Monitores Ambientales: Aplicación en una planta de compostaje

sesion04 vergara11   Si bien existe actualmente un brecha enorme entre olor y gases, desde el punto de vista de relación proporcional entre ambas variables, debido a que el olor es una mezcla compleja de distintos compuestos gaseosos que, interactuando entre sí, pudiesen generar estímulos olfativos odorantes distintos a cada compuesto en forma individualizada, es posible considerar el seguimiento a las emisiones gaseosas como una alternativa válida como herramienta operacional.

   Bajo este contexto, desde el año 2013 Ecometrika ha trabajado en el desarrollo de equipos de monitoreo en línea.

H. Vergara 1, V. Zorich 2 y P. Reich 3

Ecometrika, Américo Vespucio 2296, Conchalí. Santiago, Chile
1. Ecometrika - hvergara@ecometrika.com
2. Ecometrika - vzorich@ecometrika.com
3. TSG Chile - preich@tsgchile.cl

   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: H. Vergara, V. Zorich y P. Reich, 2015, Monitores Ambientales: Aplicación en una planta de compostaje, III Conferencia Internacional sobres gestión de Olores en el Medio Ambiente, Bilbao, España, www.olores.org

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   Palabras claves: inMMAR®, gases, monitoreo, control, ambiente, olor

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Resumen

   Si bien existe actualmente un brecha enorme entre olor y gases, desde el punto de vista de relación proporcional entre ambas variables, debido a que el olor es una mezcla compleja de distintos compuestos gaseosos que, interactuando entre sí, pudiesen generar estímulos olfativos odorantes distintos a cada compuesto en forma individualizada, es posible considerar el seguimiento a las emisiones gaseosas como una alternativa válida como herramienta operacional. Bajo este contexto y en el desafío de implementar sistemas y/o herramientas de gestión y control operacional, desde el año 2013 Ecometrika ha trabajado en el desarrollo de equipos de monitoreo en línea, basados en la lectura de los principales compuestos gaseosos odorantes emitidos al ambiente en distintas actividades industriales.

   Junto al monitoreo de gases, se suma la posibilidad de monitorear en forma individual para cada estación de monitoreo, las variables meteorológicas básicas como temperatura, dirección, sentido y velocidad del viento, humedad relativa, radiación solar, pluviometría, etc. y con ello caracterizar en forma más precisa las emisiones a las cuales se ha decidido hacer seguimiento.

1. Introducción

   Los monitores inMMAR®, corresponden a equipos tecnológicos desarrollados localmente y nacen en relación a los requerimientos solicitados por nuestros clientes, quienes impulsados por experiencias reales (en ocasiones poco ventajosas o alejadas de su realidad con otros sistemas de monitoreo), necesitan en general sistemas más robustos, sencillos y efectivos que permitan caracterizar y controlar sus operaciones.

   El presente documento busca ejemplificar mediante el uso de estos equipos y basado en una experiencia real de aplicación, la utilidad que tienen los equipos de registros de gases odorantes como herramienta de control y manejo operacional.

2. Materiales y Métodos

 2.1. Características técnicas de los monitores inMMAR®

   Los monitores inMMAR® nacen como idea a fines del año 2013 con el objetivo de cubrir las necesidades tecnológicas solicitadas por nuestros clientes. Bajo este concepto, los primeros prototipos estuvieron terminados a principios de febrero del 2014 y ya disponibles en el mercado en marzo del mismo año. La primera interfaz gráfica permitía ver On Line, solo los registros instantáneos de las lecturas de los monitores, para posteriormente en la versión “clientes”, alcanzar en la nueva interfaz, un nivel mucho más amigable y útil desde la mirada de la disponibilidad de información.

Tabla 1. Ejemplo del listado de gases disponibles

Amoniaco

Hidrazina

Dióxido de nitrógeno

Arsina

Hidruros

Oxigeno

Dióxido de carbono

Hidrógeno

Ozono

Monóxido de carbono

Cloruro de hidrógeno

Fosgeno

Cloro

Cianuro de hidrógeno

Fosfina

Dióxido de cloro

Fluoruro de hidrógeno

Silano

Gases combustibles

Seleniuro de hidrógeno

Dióxido de azufre

Diborano

Sulfuro de hidrógeno

Tetrahidrotiofeno

Oxido etileno

Mercaptanos

Otros

Gases de escape

Metano

 

Flúor

Óxido nítrico

 

   En términos generales, los equipos se basan principalmente en un gabinete metálico ip54 cuyo interior aloja los sensores para el registros de gases de tipo Electroquímicos y/o Foto-Ionización según sea el tipo de gas que se requiere monitorear, y además la unidad de control y registro de las variables meteorológicas a las cuales hacer seguimiento.

   A mediados del 2014, el sistema de alimentación energética, inicialmente energía eléctrica 220V, se complementó con la habilitación de paneles solares. En ambos casos, los monitores cuentan con una unidad de respaldo autónomo de energía recargable, de manera que los equipos se mantengan en línea ante eventualidades energéticas y dando tiempo para dar soporte técnico en caso que sea necesario, o esperar la recuperación de la energía.

sesion04 vergara01Fig. 1. Monitores inMMAR® con panel solar y estación meteorológica individual

 2.2. Características de la interfaz gráfica de monitoreo inMMAR®

   Como fue mencionado anteriormente, la primera interfaz gráfica de los monitores (febrero 2014) disponía solo de la información en lecturas instantáneas de los sensores de gases y algunos datos meteorológicos.

sesion04 vergara02Fig. 2. Visualización de datos inMMAR prototipo

   La versión comercial de la plataforma web de los monitores inMMAR® disponibles a partir de marzo de 2014 (y mejorada en junio del mismo año), permite trabajar con una plataforma más amigable, con visualización de la ubicación de los monitores y sus registros en tiempo real, además de disponer de gráficos con registros históricos por períodos de tiempo seleccionables, disponibilidad de descarga de datos en distintos formatos (.xls, .csv, .pdf, .jpg, .png, .svg) y visualización de la rosa de vientos de los registros del periodo seleccionado.

sesion04 vergara03Fig. 3. Visualización de datos inMMAR® - Lecturas en tiempo real
sesion04 vergara04Fig. 4. Visualización de datos inMMAR® - Lecturas registro gráfico histórico de gases
sesion04 vergara05Fig. 5. Visualización de datos inMMAR® - Lecturas del sentido y velocidad del viento.
sesion04 vergara06Fig. 6. Visualización de datos inMMAR® - Lecturas rosa de vientos

   Con la información anterior se puede hacer seguimiento a los niveles de los principales gases odorantes emitidos por distintas actividades industriales como control operacional. Adicionalmente, con información de la localización de los principales receptores sensibles y de las variables “críticas” de meteorología (por ej. dirección-sentido y velocidad del viento), permite determinar las condiciones posibles de generación de eventos de olor.

3. Resultados

Caso estudio – Monitor inMMAR® como herramienta de gestión operacional

 3.1. Problemática

   Un cliente ubicado en la zona centro-sur de Chile, cuya nueva actividad agroindustrial dentro de su rubro de negocios iniciada en noviembre de 2014, se basa en la obtención de compost producto del tratamiento y manejo de residuos vegetales. La planta, presentó un problema nuevo para ellos, y es que durante el mes de diciembre del mismo año comenzaron a recibir reclamos por olores, principalmente en horario nocturno por lo cual nos contactaron para asesorarlos en la identificación del problema.

 3.2. Generalidades del proceso, el entorno de la planta y gestión de consultoría

   Emisión: El proceso de compostaje de esta planta, se basa en la disposición de material vegetal en un área aproximada de 10 hectáreas formando pilas de compostaje con ciclos de volteos diarios. El proceso de volteo en sí, ocurre en jornadas diurnas de martes a domingo, en el horario comprendido entre las 07:00 hrs y las 20:00 hrs y con una frecuencia de un volteo diario por pila.

sesion04 vergara07Fig. 7. Ejemplo proceso de volteo y reposo de pilas

   Inmisión: La planta de compostaje se ubica en un entorno principalmente rural, cuya comunidad más cercana se encuentra aproximadamente a 5 [km] lineales en dirección al norte de la planta. En dicha comunidad es donde se han generado los reclamos.

sesion04 vergara08Fig. 8. Localización de la planta y la comunidad.

   Como parte del proceso de consultoría para identificar las causas de los eventos de olor, propusimos (y así se efectuó) instalar un sistema de monitoreo compuesto de 5 monitores inMMAR® con sensores de H2S, NH3 y COV’s como principales gases indicadores de la actividad. Los equipos fueron instalados en el sector perimetral de la planta por un período de 30 días, entre los meses de enero y febrero de 2015, con el objetivo de crear un historial de registros que permitiese caracterizar el comportamiento de las emisiones gaseosas. En forma paralela, la empresa titular de la actividad llevó un registro detallado de las fechas y horarios en que hubo recepción de reclamos, para posterior análisis de la información.

Tabla 2. Historial de reclamos

Nº Reclamo

Fecha del evento de olor

Hora de percepción de olor

1

Martes 27 de enero de 2015

08:00 hrs.

2

Viernes 30 de enero de 2015

08:00 hrs.

3

Martes 17 de febrero de 2015

07:00 hrs.

4

Viernes 20 de febrero de 2015

09:00 hrs.

5

Domingo 22 de febrero de 2015

08:00 hrs.

   Adicionalmente, en uno de los monitores se instaló una estación meteorológica con registro de viento principalmente (dirección y velocidad). Importante es destacar que la comunidad se encuentra ubicada en un ángulo de impacto entre 0º y 22,5º.

sesion04 vergara09Fig. 9. Esquema general de ubicación del foco, monitores y comunidad

 3.3. Seguimiento a los registros

a) Monitoreo de gases

   Del monitoreo continuo de gases, se logró identificar que los registros de NH3 presentaron un comportamiento muy similar entre días durante todo el período de seguimiento, caracterizándose por un aumento en los registros durante la jornada diurna entre las 08:00 hrs y las 20:00 hrs, período en el cual se generan las mayores emisiones en la cancha de compostaje producto el volteo de pilas, alcanzando valores peak de hasta 18 [ppm]. Sin embargo, los horarios de mayor emisión, no se relacionaba con los horarios en que se registraron los reclamos, por lo que la información no era determinante para considerar la actividad del volteo como la causa de los eventos de olor.

   Respecto a los registros de H2S, los niveles de emisión fueron bastante estables tanto en el día como en la noche, sin mayores variaciones entre ambas jornadas y moviéndose en el rango entre 0,01 [ppm] y 0,1 [ppm].

   Finalmente, los registros de concentración de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV) presentaron un particular comportamiento replicado día a día con horarios peaks predominantes de hasta 6 [ppm] durante la noche y parte de la mañana (entre las 20:00 hrs y las 10:00 hrs). Lo anterior coincide con los horarios en que se registraron los reclamos, siendo una potencial causa de generación de los eventos de olor.

sesion04 vergara10Fig. 10. Registros gráficos del monitoreo de NH3, H2S y COV

   Ahora surge una pregunta: ¿Porque los reclamos de olor no ocurren todos los días si los registros muestran que todas las noches se generan estos incrementos en los niveles de COV? Luego de este primer antecedente, surge la necesidad de seguir analizando la información disponible.

b) Registros de meteorología - Viento

   Al analizar la información entregada por la estación meteorológica, se observó que en gran parte de tiempo de seguimiento en los registros, el sentido y dirección del viento apuntan en el ángulo comprendido entre las coordenadas NO-NE coincidiendo en algunas ocasiones con el ángulo crítico de ubicación de la comunidad (entre 0º y 22,5º). Adicionalmente, se tiene que durante horarios nocturnos y AM, específicamente entre las 23:00 hrs y las 09:00 hrs, se genera la mayor proporción de vientos calmos (vientos menores a 1 [m/s]) de manera que las condiciones de dispersión resultan ser menos favorables en esa localidad. Lo anterior da cuenta de un segundo gran antecedente para determinar las causas de los eventos de reclamos por olor.

sesion04 vergara11Fig. 11. Rosa de vientos en sector de seguimiento.


Gráfico 1. Resumen de registro promedio horario de velocidades de viento

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 c) Cruce de la información y cierre del seguimiento

   De todos los registros a los cuales hicimos seguimiento, pudimos dar cuenta que los reclamos por olores por parte de la comunidad, ocurren cuando se cruzan 3 principales factores relacionados con la operación y variables meteorológicas. Estas condiciones basadas en los registros de gases (COV específicamente como peaks nocturnos, pero producto de los movimientos y volteos de pilas durante el día), dirección y velocidad del viento son las siguientes:

  • Registros de COV en horario nocturno sobre 3 [ppm] en al menos 1 monitor
  • Viento en dirección hacia la comunidad en el ángulo crítico entre 360º/0º y 22,5º
  • Velocidades de viento menores a 1 [m/s] (condición indicada en flechas rojas en el gráfico 2).

Gráfico 2. Resumen de registros y condiciones críticas vs reclamos

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   Con esta información, fue posible implementar un sistema de alarma vía e-mail, cada vez que las tres condiciones críticas se cumplen, y por ende, existe un potencial evento de olor que pudiese producir un reclamo.

4. Conclusión

   La importancia de caracterizar y tener conocimiento de las emisiones generadas por las distintas actividades industriales, cobra mayor relevancia cuando se requiere diseñar, proyectar o manejar las variables operacionales de un proceso, sumado a las características meteorológicas propias del área de emplazamiento de la actividad. Lo anterior, sin dejar de lado la influencia de la topografía particular de la zona y la densidad poblacional que circunda los distintos proyectos.

   Como herramienta de apoyo, los monitores inMMAR han sido diseñados y adecuados a las necesidades de los usuarios para disponer de la información básica necesaria para un mejor control y manejo operacional.

5. Referencias

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

- Wang, J. 1995. Electrochemical sensors for environmental monitoring: a review of recent technology Department 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.

 

Cyntia Izquierdo

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