El sector del rendering, dedicado al tratamiento de los subproductos animales para obtención de grasa y harina, es uno de los más problemáticos por olores molestos derivados del proceso de fabricación. Por este motivo la mayor parte de las plantas se encuentran en zonas aisladas lejos de núcleos poblacionales o industriales. En el caso que presentamos, la implantación muy cerca de un núcleo de población hizo necesaria la implementación de una solución.
R. Coelho 1* , M. Hänel 2 y G. Lacarra 3
1. Carpe Ambiente Ltda, Portugal, geral@carpe-ambiente.pt
2. KBA MetalPrint, Alemania, matthias.haenel@kba-metalprint.de
3. Delegación de Carpe Ambiente en España
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: R. Coelho, M. Hänel y G. Lacarra, 2015, Eliminación de olores mediante oxidación térmica regenerativa. Un caso de éxito en sector de ‘rendering’, III Conferencia Internacional sobres gestión de Olores en el Medio Ambiente, Bilbao, España, www.olores.org
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ISBN: 978-84-608-2262-2.
Palabras clave: olores, eliminación, oxidación, térmica, subproductos, rendering, RTO.
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Resumen
El sector del rendering, dedicado al tratamiento de los subproductos animales para obtención de grasa y harina, es uno de los más problemáticos por olores molestos derivados del proceso de fabricación. Por este motivo la mayor parte de las plantas se encuentran en zonas aisladas lejos de núcleos poblacionales o industriales. En el caso que presentamos, la implantación muy cerca de un núcleo de población hizo necesaria la implementación de una solución que aportase una mejoría significativa de la eficiencia de tratamiento de olores de dos plantas (C1 y C3), en São João da Madeira, Portugal.
El éxito del proyecto ha sido la ejecución de una instalación de tratamiento por oxidación térmica regenerativa (RTO) totalmente integrada con los procesos de fabricación, con la planta y con los otros sistemas de tratamiento ya existentes.
1. Introducción
La emisión de olores es absolutamente inevitable en algunos procesos industriales como son las plantas de tratamientos de subproductos animales, también denominadas como ‘rendering’ (Prokop, 1992, Sironi et al. 2007, Emission Factor, 1995). Por este motivo este tipo de industrias tradicionalmente se han establecido en zonas aisladas como principal medida preventiva. Cuando no es posible, como en este caso, en el que la empresa está implantada desde hace muchos años en la misma ubicación, el objetivo del proyecto cambia por completo: la misión es la eliminación eficaz de los olores.
Establecerse sin ser considerado una fuente de molestias para los vecinos permite fijar objetivos de permanencia a largo plazo, y elimina el riesgo de ser presionado al cambio y la deslocalización, lo cual tiene también un importante valor (Van Harreveld, 2002).
A lo largo de los años, la empresa fue implementando sistemas para reducción de los olores: sistemas recuperativos, aerocondensadores, lavador químico de gases, etc., pero la reducción de la emisión de olores de la actividad de las plantas C1 y C3 no ha sido suficiente, existiendo quejas frecuentes y presiones de los vecinos.
El problema y reto que se planteaba era en consecuencia, definir e implementar una solución robusta, integrada, y eficaz, capaz de disminuir de un modo permanente y bajo las diferentes condiciones de operación, las emisiones de olores y consecuentemente mitigar las quejas de la vecindad.
El objetivo de este trabajo es presentar la tecnología de oxidación térmica regenerativa, el proyecto desarrollado y los resultados obtenidos. Se muestra como el diseño correcto de un sistema de tratamiento por oxidación térmica regenerativa (RTO) evita la limitación de tener que alejar de núcleos industriales y habitados este tipo de plantas. Esto se consigue diseñando para el caudal de aire adecuado, junto a una correcta integración con los sistemas existentes, factores clave para minimizar las emisiones de olor.
2. Materiales y métodos
2.1. Ingeniería
El propio sistema de tratamiento y su eficiencia teórica no es suficiente como criterio básico para el diseño de la solución. También es fundamental un correcto sistema de captación de todos los olores en los puntos del proceso que los generan (Van Harreveld, 2005), combinando los diferentes sistemas en las condiciones variables de operación y gestionando adecuadamente las prioridades. Es la combinación de todos esos factores la que asegura el éxito final de la solución de tratamiento, por lo que el diseño específico debe integrarse correctamente en la fábrica para que los resultados finales sean adecuados.
El proyecto se inició con un trabajo de ingeniería. En esta fase se recogieron con detalle los datos de las plantas C1 y C3, incluyendo características y condiciones de operación de los equipos de producción, equipos de tratamiento de aire existentes, sistema de captaciones y de conductos, producción de vapor, modos de operación y prioridades actuales, objetivos a largo plazo, emisiones de olor y de otros contaminantes, ubicación geográfica de las plantas y del sistema de tratamiento RTO, etc.
Teniendo en cuenta todos estos elementos se elaboró un nuevo concepto de solución para el tratamiento de los olores. Se definieron nuevas captaciones de aire local, se adecuó la red de conductos y la interconexión adecuada de los distintos sistemas de tratamiento de aire, incluida la ubicación final de los sistemas de prefiltración, precalentamiento y del RTO. Se definieron también los distintos modos de operación de los equipos de tratamiento de aire en función de distintos escenarios y prioridades.
2.2. Oxidación térmica regenerativa
El sistema de oxidación térmica regenerativa (RTO) consiste en 3 depósitos verticales rellenos de material cerámico. Está compuesto por una combinación seleccionada de distintos materiales cerámicos (XtraComb®), desarrollada específicamente para tratar los vahos y gases conflictivos del sector de rendering. La parte superior de los depósitos está conectada con la cámara de combustión. La unidad completa está aislada en el interior con fibra de cerámica resistente a altas temperaturas (hasta 1.250 °C). Debajo de los depósitos hay un sistema de conductos y válvulas que permiten la entrada del aire contaminado y la salida de aire tratado. Todas las partes en contacto directo con los gases son fabricadas en materiales resistentes a la corrosión. En la cámara de combustión existe un quemador modulante de muy baja potencia, que utiliza generalmente como combustibles gas natural, GLP o gasóleo. Se utiliza para calentar y suministrar al sistema la energía térmica estrictamente necesaria para mantener la temperatura definida en la cámara de combustión.
Figura 1: Diseño general de un Sistema RTO (KBA-CleanAir de la empresa KBA-MetalPrint)
Durante el encendido los lechos cerámicos son calentados por el quemador. Una vez el sistema ha alcanzado la temperatura de operación, puede empezar el proceso de tratamiento. El aire contaminado se alimenta por los lechos precalentados, recogiendo energía en su recorrido hasta la cámara de combustión, y después libera esa energía en lo(s) lecho (s) de salida. En esto proceso todos los compuestos son oxidados a altas temperaturas, formando principalmente dióxido de carbono (CO2), agua (H2O), NOx y SOx. El nivel de emisiones de NOx y SOx depende directamente de la concentración de compuestos sulfurados y amoniacales (como H2S y NH3) en la materia prima y vahos a tratar.
La reacción de oxidación de los compuestos en el aire a tratar es exotérmica, de forma que la potencia del quemador se ajusta automáticamente para ahorrar el máximo de energía primaria. Cuando existe además una cierta concentración de compuestos (como materia grasa) en el aire a tratar, la energía térmica liberada en la oxidación es suficiente para operar el sistema y el quemador se apaga completamente (“operación autotérmica“). En esta situación sólo el ventilador principal sigue funcionando normalmente y consumiendo energía eléctrica.
Figura 2: Ejemplo de funcionamiento de un RTO en modo auto-térmico (KBA-CleanAir de la empresa KBA-MetalPrint)
El diseño del RTO es fundamental para que el sistema consiga ajustar de forma continua y automática el consumo energético (combustible y energía eléctrica) al caudal real de aire de entrada a tratar, su contenido en oxígeno, humedad y contaminantes, como sulfhídrico, amoniaco y grasas.
3. Resultados y discusión
3.1. Situación inicial
Se trata de dos plantas continuas, con dos digestores de vapor indirecto y el resto de equipos los habituales en plantas de rendering: tolvas, trituradores, percoladores, prensas, centrifugas, decantadores, tanques de almacenamiento, molinos, tornillos de transporte, etc.
Los equipos de tratamiento de olores existentes eran un lavado químico de 3 torres, dos sistemas de oxidación térmica recuperativa (“termodestructores” con producción de vapor), y un aerocondensador. Los vahos y algunas captaciones de prensas de las dos plantas eran dirigidos a los dos sistemas recuperativos, y en situaciones de paro al aerocondensador. El aire ambiente y un reducido número de captaciones locales en las dos plantas se enviaban al lavador.
Los principales problemas de la solución existente se pueden resumir en: insuficiente captación de emisiones en las fuentes (aire conflictivo); capacidad de tratamiento vahos dependiente de las necesidades de vapor y por tanto con frecuencia la capacidad era insuficiente; imposibilidad de ajustar la capacidad de tratamiento de vahos de modo independiente de las necesidades de vapor; la capacidad de producción estaba condicionada a la capacidad de tratamiento de vahos; colmatación del lavador incluso funcionando con pocas captaciones de aire conflictivo; imposibilidad de enviar los vahos al lavador por condiciones de temperatura y colmatación. Y como consecuencia de todo lo anterior, una emisión elevada de olores al entorno y quejas frecuentes de los vecinos.
3.2. Integración de los distintos sistemas
En la nueva solución propuesta, el RTO es el sistema principal de tratamiento de olores de las dos plantas. El RTO trata el máximo caudal posible de vahos, seguido de aire conflictivo de las captaciones locales, y solo cuando es necesario aire ambiente. Cuando la cantidad de vahos es superior a la que puede tratar el RTO, estos se encaminan al sistema recuperativo principal, seguido del recuperativo secundario, y únicamente como solución de emergencia el aerocondensador.
El precalentamiento, la prefiltración y el proceso de limpieza automático (“burn-out”) son algunos de los detalles implementados para garantizar la máxima eficiencia, fiabilidad y robustez de operación del RTO.
Figura 3: Diagrama de la nueva solución final de tratamiento de olores
3.3. Dados de operación del RTO
El RTO tiene capacidad para operar automáticamente entre 20% y 100% de su capacidad nominal de tratamiento de aire. Está preparado para operar 24 h por día, 365 días el año, sin paros. Actualmente, durante la semana el equipo para 5 horas/día, pero sin tiempos de espera, ya que no es necesario el recalentamiento por la gran inercia térmica del equipo). El arranque del precalentamiento es automático y programable por el cliente. Durante el fin de semana (paro > 30 h), el equipo se enfría hasta aproximadamente 450 ºC, pero bastan 1,5 horas para recalentar el equipo y empezar a tratar aire. Esta gran eficiencia se consigue gracias al cierre de válvulas cuando el equipo para, evitando las pérdidas de energía al exterior.
La concentración de olores considerada en el dimensionamiento a la entrada ha sido 1 000 000 ouE/m3. De acuerdo con el histórico de mediciones ya realizado en el sector de rendering, se puede llegar a eficiencias de eliminación de olores entre 96% y 99%.
Figura 4: Mediciones de olores en un RTO instalado en Portugal
Las condiciones del proceso de fabricación varían constantemente a lo largo del tiempo, y por tanto la composición del aire a tratar. Puntualmente pueden producirse picos de emisiones que provocan subidas incontroladas de temperatura en el material cerámico y en la chimenea. Es clave que el RTO esté preparado para hacer frente a estas situaciones. La combinación especial del material cerámico (XtraComb®) como medio de almacenamiento y de transferencia de energía, permite operar el RTO de forma óptima en situaciones con bajo contenido en oxigeno o de elevada carga orgánica sin ningún tipo de riesgo.
El objetivo en la operación es claro: reducir los costes de tratamiento del aire, sin recibir quejas de los vecinos. El RTO instalado demuestra que es posible tener como único coste de operación permanente la electricidad consumida por el ventilador principal. En la figura 5 se muestran los datos del registro continuo de datos, y se verifica que en el sector del rendering es posible que un RTO funcione la mayor parte del tiempo en modo auto-térmico. En este modo es clave el control de temperatura en el interior del material cerámico, que puede llegar a ser superior a la temperatura en la cámara de combustión, y requiere vigilancia y acción permanente para que no se produzcan paros ni daños en el sistema.
Figura 5: Datos de operación del RTO (negro - producción, rojo - autotérmico, naranja - quemador)
4. Conclusiones
Para conseguir un tratamiento óptimo y eficaz es fundamental realizar una correcta integración de todos los sistemas de tratamiento de aire, modos de operación, y que el RTO esté bien dimensionado.
El sistema puede funcionar en modo autotérmico la mayor parte del tiempo, con costes mínimos de operación, abriendo el camino para que el tratamiento de los gases del sector de rendering sea enfocado como una oportunidad de aprovechamiento energético;
El tiempo de arranque se reduce al mínimo, gracias al almacenamiento de la energía en el interior del material cerámico con mínimas pérdidas.
El equipo puede integrarse con otras soluciones de tratamiento, aumentando la robustez de la solución de tratamiento de olores, permitiendo que el tratamiento de olores se haga de modo independiente de la producción de vapor, y que cada uno trabaje con el máximo rendimiento.
El éxito del proyecto comienza por una fase de ingeniería del sistema de captaciones y la correcta integración de todos los sistemas existentes y futuros con el proceso de fabricación.
Es posible tener una planta de rendering en una zona industrial o cerca de una zona residencial.
El sistema diseñado y probado para el tratamiento de los olores de una planta de rendering ha demostrado que una aproximación global permite eliminar los problemas que históricamente han afectado a este tipo de plantas, tanto por las emisiones de chimenea (tratamiento insuficiente), como por una falta de tratamiento del aire ambiente en las zonas de proceso que afectaba a las áreas más cercanas.
Este concepto optimizado con integración de un sistema RTO, ha sido implantado con éxito en distintas plantas de rendering y harinas de pescado cerca de zonas industriales y poblaciones en Europa y Sudamérica.
Referencias
- Prokop, W.H. 1992. Food and agriculture industry: air pollution engineering manual. Capítulo 13. Van Nostrand Reinhold Press.
- Sironi, S, Capelly L. et al. 2007. Odour emission factors for assessment and prediction of Italian rendering plants odour impact. Chemical Engineering Journal 131, 225-231.
- Van Harreveld, A. 2002. Assesemtn of community response to odorous emissions. Environment Agengy, Bristol.
- Van Harreveld, 2003. A. Odor regulation and the history of odor measurement in Europe. Japan Ministry of the Environment, 54 – 61.
- Van Harreveld, 2005. A. Overview of developments in odour managemente. Proceedings of environmental odour management conference. Cologne, VDI Berichte 1850 1-5.
- Emission Factor Documentation for AP-42. Section 9.5.3. Meat rendering plants. EPA contract nº 68-D2-0159. Midwest Research Institute, Kansas City, MO, Septembre 1995.
En este artículo llevamos a cabo un análisis comparativo del desempeño de los modelos de dispersión AERMOD y SYMOS'97 para simulara la dispersión de compuestos olorosos en la atmósfera. Aunque hay una gran cantidad de modelos de dispersión en la literatura, hay pocas bases de datos que permitan la evaluación de los resultados obtenidos mediante la simulación de la dispersión de los compuestos de olor.
Una operación fundamental para llevar cabo la evaluación del impacto por olores de una actividad es el análisis de los datos meteorológicos, particularmente dirección y velocidad del viento. Tal análisis permite por ejemplo evaluar el número de calmas que podrían dar lugar a altos valores de concentración y para detectar posibles errores en datos meteorológicos antes de usarlos en modelos de dispersión atmosférica. Asimismo, la determinación de la direccion de viento prevalente permite comprender si las posibles fuentes emisoras de olor se encuentran generalmente a sotavento de los receptores potenciales.
Tanto las Infraestructuras de Tratamiento y Valorización Ambiental (ITVAs), como las depuradoras de aguas residuales, plantas de compostaje, plantas de biometanización y otras, generan emisiones odorantes que, de no ser tratadas convenientemente, pueden llegar a causar graves molestias a los vecinos.