormente realizar otro análisis estadístico riguroso. SÍNTESIS DE LA METODOLOGIA EXPERIMENTAL Con los datos del “Grupo A” se llevó a cabo un análisis de varianza (ANOVA) con una observación por celda. Al realizar dicho análisis resultó que la velocidad de agitación era un factor que modificaba la cantidad de partículas del tamaño deseado, pero no contábamos con datos suficientes para saber si existía alguna interacción entre los factores, por lo que se solicitó una colaboración para rehacer el experimento, pero con ciertas modificaciones para facilitar el análisis de los factores involucrados. Entre las modificaciones están, incrementar el tiempo de la corrida hasta 30 minutos; obtener dos observaciones por celda y, generar un diseño de experimentos de dos factores con dos observaciones por celda. Además, se requirió cambiar una de las velocidades antes estudiadas, 20 rpm, debido a que no se contaba con el mismo aparato, por lo que las velocidades son a 25 rpm y 40 rpm. Los resultados de las muestras del experimento se analizan a través de un microscopio óptico y, con la ayuda de herramientas computacionales, se obtienen los datos, denotados como “Grupo B”, para realizar un análisis de varianza (ANOVA) con dos observaciones por celda. SÍNTESIS DE LOS RESULTADOS Y DISCUSIONES Primero fue analizado el “Grupo A” y se encontró que el factor de la velocidad de agitación era el único factor que influía en la variable respuesta. Sin embargo, no era posible demostrar si existía una interacción entre los factores debido a que los datos eran insuficientes, por lo que se necesitó rehacer el experimento, pero modificando ciertas características para con ello obtener más información. Al realizar el análisis de varianza de dos factores y dos observaciones por celda para el nuevo conjunto de datos, Grupo B, se encontró: • La velocidad de agitación es un factor que afecta a la variable respuesta. • El tiempo de agitación no afecta a la variable respuesta. • No existe interacción entre los factores. SÍNTESIS DE LAS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Para el conjunto de datos denominado Grupo A Se concluye que (con un grado de confiabilidad del 95%, y un nivel de significancia ߚ = Ͳ.Ͳͷ): • La velocidad genera un efecto en la cantidad de partículas deseadas. • El tiempo no tiene efecto en la cantidad de partículas deseadas. • Debido a que no se tenían suficientes réplicas no podemos estudiar la existencia de la interacción entre los factores. Existe la sospecha de una interacción entre la velocidad y el tiempo por el tipo de proceso. Sin embargo, debido a que no se contaba con las suficientes observaciones por celda para detectar si existía una interacción entre los factores, fue necesario generar una mayor cantidad de datos y, es por ello que se realizó un segundo diseño de experimentos con algunos ajustes. Para el conjunto de datos denominado Grupo B Para el primer modelo lineal, se concluye que (con un grado de confiabilidad del 95%, ߚ = Ͳ.Ͳͷ): • Existe evidencia suficiente con un nivel de significancia de 0.05, para concluir que la velocidad de agitación es un factor que influye en la variable respuesta. • Existe evidencia suficiente con un nivel de significancia de 0.05, para concluir que el tiempo de agitación no influye en la variable respuesta. • Existe evidencia suficiente con un nivel de significancia de 0.05, para concluir que no existe una interacción entre los factores y por ello tampoco influye en la variable respuesta. Para el segundo modelo lineal, se concluye que (con un grado de confiabilidad del 95%, ߚ = Ͳ.Ͳͷ): • Existe evidencia suficiente con un nivel de significancia de 0.05, para concluir que la velocidad de agitación es un factor que influye en la variable respuesta. • Existe evidencia suficiente con un nivel de significancia de 0.05, para concluir que no existe una interacción entre los factores y por ello tampoco influye en la variable respuesta. Se concluye que la velocidad es el factor que influye en la obtención de partículas del tamaño deseado; 25 rpm es la velocidad que genera mejores resultados y, en términos prácticos, es una opción energéticamente más viable debido a un esfuerzo menor para movilizar un agitador en un contenedor de gran capacidad. Sin embargo, el hecho de que el tiempo no sea un factor importante, implica que estos sistemas se encuentran en un estado en equilibrio debido a la gran cantidad de energía que se suministra en éste en tan poco tiempo. Síntesis de las recomendaciones La recomendación para un trabajo futuro es analizar el sistema con una mayor variedad de velocidades de agitación como, por ejemplo: 5 rpm, 10 rpm, 15 rpm, para estudiar el comportamiento de la formación de partículas del tamaño deseado y, realizar las pruebas necesarias para saber si el tiempo es un factor que influye bajo estas condiciones. Si se encontrase que tanto la velocidad como el tiempo influyen en nuestra variable respuesta, se buscaría una correlación entre estos factores y, se realizaría un estudio de superficie de respuesta para encontrar una combinación de éstos que dé como resultado un valor óptimo, es decir, a qué velocidad de agitación y en qué tiempo se genera la mayor cantidad de partículas de tamaño adecuado para su remoción.

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