Metodología de Superficies de Respuesta, gran alternativa para optimizar el tratamiento de aguas residuales industriales.

La investigación experimental requiere siempre la realización de ensayos o experimentos y consecuentemente llevan asociada el coste de dichos ensayos. Cuando los costes experimentales son bajos la planificación y optimización del número de ensayos a realizar no resulta especialmente crítica. Sin embargo, a medida que aumenta el número de experimentos los costes de los procesos pueden dispararse. Además, en el caso de las aguas residuales industriales resulta esencial la optimización de los procesos de tratamiento. La Metodología de Superficies de Respuesta (RSM) es un conjunto de técnicas matemáticas utilizadas en el tratamiento de problemas en los que una respuesta de interés está influida por varios factores de carácter cuantitativo. El propósito inicial de estas técnicas es diseñar un experimento que proporcione valores razonables de la variable respuesta y, a continuación, determinar el modelo matemático que mejor se ajusta a los datos obtenidos. El objetivo final es establecer los valores de los factores que optimizan el valor de la variable respuesta.

[Grupo Ingeniería Química. UAM]

Entre las distintas alternativas que se pueden desarrollar para optimizar los procesos de tratamiento de aguas residuales, la metodología de superficies de respuesta (RSM) destaca por su gran utilidad. Se trata de una colección de técnicas de diseño experimental, métodos de regresión y optimización de procesos. La base está en encontrar niveles óptimos de un factor sobre una respuesta. Se hacen pocos experimentos y se enfoca la atención sobre los niveles donde la respuesta es óptima. El propósito inicial de esta técnica es diseñar un experimento que proporcione valores razonables de la variable respuesta y, a continuación, determinar el modelo matemático que mejor se ajusta a los datos obtenidos. El objetivo final es establecer los valores de los factores que optimizan el valor de la variable respuesta. En definitiva, con la RSM  se pretende localizar las condiciones óptimas de operación del proceso. Este tipo de técnica se puede aplicar, por ejemplo, para el tratamiento de un efluente procedente del lixiviado de un vertedero mediante procesos electroquímicos. Entre los factores que influyen en las características del lixiviado de un vertedero (precipitación, variaciones climáticas, tipo y composición de los residuos, etc.), la edad del mismo desempeña un papel fundamental. Los lixiviados procedentes de un vertedero joven se caracterizan por altos valores de DBO (4.000-13.000 mg/L) y DQO (30.000-60.000 mg/L) y elevada biodegradabilidad (DBO5/DQO entre 0,4 y 0,7). Por encima de 10 años, se trata de un vertedero viejo con lixiviados estabilizados que presentan DQO y DBO relativamente bajas (menos de 4 g/L), baja biodegradabilidad (DBO/DQO menor de 0,1) y compuestos de elevado peso molecular. De forma general, los lixiviados de los vertederos contienen grandes cantidades de materia orgánica, donde los constituyentes de tipo húmico son un grupo importante, amonio, metales pesados, compuestos organoclorados y sales inorgánicas. Asimismo, los ensayos de toxicidad realizados confirman el potencial riesgo de este tipo de efluentes (Bernard et al., 1997). Se trata, por tanto, de un tipo de efluentes con características muy complejas y cuyo tratamiento necesita ser optimizado de la mejor manera posible.

Para optimizar las condiciones del tratamiento electroquímico de un lixiviado de vertedero se puede utilizar, por ejemplo, el diseño de Box-Behnken que es un tipo de RSM. Los diseños de Box-Behnken parten siempre de tres niveles en cada variable. Su algoritmo de generación de experimentos consiste en plantear diseños factoriales completos a dos niveles (Tomando el nivel alto y el bajo) entre parejas de variables, manteniendo el resto de variables en su nivel intermedio. Además se realizan tres réplicas del punto central (con todas las variables en nivel intermedio) [1]. La superficie de respuesta que se obtiene se visualiza en un espacio tridimensional en el que la tercera dimensión representa, en este caso, la eliminación de materia orgánica obtenida sobre el plano bidimensional definido por las combinaciones de los niveles de los dos factores seleccionados, densidad de corriente y dosis de electrolito. En la Figura 1 se observa la superficie de respuesta obtenida para el tratamiento electroquímico de los efluentes procedente del lixiviado de vertederos.

Figura 1. Superficie de respuesta obtenida para la eliminación de carbono orgánico total.

 

La aplicación de esta metodología permitiría, por tanto, optimizar el tratamiento del lixiviado de vertederos mediante el análisis de la influencia que tienen las distintas variables sobre la respuesta a la eliminación de materia orgánica. Así, en la superficie de respuesta de la Figura 1, el proceso está tanto más optimizado cuanto más nos acercamos al color rojo.

 

Referencias:

[1] http://www.uclm.es/actividades/2010/CongresoIM/pdf/cdarticulos/232.pdf

Etiquetas:

Si te gustó esta entrada anímate a escribir un comentario o suscribirte al feed y obtener los artículos futuros en tu lector de feeds.

Comentarios

Aún no hay comentarios.

(requerido)

(requerido)


*

Responsable del tratamiento: FUNDACIÓN PARA EL CONOCIMIENTO MADRIMASD con domicilio en C/ Maestro Ángel Llorca 6, 3ª planta 28003 Madrid. Puede contactar con el delegado de protección de datos en dpd@madrimasd.org. Finalidad: Contestar a su solicitud. Por qué puede hacerlo: Por el interés legítimo de la Fundación por contestarle al haberse dirigido a nosotros. Comunicación de datos: Sus datos no se facilitan a terceros. Derechos: Acceso, rectificación, supresión, oposición y limitación del tratamiento. Puede presentar una reclamación ante la Agencia Española de Protección de datos (AEPD). Más información: En el enlace Política de Privacidad..