Caracterización de emisiones odoríferas y su impacto en inmisión mediante técnicas olfatométricas y de análisis físico-químico

Expirado

   A la hora de abordar la resolución de las problemáticas de olor es importante caracterizar lo más detalladamente posible las emisiones correspondientes o el aire ambiente afectado, no solamente desde el punto de vista, a veces limitado, de las técnicas olfatométricas

D. Almarcha1 y M. Almarcha1 *
1 Ambiente y Tecnología Consultores, C/Còrsega 112, local 1, 08029-Barcelona
* Autor para correspondencia: malmarcha@sta-at.com

   Palabras clave: olor, compuestos orgánicos volátiles (COV), CG-MS, plantas de compostaje, biofiltración avanzada, olfatometría cuantitativa de campo; Nasal Ranger ®

Resumen

   A la hora de abordar la resolución de las problemáticas de olor es importante caracterizar lo más detalladamente posible las emisiones correspondientes o el aire ambiente afectado, no solamente desde el punto de vista, a veces limitado, de las técnicas olfatométricas, sino también desde una aproximación analítica de tipo físico-químico, a fin de poder identificar las fuentes candidatas de determinados episodios odoríferos y/o también para seleccionar los sistemas de tratamiento más adecuados en cada caso u optimizar su funcionamiento y prestaciones (téngase en cuenta, al respecto, que dichos sistemas no interactúan con una sensación como es el olor sino sobre compuestos odoríferos concretos).

   En el presente trabajo se presentan resultados de la aplicación de una combinación de técnicas olfatométricas (en emisión e inmisión) y análisis químicos abarcando un espectro amplio de compuestos odoríferos, a fin de obtener una caracterización completa de las emisiones odoríferas provenientes tanto de diversas instalaciones de tratamiento medioambiental (Plantas de tratamiento de residuos industriales, Ecoparques,…) como de la proyección e impacto de las mismas sobre el aire ambiente que las circundan. Las estrategias de enfoque aplicadas incluyen el muestreo mediante redes de captación pasiva o activa, así como el tratamiento estadístico avanzado de datos, la aplicación de modelos emisor-receptor,… Las técnicas de estudio utilizadas han sido tanto de tipo sensorial (olfatometría dinámica y olfatometría de campo) como de especiación química, comprendiendo la captación de compuestos odoríferos (según distintas técnicas) y su análisis especiado tanto de COV como de otros compuestos con significación odorífera (H2S, NH3,…) mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS), espectrofotometría UV-Vis, potenciometría,…

    


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1. Introducción

   Los estudios relacionados con problemáticas de olores a menudo emplean una metodología limitada y es habitual el uso exclusivo de diversas técnicas olfactométricas (olfactometría dinámica, de campo, etc.) obviando otras técnicas de caracterización físico-química. Se puede considerar que, si bien los datos así obtenidos proporcionan información de interés, esta aproximación no permite conocer qué substancias son las responsables de los olores, y es importante tener en cuenta que los sistemas de reducción de olores, en realidad, actúan mediante la reducción de los niveles de los distintos compuestos odoríferos específicos presentes en las emisiones. Por lo tanto, una caracterización físico-química de las emisiones lo más completa posible es capaz de proporcionar una información relevante para el proceso de selección de las técnicas de tratamiento más adecuadas en cada caso y para la optimización de las mismas.

   En el presente trabajo se muestran los resultados obtenidos mediante la combinación de técnicas olfatométricas con otras de carácter físico-químico aplicadas a distintos casos reales de problemáticas de olores: Caso 1: Reducción de las emisiones de olor mediante biofiltración convencional en una planta de compostaje de RSUs, Caso 2: Estudio del impacto odorífero de una planta de valorización de residuos y Caso 3 Determinación del impacto odorífero (real) de una planta de tratamiento de restos animales y atribución de la fuente.

2. Materiales y métodos

   Para el análisis especiado de compuestos odoríferos, se han utilizado metodologías descritas en Almarcha et al. (2012), Demeestere et al. (2008), Mao et al. (2006) mientras que para las mediciones mediante olfatometría cuantitativa de campo se han aplicado criterios descritos en Pan et al. (2007) y Zhang et al. (2002), además de desarrollos propios.

   Captación de muestras: Se ha realizado, según los casos, en Bolsas de TEDLAR (Restek) de 10L y de Nalophan de 5L, Cartuchos de Desorción Termica (CarbopackC/CarbopackB/Carbosieve III), Supelco.

   Análisis de muestras: Se han llevado a cabo mediante Solid-Phase Microextraction (SPME) con fibras de PDMS (Supelco) y por desorción térmica con un desorbedor térmico Turbomatrix ATD400, Perkin Elmer, acoplado a un HRGC-MS, ThermoTrace de Thermo Fisher, equipado con una columna capilar de 30m x 0.25 mm ID BPX-624(SGE). Los análisis se han llevado a cabo en modo Full Scan y la cuantificación de los COV odoríferos se ha llevado acabo con un conjunto de patrones con más de 100 compuestos y por comparación con patrones internos perdeuterados.

   Olfatometría de campo de campo: Nasal Ranger®, de St. Croix.

   Software de tratamiento de datos de olfatometría de campo: SURFER 9, de Golden Software.

3. Resultados y discusión

3.1. Caso 1:

   En el primer caso se estudió la eficacia de reducción de olor de un biofiltro convencional instalado en una planta de compostaje de RSU comparándola con la de un Filtro Biológico Avanzado, según Almarcha et al. (2012). Para ello se realizó un “screening” de COV mediante HRGC-MS, así como una determinación de la concentración de olor mediante olfatometría dinámica. También se determinaron H2S, mercaptanos, NH3, aminas,... mediante diferentes técnicas de análisis químico Los resultados muestran una reducción de la concentración de olor de un 60,4%, así como una disminución de los niveles de COV odoríferos de un 44,5% aproximadamente. Ambos valores son indicativos de un funcionamiento insuficiente del biofiltro convencional.

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Fig. 1. Cromatogramas TIC correspondientes a la entrada y la salida del biofiltro convencional
 

   Parámetro

Entrada biofiltro

Salida biofiltro

Reducción (%)

   Conc. olor (ouE/m3)

21.850

13.200

60,4

   S Conc. COV odoríferos (mg/m3)

19.400

10.650

44,5

Tabla 1. Concentraciones de olor y de COV totales a la entrada y salida del biofiltro estudiado

3.2. Caso 2:

   Este estudio se llevó a cabo en una instalación de valorización de residuos industriales contendiendo, entre otros plásticos, PVC, (mediante tratamiento térmico). Dicha planta presentaba un foco con unas emisiones de 56.000 m3/h, a una temperatura de 70ºC. Similarmente al estudio anterior, en esta ocasión se realizaron tanto determinaciones olfatométricas como de COV especiados mediante HRGC-MS en distintas muestras de emisión. Cabe indicar que los receptores más próximos eran unas viviendas aisladas a 150-200m de la fuente y un núcleo urbano situado a unos 400m de las fuentes. Como se puede ver en la Tabla 2, se detectaron niveles altos de compuestos aromáticos (BTEX), especialmente benceno, y una gran cantidad de compuestos halogenados (de Cl y/o Br), así como compuestos orgánicos de S y Se altamente odoríferos (p. ej. sulfuro de carbono y selenio, tiofeno, selenofeno,...). Cabe indicar que la composición de las emisiones es concordante con el tipo de residuos tratados. La concentración de olor promedio (n=6) determinada fue de 1.016 uo E/m3.

 

 

Conc. total promedio ( m g/m3)

nº Compuestos

Rango conc. ( m g/m3)

S COV

28.866

85

0,5-7.000

S Halogenados

6.727

53

1-1.700

S Comp. Org. S

1.114

14

0,5-550

S Comp. Org. Se

3

2

0,5-3

S Hidroc. Aromáticos

14.150

10

5-7.000

Tabla 2. Resultados de análisis de distintas familias de COV
 sesion2 almarcha04Fig. 2. Cromatograma TIC correspondiente a una de las muestras analizadas que ilustra su complejidad

   A partir de la información obtenida en este caso pudo demostrarse, aparte de poder estipular y acotar el impacto odorífero de la emisión (y los compuestos responsables) y su impacto, pudo constatarse la existencia de diversos COV con frases de riesgo significativas (algunos de ellos como el benceno que sobrepasan los límites, de 2mg/Nm3,típicamente especificados en las autorizaciones ambientales para compuestos cancerígenos). Por otra parte, también pudo determinarse la conveniencia de tratamiento de las emisiones mediante sistemas de oxidación térmica en lugar de uno de lavado químico, previo enfriamiento de las emisiones, como inicialmente se preveía.

    

3.3. Caso 3:

   El tercer caso de estudio consiste en la determinación del impacto odorífero de una planta de tratamiento de residuos cárnicos. Los vecinos afectados del municipio próximo, situado al oeste de la instalación, habían estado presentando quejas por los malos olores durante un largo período de tiempo (¡¡¡más de 10 años!!!) atribuidos unánimente a una planta de tratamiento de residuos animales. Los resultados de un estudio anterior, realizado por otra empresa, y basado en el esquema clásico de emisión de olor-modelización de la dispersión atmosférica, mostraban unas emisiones que no afectaban al núcleo urbano, pese a los años de quejas vecinales precedentes lo que conllevó a una prolongación innecesaria del problema durante algunos años más (véase al respecto la figura 3 derecha en la que se ha ampliado la zona de la planta).

   El estudio que se realizó posteriormente, cuyos resultados se resumen a continuación, se llevó a cabo mediante la aplicación de la olfatometría cuantitativa de campo (siguiendo los criterios de la norma VDI 3940) por 3 panelistas y un supervisor, durante 3 semanas, con un total de 300h de trabajo de campo y con más de 700 observaciones/mediciones de olor “in-situ”, en combinación con un estudio de COV en inmisión, como en G. Bianchi (2010). Cabe señalar que los datos empíricos de campo obtenidos a partir de la olfatometría cuantitativa de campo y de los COV en inmisión concordaron perfectamente con el perfil de quejas.

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Fig. 3. Mapa de olores mostrando las isoodoras promedio de 2, 4, 7, 15 y 30 uo(D/T) (izquierda) y resultados de una modelización de dispersión atmosférica mostrando el área correspondiente a la isoodora de 3 ouE/m3 a partir de la cuál se dedujo la ausencia de impacto odorrífero sobre la población (derecha). Nota: a fines de anonimización, la ubicación representada es ficticia.

   En primer lugar, es importante indicar que la dirección predominante de viento a es cala local es del SO, es decir, desde la planta candidata hacia el municipio afectado, como se puede ver en la rosa de los vientos a lo largo de las 3 semanas de duración de los trabajos de campo. En la misma figura pueden observarse los resultados de la olfatometría de campo, según los cuales las isoodoras promedio de 2 y 4 uo(D/T) afectarían una proporción significativa de la zona urbana, incluso a niveles de 7uo(D/T).

   Paralelamente al estudio de olfatometría de campo, se realizó una campaña de captación y análisis (mediante HRGC-MS) de COV en inmisión clasificándose las muestras en función de las direcciones de viento, un de ellas grupo con viento del O (es decir, el que se dirigía hacia el núcleo urbano) y otro con vientos de direcciones distintas a O. Los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 3.

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Fig. 4. Localización de los puntos de muestreo de COV en inmisión. Nota: a fines de anonimización, la ubicación representada es ficticia.

    

Dir. Viento

S Concentraciones de COV odoríferos susceptibles de asignación a emisiones

del tipo de la planta candidata (datos en m g/m3)

Punto: P1

Punto: P2

Punto: I

Punto: U

Del O

44 (n=7)

106 (n=14)

71 (n=9)

58 (n=15)

Otras direcciones

90 (n=5)

56 (n=6)

31 (n=5)

24 (n=7)

Tabla 3. Concentraciones de COV en inmisión con distintos régimenes de viento

   Como puede observarse en la Tabla anterior, las concentraciones de COV odoríferos susceptibles de asignación a emisiones del tipo de la planta candidata en la zona urbana objeto de estudio, son significativas, especialmente en las condiciones predominantes de viento del O, concordando en gran medida con los resultados de la olfatometría de campo.

   Este caso ilustra claramente el riesgo de obtener resultados erróneos (con consecuencias reales significativas) por haber limitado mecánicamente el tipo de técnicas y metodologías de estudio aplicadas, mostrándose que el hecho de conjugar datos de diversa índole es, a menudo, imprescindible para llegar a obtener conclusiones correctas.

    

4. Conclusiones

   Los casos analizados permiten constatar la necesidad de combinar los estudios de tipo olfatométrico con los de análisis químico de detalle de compuestos odoríferos ya que la aplicación exclusiva de los métodos de base organoléptica pueden conducir a conclusiones inapropiadas, bien sea, por ejemplo en el Caso 2, por no disponer de suficiente información para la selección de la tecnología más adecuada de tratamiento de olores o, en el Caso 3, por la falta de representatividad y/o de fiabilidad de los datos provenientes de una campaña corta temporalmente, circunscrita a la caracterización, mediante olfatometría dinámica, de las emisiones focalizadas de la planta.

    

5. Referencias

Almarcha D., Almarcha M., Nadal S. y Caixach J. 2012. Comparison of the depuration efficiency for VOC and other odoriferous compounds in conventional and Advanced Biofilters in the abatement of odour emissions from municipal waste treatment plants. Chemical Engineering Transactions, 30, 259-264 DOI: 10.3303/CET 1230044
Bianchi G., Celeste G., Palmiotto M. y Davoli D. 2010. Source identification of odours and VOCs from a composting plant by multivariate analysis of trace volatile compounds. Chemical Engineering Transactions, 23, 2010, 279-284.
Demeestere K., Dewulf, J., De Roo K., De Wispelaere P., Van Langenhove H. 2008, Quality control in quantification of volatile organic compounds analysed by thermal desorption–gas chromatography–mass spectrometry. J. Chromatography A, 1186(1-2), 348–357.
Pan L., Yang S.X. y DeBruyn J. 2007, Factor Analysis of Downwind Odours from Livestock Farms. Biosystems Engineering, 96 (3), 387–397.
Zhang, Q., Feddes, J.J.R., Edeogu, I.K. and Zhou, X.J. 2002. Correlation between odour intensity assessed by human assessors and odour concentration measured with olfactometers. Canadian Biosystems Engineering, 44: 6.27- 6.32.

    

    

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