Control operacional vía o-sensores para evitar reclamos

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Zorich imagen   El uso de una adecuada herramienta de gestión operacional juega un rol fundamental a la hora de establecer y definir los parámetros operacionales normales durante cualquier proceso. Si este proceso conlleva además un alto potencial de generación de olor o de compuestos gaseosos específicos (odorantes), esta herramienta cobra mayor relevancia aún como gestión de control operacional. Por lo anterior, un detallado conocimiento de los procesos y de los niveles de generación de gases odorantes presentes, deben ser evaluados en forma confiable y certera.

   El presente artículo se basa en el aprendizaje y la experiencia adquirida, relacionada directamente con lo mencionado anteriormente durante el desarrollo de un proyecto realizado en una planta de tratamiento de residuos industriales líquidos y lo aprendido sigue completamente vigente.

Héctor Vergara1, Maria José Bravo2

Ecometrika, Av. Américo Vespucio 2296, Conchalí, Santiago, Chile.
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   Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.

   Editor académico: Carlos N Díaz.

   Calidad del contenido: Este artículo científico ha sido revisado por al menos dos revisores. Vea el comité científico aquí

   Cita: Héctor Vergara, Maria José Bravo, 2017, Control operacional vía o-sensores para evitar reclamos, IV Conferencia Internacional sobres gestión de Olores y COVs en el Medio Ambiente, Valladolid, España, www.olores.org

   Copyright: Los autores retienen la propiedad del copyright de sus artículos, pero los autores permiten a cualquier persona descargar, reusar, reimprimir, modificar, distribuir y/o copiar artículos del sitio web de olores.org, siempre que se citen los autores originales y las fuentes. No es necesario permiso específico de los autores o de los editores de esta web.

   ISBN: 978-84-697-7359-8

   Palabras claves: Mantenimiento Preventivo. Proceso, dilución, cuantificación, confiabilidad.

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Resumen

   El uso de una adecuada herramienta de gestión operacional juega un rol fundamental a la hora de establecer y definir los parámetros operacionales normales durante cualquier proceso. Si este proceso conlleva además un alto potencial de generación de olor o de compuestos gaseosos específicos (odorantes) ya sea por una condición propia del proceso o por alguna desviación en el mismo, esta herramienta cobra mayor relevancia aún como gestión de control operacional. Por lo anterior, un detallado conocimiento de los procesos y de los niveles de generación de gases odorantes presentes, deben ser evaluados en forma confiable y certera.

   El presente artículo se basa en el aprendizaje y la experiencia adquirida, relacionada directamente con lo mencionado anteriormente durante el desarrollo de un proyecto realizado en una planta de tratamiento de residuos industriales líquidos y lo aprendido sigue completamente vigente.

   Esta experiencia corresponde a cómo se determinaron los equipos de monitoreo y registro de gases y a la correcta selección de dilución necesaria, para cuantificar la concentración de distintos gases odorantes emitidos en las distintas proporciones y como asegurar su correcta cuantificación.

 

1. Introducción

   Aun cuando no tenemos en Chile normativa de calidad referido a nivel de exposición a olores en el aire ambiente, hemos tenido en este país suficientes casos nefastos como para generar hoy en la industria la necesidad de contar con sistemas que controlen la operación y alerten tempranamente de posibles riesgos de molestia en la comunidad.

   Hay sectores industriales conscientes de que los olores ambientales pueden causar situaciones de quejas relevantes y que ello afecta negativamente las relaciones con los residentes, autoridades locales y en algunos casos compromete proyectos futuros.

   Existe por ello el creciente interés por contar con sistemas simples, certeros y a costos razonables que brinden estas alertas tempranas de molestia odorante y a partir de ello prevenir y evitar reclamos de la población. Ello ha ocasionado volcar nuestra mirada e investigación hacia esta materia.

   La caracterización de compuestos gaseosos odorantes, determinación de niveles históricos y posterior monitoreo en procesos y tratamiento de residuos , resultan ser un buen indicador del estado operacional de la planta y por ende, una útil herramienta de control.

   Una empresa productora de bebidas alcohólicas, nos solicitó contar con el control operacional de su proceso y eficiencia de remoción de los sistemas para tales efectos, mediante el monitoreo de gases en el ducto donde se consolidan las corrientes de aire oloroso y biogás, generado en la planta de tratamiento de RILes, previo al punto de incineración. Se requería establecer niveles presentes, como primer paso. No existía historia y solo se disponía de información de Metano (CH4 ) y Monóxido de Carbono (CO) como principales gases generados, sin perjuicio de que el requerimiento nació por la constante percepción y quejas de olor a “huevo podrido”.

   La planificación del proyecto requirió conocer el proceso realizado en la planta como tratamiento de los residuos líquidos generados en la planta de proceso y que consta de las siguientes etapas:

  • Pre-tratamiento: Cribado grueso, cribado fino, homogeneización y ajuste de pH.
  • Tratamiento biológico: Digestión anaeróbica y aeróbica.
  • Desinfección: Tratamiento previo a la descarga.
  • Manejo de lodos: Espesador de lodos, centrifuga y estanque de recepción.
  • Manejo de biogás: Gasómetro (biogás proveniente de la digestión anaeróbica como combustible de calderas) y chimenea de incineración como respaldo y quema de exceso de biogás.

   Esta última línea corresponde a la línea en la cual se solicitó la medición de gases.

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Figura 1 – Esquema de ductos de canalización de biogás

   De los antecedentes teóricos, se sabe que la composición estimada del biogás canalizado hacia la chimenea era de 75% Metano, 24% CO y 1% de otros gases.

   Era, este último punto el de interés para conocer cuales otros compuestos eran los odorantes presentes, niveles emitidos e ir construyendo historia del ciclo de operación para relacionar con reclamos por malos olores.

 

2.Materiales y métodos

   Como parte del desarrollo se realizó una campaña inicial de monitoreo de gases, con el objetivo de establecer rangos y niveles. Se realizó la campaña inicial de registro de gases: Metano, Súlfuro de Hidrógeno, Amoniaco y Compuestos Orgánicos Volátiles (COV’s), como familia.

   Se utilizaron equipos de detección de gases con sensores electroquímicos para H 2 S y NH 3 , sensor PID para los COV’s y sensor catalítico para el CH4 .

   El rango de registro de los equipos se presenta en la tabla 1.

Tabla 1 – Rangos y resolución de lectura de sensores de H2S, NH3 , CH4 y COV.
Zorich tabla1

   La planificación original consideraba un monitoreo continuo de gases directo en el ducto, mediante sondas de teflon® instaladas en el punto de muestreo. Se planificó registros minuto a minuto para un período total de 120 minutos. Como método alternativo, previendo el estar fuera de rango y no poder realizar la lectura continua y directa, se incluyó un sistema de dilución y captura de muestra de aire, para posterior análisis de muestras en laboratorio. El rango de dilución del sistema daba la posibilidad de diluir entre 4 y 330 veces.

   Posteriormente y en virtud de lo resultados preliminares, fue reemplazado por monitoreos puntuales, y lecturas parciales, con muestras extraídas desde el ducto de la chimenea de incineración.

 

3.Resultados y discusión

   Los registros de lectura directa presentaron valores, para todos los gases, por sobre el rango de lectura en todos los sensores. Inmediatamente iniciada la lectura, al primer minuto los sensores presentaron valores de saturación.

   Al proceder la toma de muestras diluidas (muestreo parcial) se utilizó como indicador el gas súlfuro de hidrógeno. Se realizó en primera instancia la toma de una muestra de referencia en un grado de dilución 1:5 lo cual entregó nuevamente una lectura por sobre el rango máximo de registro del sensor (> 2.000 [ppm]). Finalmente se consideró un grado de dilución mayor, 1:88, con lo cual se obtuvo una lectura directa a la muestra con valores dentro del rango de medición del sensor.

Tabla 2 – Registros de gases lectura directa versus muestreo estático
Zorich tabla2

   Con la información recopilada en terreno, se tomaron 3 muestras, diluidas 1:88, y trasladadas al laboratorio para determinar concentración de los compuestos gaseosos solicitados.

    El análisis en laboratorio arrojó los siguientes resultados:

Tabla 3 – Resultados muestras diluidas analizadas en laboratorio
Zorich tabla3
/1 Valor 0 [ppm], lo cual significaba ausencia del gas o dilución muy alta para el rango del equipo de Amoniaco.
/2 Valor fuera de rango lo cual indica que la dilución era muy baja para el rango delsensor de Metano y sensor de COV’s.

   De la tabla 3 se desprende que el ensayo de dilución realizado en terreno para determinar los niveles de concentración de H2S fueron correctos, y el punto ciego fue haber considerado sólo este gas como indicador del grado de dilución ya que los resultados obtenidos de las 3 muestras analizadas en el laboratorio presentaron valores de 0 [ppm] de Amoniaco, dando cuenta de la ausencia del gas en la muestra o que el grado de dilución utilizado (1:88) resultó ser muy alto para la concentración real que se pudiese encontrar en la corriente gaseosa. Por otro lado, para el caso del Metano y de los COV’s, se tuvo que a pesar de tener un alto grado de dilución, éste no fue suficiente para los niveles de los sensores.

   Como consecuencia de esto, se determinó que la solución a lo anterior sería individualizar el grado de dilución para cada gas a medir, por lo tanto fue necesario transparentar los resultados obtenidos al solicitante y con ello coordinar una nueva campaña de toma de muestras en terreno.

   La nueva campaña consistió en realizar la toma de 4 muestras, cada una duplicado, en el mismo punto, cada muestra destinada a cada uno de los 4 gases a medir. Los grados de dilución para la toma de muestra en terreno fueron determinados en base a los antecedentes de los rangos de los sensores para cada gas para el NH3, CH4 y COV, y en base a la primera campaña de muestreo para el caso del H2S.

   De lo anterior se determinaron los siguientes niveles de dilución de toma de muestra en terreno:

Tabla 4 – Grados de dilución para el muestreo – 2o muestreo
Zorich tabla4

    Para el caso de CH4 y COV’s fue necesario realizar una dilución a las muestras ya diluidas, para llegar a los rangos de registro de los sensores. Finalmente, para el caso del CH4 la nueva dilución fue de 1:20 y con ello el grado de dilución final fue 1:6.600. Para los COV’s, la nueva dilución fue 1:4 dando como resultado una dilución final de 1:1.320.

   Los resultados de la nueva campaña de muestreo y medición de gases, dieron como resultado las siguientes concentraciones:

Tabla 5 - Resultados de concentración de gases – 2º muestreo
Zorich tabla5

   A partir de esta experiencia, el depto. de R&D desarrolló el que cada línea de gas cuente con sistema de dilución ad-hoc al gas monitoreado. A la fecha se ha desarrollado y está en proceso de validación por al menos 6 meses. Se está levantando información de registros, del ciclo de operación para establecer el “semáforo” y definir alarmas.

 

4. Conclusiones

   De lo realizado y aprendido en terreno, permitió al solicitante del estudio conocer los niveles de concentración de los gases presentes y con ello implementar sistemas de monitoreo en línea con equipos de dilución directa y continua, individualizados para los gases caracterizados. A partir de ello, se implementó un plan para levantar el ciclo de operación, levantar tasa de emisión de olor, modelaciones y establecimiento de alertas, junto el muestreo periódico para validar la solución implementada.

   El conocer tempranamente los riesgos odorantes, permite tomar decisiones en los tiempos adecuados, además de brindar valiosa información sobre posibles desviaciones en el proceso, lo que ha sido de mucha utilidad en este caso.

   Muchos estudios, varios de los cuales han sido llevados a cabo en nuestros laboratorios, demuestran que la nariz electrónica para uso ambiental, tiene aún mucho por desarrollar. El camino inicial sería el contar con registros confiables de gases odorantes o gases indicadores del proceso. La adecuada definición de un plan de muestreo para la medición de gases, considerando una etapa previa en terreno como pre-evaluación para definir las condiciones de borde de la toma de muestra es requisito fundamental para el correcto desarrollo de proyectos de estas características, incluyendo un equilibrio en el costo y recursos destinados a la ejecución del mismo.

 

5. Referencias

   Holmgren, M. A., Nørregaard H. M., Reinelt T., W esterkamp, T., Jørgensen, L., Scheutz, Ch., Delre, A., 2015. Measurements of methane emissions from biogas production – Data collection and comparison of measurement methods. Suecia.

   Blanes-Vidal V., Nadimi E., Ellermann T., Andersen H., Løfstrøm P. 2012. Perceived annoyance from environmental odors and associat. ion with atmospheric ammonia levels in non-urban residential communities: a cross-sectional study. Dinamarca.

   Bakker, E. 2004. Electrochemical sensors. Department of Chemistry, Auburn University, Auburn, Alabama.

   Wang, J. 1995. Electrochemical sensors forenvironmental monitoring:a review of recent technologyDepartment of Chemistry and Biochemistry, New Mexico State University, Las Cruces, New Mexico.

   Yogeswaran, Ming Chen, S. 2008. A Review on the Electrochemical Sensors and Biosensors Composed of Nanowires as Sensing Material. Department of Chemical Engineering and Biotechnology, National Taipei University of Technology, Taiwan.

 

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