La prueba Zahn-Wellens, que debe su nombre a los científicos Hans Zahn y Carl Wellens, es un método establecido para evaluar la biodegradabilidad de sustancias orgánicas en el tratamiento de aguas residuales. Esta prueba se utiliza sobre todo en la tecnología de aguas industriales y residuales para comprobar la biodegradabilidad de sustancias químicas, aguas residuales de procesos o residuos orgánicos y evaluar su impacto en reactores biológicos.
Los resultados de la prueba Zahn-Wellens proporcionan información importante para la selección y optimización de los procesos de tratamiento, especialmente en los procesos de tratamiento biológico como el proceso de fangos activados o los reactores discontinuos secuenciados (SBR). La prueba está normalizada de acuerdo con la norma OCDE 302 B.
Índice
Objetivo de la prueba de ondulación del diente
El ensayo de Zahn-Wellens se utiliza principalmente para evaluar la biodegradabilidad de compuestos orgánicos persistentes o persistentes.
- Degradación primaria: Comprobación de si las sustancias son modificadas estructuralmente o degradadas por microorganismos.
- Mineralización: Determinación de si las sustancias se degradan completamente a dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).
- Potencial inhibidor: Evaluación de si las sustancias ensayadas tienen un efecto inhibidor sobre la actividad biológica, por ejemplo, a través de la toxicidad.
La prueba proporciona datos cuantitativos sobre la demanda bioquímica de oxígeno (DBO ) y la carga orgánica residual, lo que permite extraer conclusiones sobre la idoneidad de los procesos de tratamiento biológico.
Principio de prueba
En la prueba de Zahn-Wellens, se añade un cultivo de lodos activados a una muestra de aguas residuales o a una sustancia orgánica en un reactor de laboratorio en condiciones definidas. Durante un periodo de hasta 28 días, se determina la tasa de degradación de la materia orgánica midiendo la demanda química de oxígeno (DQO) o el carbono orgánico disuelto (COD).
Procedimiento de la prueba
Preparación de la mezcla del reactor:
- Las aguas residuales o la muestra de sustancias se combinan con una solución nutritiva (contiene nitrógeno y fósforo) y un cultivo activo de lodos activados en un reactor.
- Se miden las concentraciones iniciales de DOC o COD.
Condiciones aeróbicas:
- El reactor se airea continuamente para garantizar un metabolismo aeróbico de los microorganismos.
Muestreo:
- Se toman muestras a intervalos regulares, se filtran y se analizan para determinar el COD o el DOC.
Análisis de datos:
- La disminución de los valores de DOC o COD se documenta a lo largo del tiempo. Una disminución del 70 % o más se considera un indicio de fácil biodegradabilidad.
Foto: Nuestro reactor anaerobio de biogás ALMA BHU GMR: El dimensionamiento y el diseño del reactor se basan en la carga de alimentación para garantizar una producción óptima de biogás y la estabilidad del proceso.
Parámetros y condiciones técnicas
- Concentración de sustrato: la concentración de DOC suele estar entre 10-40 mg/L.
- Temperatura del reactor: Se mantiene a una temperatura constante de 20-25 °C para garantizar unas condiciones óptimas para la actividad biológica.
- Concentración de lodos: Concentración de lodos activados en el rango de 1-4 g de materia seca/L.
- Aireación: La saturación de oxígeno en el reactor se mantiene mediante aireación continua.
Evaluación de los resultados de las pruebas
Los resultados de las pruebas se expresan en porcentaje de disminución del COD o DOC y se clasifican del siguiente modo:
- Fácilmente biodegradable: > 70 % de reducción en 28 días.
- Parcialmente degradable: disminución del 20-70 %.
- Schwer abbaubar/persistent: < 20 % Abnahme.
Además, se comprueba si se producen efectos inhibidores en el cultivo de fangos activados, por ejemplo, mediante una disminución estancada de los parámetros de degradación.
Aplicaciones en la tecnología del agua y las aguas residuales industriales
1. evaluación de nuevos productos químicos
Antes de introducir en la planta nuevos productos químicos de proceso o agentes de limpieza, se evalúa su biodegradabilidad mediante la prueba de Zahn-Wellens.
- Sectores industriales: Industria química, industria alimentaria, industria farmacéutica.
- Objetivo: Garantizar que las nuevas sustancias no tengan un impacto negativo en las plantas de tratamiento biológico de aguas residuales.
2. inspección de las aguas residuales industriales
Las aguas residuales industriales contienen a menudo sustancias orgánicas difíciles de descomponer y que pueden perjudicar el funcionamiento de los reactores biológicos. La prueba de Zahn-Wellens ayuda a la:
- Identificación de sustancias tóxicas o inhibidoras de la actividad de los microorganismos.
- Planificación de pretratamientos, como la oxidación química o la adsorción, para eliminar los compuestos persistentes.
Foto: Nuestro sistema de biofiltración ALMA BioFil Compact para el tratamiento de aguas residuales con contaminación orgánica residual.
3. optimización de los procesos de tratamiento biológico
Los resultados de las pruebas proporcionan información sobre si una sustancia:
- Puede biodegradarse directamente.
- Pasos adicionales del proceso como biofiltración o tratamiento anaerobio es necesario.
Límites y retos
Reproducibilidad:
- Los resultados pueden variar debido a la composición específica de los lodos activados o a variaciones en las condiciones de ensayo.
Compuestos poco degradables:
- Algunas sustancias orgánicas no son biodegradables y requieren procesos alternativos como oxidación UV o precipitación y floculación.
Influencia de sustancias tóxicas:
- Las sustancias altamente tóxicas pueden inhibir el proceso de degradación, falseando los resultados.
Importancia práctica y ventajas
- Requisitos reglamentarios: La prueba de Zahn-Wellens cumple las normas internacionales (por ejemplo, OCDE 302 B) y suele exigirse en los procedimientos de autorización.
- Rentabilidad: La evaluación de la degradabilidad puede ayudar a evitar problemas costosos en las plantas de tratamiento biológico de aguas residuales en una fase temprana.
- Fiabilidad del proceso: la prueba proporciona datos valiosos para la gestión operativa y permite la optimización específica de los procesos de tratamiento.
Conclusión
El ensayo de Zahn-Wellens es una herramienta indispensable en el tratamiento de aguas industriales y residuales. Permite evaluar con fundamento la biodegradabilidad de las sustancias orgánicas y proporciona datos esenciales para la selección, planificación y optimización de los procesos de tratamiento.
En combinación con otros análisis, como la caracterización química o las pruebas de toxicidad, la prueba de Zahn-Wellens ayuda a garantizar la estabilidad del proceso en plantas biológicas y a desarrollar soluciones respetuosas con el medio ambiente para el tratamiento de aguas residuales.
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