La contaminación atmosférica relacionada con la emisión de compuestos causantes de malos olores ha sido durante años motivo de preocupación social. La proximidad a las áreas urbanas de instalaciones emisoras de malos olores como las estaciones de aguas residuales, agrava aún más el problema. Aunque la emisión de olores en estas instalaciones se compone por una mezcla compleja de diferentes compuestos, diversos autores han reconocido el fuerte impacto que tiene la emisión de compuestos volátiles azufrados (CVA) en la línea de tratamiento de lodos.

   Actualmente, existe una gran variedad de opciones disponibles para el tratamiento efectivo de olores. Sin embargo existe la necesidad de evaluar en profundidad la eficiencia de estas tecnologías aplicada a una misma línea de proceso. Dadas las necesidades, el presente estudia se focaliza en la evaluación de diferentes técnicas físico-químicas (lavado químico, adsorción, procesos de oxidación avanzada) con el objetivo de minimizar y/o eliminar CVA procedentes del tratamiento de lodos en una estación depuradora de aguas residuales.

Esther Vega ^a y María Martin ^b

^a Laboratorio de Tecnologías Limpias. Universidad de la Santísima Concepción. Alonso de Ribera 2850, Concepción (Chile).
^b Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental (LEQUIA). Campus Montilivi. 17003 Girona (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: Esther Vega, María Martin, 2017, Minimisation and abatement of odors by physico-chemical treatments, IV Conferencia Internacional sobre gestión de Olores y COVs en el Medio Ambiente, Valladolid, España, www.olores.org

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   ISBN: 978-84-697-7359-8

   Palabras claves: olores, aguas residuales, condicionamiento químico, procesos oxidación avanzada, adsorción, carbón activado, gestión de lodos

Resumen

    La contaminación atmosférica relacionada con la emisión de compuestos causantes de malos olores ha sido durante años motivo de preocupación social. La proximidad a las áreas urbanas de instalaciones emisoras de malos olores como las estaciones de aguas residuales, agrava aún más el problema. Aunque la emisión de olores en estas instalaciones se compone por una mezcla compleja de diferentes compuestos, diversos autores han reconocido el fuerte impacto que tiene la emisión de compuestos volátiles azufrados (CVA) en la línea de tratamiento de lodos.

    Actualmente, existe una gran variedad de opciones disponibles para el tratamiento efectivo de olores. Sin embargo existe la necesidad de evaluar en profundidad la eficiencia de estas tecnologías aplicada a una misma línea de proceso. Dadas las necesidades, el presente estudia se focaliza en la evaluación de diferentes técnicas físico-químicas (lavado químico, adsorción, procesos de oxidación avanzada) con el objetivo de minimizar y/o eliminar CVA procedentes del tratamiento de lodos en una estación depuradora de aguas residuales.

   En una primera etapa, se actuó en la minimización de CVA durante el proceso de condicionamiento químico de los lodos, dando a conocer que la buena práctica de este procedimiento, puede reducir costos y aumentar la eficiencia de procesos físico-químicos como el lavado químico o la adsorción con carbón activado a final de proceso.

   Una visión global del estudio permite concluir que la combinación de diferentes técnicas y actuaciones en la línea de lodos puede incrementar de manera muy satisfactoria la reducción y/o eliminación de compuestos causantes de malos olores.

1. Introducción

   Las emisiones de olores procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) son una mezcla compleja de diferentes tipos de compuestos como azufrados, nitrogenados y ácidos grasos volátiles. A pesar que estos son emitidos a niveles de concentración muy bajos, el bajo umbral de olor de dichos compuestos causa que sean perceptibles y molestos para la población. Las emisiones son causadas principalmente por stripping de compuestos presentes en el agua, la generación de sub-productos y/o el uso de reactivos químicos a lo largo del proceso de depuración de las aguas. La evaluación en detalle del proceso permitió concluir que la principal fuente de malos olores se encontraba asociado al tratamiento de lodos (Frechen 1988; Dincer y Muezzinoglu 2008).

   Durante el procesamiento de lodos, las condiciones anaeróbicas, las altas concentraciones de materia orgánica y la presencia de una comunidad microbiana fermentativa y sulfatada bien desarrollada, conducen a la formación de compuestos olorosos, especialmente compuestos volátiles reducidos de azufre (Lebrero et al., 2011).

   Existen una amplia variedad de tecnologías con el fin de reducir o eliminar compuestos causantes de malos olores. La adsorción (Anfruns et al 2011), el lavado químico (Couvert et al., 2008) o tratamientos biológicos como la biofiltración (Pagans et al., 2007) han sido ampliamente estudiados y aplicados exitosamente para la eliminación de malos olores.

    La motivación principal de la investigación llevada a cabo se ha centrado en el estudio de la minimización y tratamiento mediante procesos físico-químicos de las emisiones de compuestos causantes de olores asociados al tratamiento de lodos de EDARs. Combinando técnicas analíticas instrumentales y determinaciones olfativas, se ha profundizado en el efecto del tratamiento de los lodos durante la etapa de acondicionamiento en la posterior emisión de olores durante su tratamiento térmico así como en vías de mejora de la eficiencia de los sistemas de lavado químico oxidativo y sistemas de adsorción empleados como tratamientos finalistas

2. Materiales y métodos

   El estudio sobre el efecto de la concentración de FeCl₃ (30 % en peso) CaO y polielectrolito catiónico (solución 1% Snf Floerger Iberica) añadidos durante el acondicionamiento en la emisión de compuestos causantes de olores se llevó a cabo siguiendo un diseño experimental del tipo central compuesto y análisis estadístico de superficie de respuesta (Design-Expert software versión 6.0.7, Stat-Ease Inc., Minneapolis, USA) (Vega et al., 2014a) Se partió de una mezcla de lodo primario/secundario procedente de una EDAR urbana con un pH de 6.1 y una concentración de sólidos en suspensión totales (TSS) de 39800 mg L^-1 de los cuales 10090 mg L^-1 se corresponden a la fracción de sólidos volátiles (VSS).

   En lo que a sistemas de tratamiento físico químico concierne, se ha investigado la efectividad de emplear sistemas de lavadores químicos empleando procesos de oxidación avanzada (S-AOPs) y de procesos de adsorción en carbón activado (AC). Para llevar a cabo el estudio de S-AOPs, se emplearon combinaciones de UV/H₂O₂, H₂O₂/Fe²⁺ (Fenton), UV/H₂O₂/Fe²⁺ (foto Fenton) o O₃ en distintas condiciones y se estudió su eficiencia enpara la oxidación de una mezcla multicomponente (Vtotal= 25 mL) de Etil mercaptano (ETM), Dimetil Sulfuro (DMS) y dimetil disulfuro (DMDS) con una concentración de 0.5 mg L^-1 de cada uno de los compuestos. La evolución de la concentración de 3 compuestos azufrados presentes en fase líquida permitió determinar la cinética de eliminación de los distintos procesos. Se determinó así mismo el porcentaje% de mineralización mediante análisis de SO₄^2- en fase líquida mediante cromatografía iónica (Methrom 761-Compact) y se efectuó un estudio básico de costes en base al consumo de oxidantes en cada uno de los tratamientos (Vega et al., 2014b).

   Se estudió así mismo la efectividad de la adsorción para la eliminación de dichos compuestos, empleando un CA comercial (CA-R) y sometido a tratamiento de oxidación química (HNO₃ y O₃) (Vega et al., 2013, ) (Vega et al., 2015).

    La modificación con ácido nítrico (AC-N) se llevó a cabo llevando a ebullición 1 g de AC en ácido nítrico 6 N durante 20 min, seguido de un lavado con agua destilada hasta obtener un pH cercano a la neutralidad y posterior secado a 105ºC durante 12 h. La modificación con ozono se llevó a cabo siguiendo dos protocolos distintos. Se oxidaron muestras con O₃ en fase gas mediante un generador de ozono (Anseros COM-AD-02, Actualia) a razón de 20 mg O₃ min^-1 durante 30 o 60 min dando lugar a las muestras identificadas como AC-O30 y AC-O60 respectivamente. Para la oxidación con ozono en fase líquida, se suspendieron 0,25 g de CA en 150 mL de agua destilada cuyo pH se ajustó a 10 mediante adición de NaOH 0.1 M. En esta suspensión se burbujeó un caudal de 140 mg O₃ min^-1 durante 2 h. La muestra ozonizada fue filtrada y lavada con agua destilada hasta la obtención de un pH cercano a la neutralidad, obteniéndose de esta forma la muestra identificada como AC-O.

   La evaluación de la efectividad del proceso de adsorción se llevó a cabo mediante ensayos dinámicos en columnas de lecho fijo (diámetro interno: 7 mm, altura de lecho: 0,6 cm) y un flujo de gas de 250 ml min^-1.

   La monitorización de la eficiencia de los distintos procesos se llevó a cabo combinado el uso de métodos analíticos instrumentales por cromatografía de gases con detección fotométrica de llama pulsada (GC/PFPD CP3800 Varian), espectrometría de masas (GC/MS Agilent Technologies 5977E) y análisis sensorial por olfatometría (Bionose 0208 Odournet).

3. Resultados y discusión

   El estudio de la minimización de olores generados durante el procesado de lodos se estudió analizando el efecto de los reactivos (coagulantes/floculantes) añadidos durante la etapa de deshidratación sobre las emisiones de olores (Figura 1). Los resultados del efecto del FeCl₃ y el polielectolito (Fig 1a) revelan que la emisión de olor se vio negativamente afectada por el uso del cloruro de hierro (Vega et al., 2014a). Sin embargo este efecto fue ligeramente contrarrestado con un aumento progresivo de la dosis de polielectrolito. Esta misma tendencia fue observada combinando CaO con polielectrolito (Fig 1b). Además, la adición conjunta de CaO y FeCl₃ causa un efecto sinérgico en la reducción de compuestos causantes de malos olores (Fig 1c)

Figura 1. Gráficos de superficie de respuesta de la emisión de olores según medición por olfatometría que muestran el efecto de variables: (a) dosis de FeCl3-polielectrolito, (b) dosis de CaO-polielectrolito, y (c) dosis de CaO-FeCl3.

   La efectividad de diferentes procesos de oxidación avanzada tales como el Fenton, foto-Fenton o el ozono fueron evaluados en su aplicación en sistemas de oxidativos de absorción (Vega et al., 2014b). Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1 donde se puede apreciar la alta eficiencia de estos tratamientos aplicados a muestras líquidas sintéticas con un contenido de importante de compuestos volátiles azufrados. Cabe destacar el alto porcentaje de eliminación mediante el uso de técnicas como el foto-Fenton (UV/H₂O₂/Fe²⁺) o el ozono (O₃). Sin embargo el elevado consumo de agente oxidante en estos procesos puede conllevar un incremento notable de los costes en la aplicación de estos procesos a escala industrial.

 Tabla 1. Porcentaje oxidación de los compuestos volátiles azufrados, el grado de mineralización y el consumo de oxidante de cada uno de los procesos de oxidación avanzada.

   Finalmente el uso de carbones activados comerciales y modificados fue empleado para la eliminación de los compuestos objeto del estudio (Vega et al., 2013). La Tabla 2 presenta los resultados obtenidos en las diferentes pruebas de adsorción llevadas a cabo. Podemos observar que las capacidades de adsorción para el ETM y el DMS se incrementan muy significativamente con el uso del carbón modificado con ácido nítrico (AC-N). La oxidación con este agente oxidante permite incorporar una gran cantidad de grupos hidroxilos que favorecen el proceso de adsorción mediante puentes de hidrogeno entre el carbón y dichos compuestos azufrados. Por otro lado, la estructura del dimetil sulfuro no da lugar a que este proceso suceda.

Tabla 2. Tiempo de saturación (t_S; min) y capacidad de adsorción (x/M; mg g^-1) de los carbones activados estudiados.

4. Conclusiones

   La implementación de una metodología que incida en el proceso de condicionamiento de los lodos puede reducir satisfactoriamente la emisión de compuestos causantes de malos olores. Sin embargo, la optimización del proceso no es suficiente como para mitigar las molestias de olor en el sistema.

   Los tratamientos finalistas llevados a cabo en este trabajo demostraron su efectividad para la eliminación de compuestos volátiles azufrados tales como etilmercaptano, dimetil sulfuro y disulfuro. Con respecto a los procesos de oxidación avanzada, el foto-Fenton y el ozono resultaron los tratamientos más efectivos tanto en la eliminación de compuestos como en la mineralización de los mismos.

5. Referencias

   Anfruns, A., M.J. Martin, and M.A. Montes-Morán. 2011. Removal of odourous VOCs using sludge-based adsorbents. Chem. Eng. J. 166 (3), 1022-1031.

   Dincer, F. and A. Muezzinoglu. 2008. Odor-causing volatile organic compounds in wastewater treatment plant units and sludge management areas. J. Environ. Sci. Heal. 43, 1569-1574.
Frechen, F.B. 1988. Odour emissions and odour control at wastewater treatment plants in west Germany. Water Sci. Technol. 20 (4-5) 264-266.

    Lebrero, R., Bouchy, L., Stuetz, R., Muñoz, R. 2011 Odor assessment and management in wastewater treatment plants: A review. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 915-950.
Pagans, E., X. Font, and A. Sánchez, Coupling composting and biofiltration for ammonia and volatile organic compound removal. 2007. Bios. Eng. 97(4) 491-500.

    Vega, E., Lemus, J., Anfruns, A., Gonzalez-Olmos, R., Palomar, J., Martin, M.J., 2013. Adsorption of volatile sulphur compounds onto modified activated carbons: effect of oxygen functional groups. J. Hazard. Mater. 258-259, 77-83.

   Vega, E., Monclús, H., Gonzalez-Olmos, R., Martin, M.J., 2014a. Optimising chemical conditioning of the undigested sewage sludge for odour removal in drying process. J. Environ. Manage. 150, 111-119.

   Vega, E., Martin, M.J., Gonzalez-Olmos, R. 2014b. Integration of advanced oxidation processes at mild conditions in wet scrubbers for odorous sulphur compounds treatment. Chemosphere 109, 113-119.

   Vega, E., Sánchez-Polo, M., Gonzalez-Olmos, R. Martin, M.J. 2015. Adsorption of odorous sulphur compounds onto activated carbons modified by gamma irradication. J. Colloid Interface Sci. 457, 78-85.