Selección de alternativas para el tratamiento de olores: sostenibilidad y sensibilidad económica

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   Los criterios de selección de las tecnologías para el tratamiento de olores han sido tradicionalmente económicos y basados en el flujo a tratar, concentración de olor (o de algún compuesto concreto como H2S) y eficacia de eliminación. Sin embargo, los aspectos sociales y ambientales comienzan a cobrar una mayor importancia hoy en día.

J. M. Estrada1, B. Kraakman2,3, G. Quijano1, R. Lebrero1, R. Muñoz1
1 Universidad de Valladolid, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente
2 CH2M HILL Australia
3 Delft University of Technology, Department of Biotechnology

Palabras clave: adsorción, biofiltración, costes de operación, eliminación de olores, impacto ambiental, scrubber químico

Acrónimos: biofiltro (BF), biofiltro percolador (BTF), difusión en lodos activos (AS), scrubber químico (CS), adsorción en carbono activo (AC), tecnología híbrida biotrickling + adsorción (BTF+AC), valor actual neto (net present value o NPV).

Resumen

   Los criterios de selección de las tecnologías para el tratamiento de olores han sido tradicionalmente económicos y basados en el flujo a tratar, concentración de olor (o de algún compuesto concreto como H2S) y eficacia de eliminación. Sin embargo, los aspectos sociales y ambientales comienzan a cobrar una mayor importancia hoy en día.

   Puesto que los sistemas para el tratamiento de olores se diseñan para su operación a largo plazo (20-30 años) y en un escenario y condiciones dinámicas, resulta crucial un análisis económico de la variabilidad de sus costes de operación frente a los diferentes parámetros de diseño y operación que pueden alterar el balance económico final.

   Este estudio resume los resultados de análisis comparativos de sostenibilidad de las alternativas tecnológicas más utilizadas en el campo de tratamiento de olores: adsorción en carbono activado, difusión en lodos activos, biofiltración, biofiltros percoladores, lavadores químicos y sistemas híbridos (biofiltro percolador + adsorción). En base a precios y datos reales de mercado suministrados por diferentes fabricantes, aquellas tecnologías con bajos costes de inmovilizado presentan altos costes de operación y coinciden con las tecnologías físico-químicas. Las tecnologías biológicas presentan bajos costes de operación y un menor impacto ambiental.

   En cuanto a la sensibilidad económica, las tecnologías biológicas presentan menores variaciones que las físico-químicas, cuya mayor desventaja es su elevada sensibilidad económica a cambios en la concentración de H2S, por los costes de reactivos químicos y/o adsorbentes. En términos económicos y de sostenibilidad, los sistemas de difusión en lodos activos y los biofiltros percoladores son las tecnologías más prometedoras para un futuro cercano.

 


 

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1. Introducción

   Debido a las legislaciones cada vez más estrictas en el campo de la contaminación por olores y a la cercanía de áreas pobladas a fuentes potenciales de malos olores (EDAR, zonas industriales…) vivimos una situación en la que es cada vez más necesaria una gestión adecuada (y en su caso tratamiento) de los olores (Estrada et al. , 2011). Los olores se consideran una amenaza directa a la salud y bienestar humanos y además, causan un daño importante a la imagen de las empresas que los provocan (Sucker et al. , 2008).

   Las tecnologías biológicas para el tratamiento de olores (biofiltros, biofiltros percoladores y bioscrubbers) han ido ganando importancia en los últimos años frente a las tecnologías físico-químicas que se utilizaban tradicionalmente (scrubbers químicos y adsorción) (Gabriel and Deshusses, 2004). Sin embargo, es necesario conocer datos comparativos entre tecnologías en términos de sostenibilidad para realizar una selección fundamentada. Asimismo, y debido a que estos tratamientos deben diseñarse para una operación a largo plazo y en un escenario dinámico, es importante conocer como pueden modificarse los balances económicos finales debido a variaciones en las condiciones de operación o parámetros de diseño. Estos nuevos criterios están desbancando poco a poco a los tradicionales criterios puramente económicos basados en la concentración de olor (o de un contaminante de referencia, generalmente el H 2S) y el flujo a tratar.

2. Materiales y métodos

   Este trabajo recoge los resultados de análisis de sostenibilidad y económicos para las tecnologías de tratamiento de olores más comunes basados en datos reales recopilados de instalaciones a escala real (biofiltro (BF), biofiltro percolador (BTF), difusión en lodos activos (AS), scrubber químico (CS), adsorción en carbono activo (AC) y tecnología híbrida biotrickling + adsorción (BTF+AC), tanto para las tecnologías como para las emisiones odoríferas (Estrada et al., 2011). Para una descripción mas detallada de los parámetros de diseño de las diferentes tecnologías ver Estrada et al (2011) El análisis de sostenibilidad se basó en la metodología publicada por el IChemE – Sustainability Metrics (IChemE, 2002). Los precios de servicios y materias primas se recopilaron de distribuidores oficiales en los países estudiados (Estrada et al. , 2012).

3. Resultados y discusión

3.1. Sostenibilidad

   En términos medioambientales, las tecnologías biológicas presentan menores impactos que las alternativas físico-químicas en cuanto a consumo de reactivos químicos y consumo energético. Por otro lado, su mayor desventaja es la mayor necesidad de agua que presentan, aunque la utilización de efluentes secundarios o agua parcialmente tratada podría reducir enormemente este impacto ambiental. En el caso particular de la biofiltración, se aprecian consumos importantes de material de empaque, debido a la corta durabilidad de los empaques orgánicos que se utilizan habitualmente (Prado et al. , 2009) a las altas necesidades de terreno, debido a los elevados tiempos de residencia requeridos por estas tecnologías (≈1 min) en comparación con los tiempos en torno a 10 s o incluso inferiores que se utilizan en adsorción o biofiltros percoladores. En cuanto a las emisiones a la atmósfera, éstas van ligadas a la eficacia de eliminación de cada una de las tecnologías, siendo la adsorción y la tecnología híbrida las que presentan mejores resultados (menores emisiones). La incineración no resulta una alternativa viable para el tratamiento de olores como demuestran sus elevados consumos energéticos y emisiones de CO 2 derivados de la utilización de un combustible auxiliar (Estrada et al., 2011).

Las tecnologías físico-químicas (AC, CS) presentan valores de costes de inversión muy bajos en comparación con las biológicas (≈ 3 y ≈ 4 € (m3 h -1)-1, respectivamente), pero por el contrario, sus costes de operación son elevados. Las tecnologías biológicas, por otra parte, muestran mayores costes de inmovilizado pero menores costes de operación (Figura 1). También se observa un fuerte efecto de economía de escala en los costes de inmovilizado, que es mayor en el caso de las tecnologías biológicas y obliga a definir cuidadosamente el flujo a tratar a la hora de realizar una correcta evaluación de costes. Para poder incluir estas discrepancias en el análisis a largo plazo se aplica el concepto de valor actual neto (net present value o NPV), que incluye los gastos acumulados durante la operación en el tiempo de una determinada tecnología (Figura 2) (Estrada et al., 2011).

Costes de operación (barras azul oscuro) y costes de inmovilizado (barras azul claro) para una instalación de referencia de 50.000 m-3 h-1 para las tecnologías de tratamiento de olores analizadas
Figura 1. Costes de operación (barras azul oscuro) y costes de inmovilizado (barras azul claro) para una instalación de referencia de 50.000 m-3 h-1 para las tecnologías de tratamiento de olores analizadas.

Evolución del NPV durante 20 años para AC, CS, BF y BTF en una instalación de referencia tratando 50.000 m-3 h-1 y un tipo de interés del 5%.

Figura 2. Evolución del NPV durante 20 años para AC, CS, BF y BTF en una instalación de referencia tratando 50.000 m-3 h-1 y un tipo de interés del 5%.

3.2. Sensibilidad Económica

Para evaluar la sensibilidad económica es importante conocer cuáles son los factores que más influyen en los costes de operación de las tecnologías. Un análisis en profundidad de los costes de operación mostró que los costes de operación más importantes en el caso de las tecnologías biológicas y en la adsorción en carbono activo provienen de los materiales de empaque (entre un 41 % para BTF+AC y un 66% para AC). En el caso de los scrubbers químicos la mayor parte de los costes de operación los provoca el consumo de reactivos (69%).

Al evaluar la sensibilidad del NPV frente a variaciones en los precios de servicios y materias primas, el carbón activado resultó la tecnología más sensible a variaciones en el precio del relleno y de los trabajos de mantenimiento, debido al bajo tiempo de vida del empaque (Figura 3 A y B). Para una emisión de referencia de 50.000 m-3 h-1, el NPV a 20 años de la tecnología híbrida BTF+AC puede verse incrementado en más de 1.3 millones de € si el precio de la energía se ve incrementado un 25%. La adsorción en carbón activado y los scrubbers químicos son también altamente sensibles a estos incrementos (Figura 3 C). En el caso de las tecnologías híbridas y biofiltros percoladores, las mayores posibilidades de reducción de costes se encuentran en el uso de aguas recicladas o efluentes parcialmente tratados (Figura 3 D) (Estrada et al., 2012).

Variaciones del NPV para las tecnologías evaluadas en una emisión referencia de 50.000 m-3 h-1 frente a variaciones de coste de materias primas y servicios en un 25 %.

Figura 3. Variaciones del NPV para las tecnologías evaluadas en una emisión referencia de 50.000 m-3 h-1 frente a variaciones de coste de materias primas y servicios en un 25 %.

En referencia a factores de diseño, un análisis similar reveló que el contenido en H2S de la emisión resulta clave en la adsorción y los scrubbers químicos, ya que variaciones en la concentración de un 250% (que se pueden dar a menudo en instalaciones reales) pueden conllevar incrementos en el NPV de un 220% y de un 160%, respectivamente, frente al valor inicial calculado. Las tecnologías biológicas presentan mucha mayor estabilidad de costes frente a éste parámetros: la tecnología híbrida responde con una variación del 17%, el biofiltro percolador de un 30 % y el biofiltro estándar de un 18% para una variación similar en la concentración de H2S. Incrementos y reducciones en la vida de los materiales de relleno también afectan de forma importante a algunas tecnologías: por ejemplo, un relleno con una vida un 50% inferior puede incrementar el NPV de una instalación de adsorción en un 64% en 20 años. Para un biofiltro, este aumento puede llegar a ser del 36% (Estrada et al., 2012).

4. Conclusiones

Las tecnologías para el tratamiento de olores con elevados costes de inmovilizado tienen bajos costes de operación (tecnologías biológicas) y viceversa, por tanto el parámetro NPV es adecuado para la evaluación económica a largo plazo. Las tecnologías físico-químicas se ven muy afectadas por parámetros de diseño en términos económicos (sobre todo la concentración de H2S) siendo una desventaja importante de éstas frente a las alternativas biológicas. Debido a su competitividad económica y a sus bajos impactos ambientales, la difusión en tanque de lodos activos y los biofiltros percoladores son las tecnologías más prometedoras a gran escala para los próximos años.

5. Referencias

Estrada, J. M., Kraakman, N. J. R., Lebrero, R., Muñoz, R. 2012. A sensitivity analysis of process design parameters, commodity prices and robustness on the economics of odour abatement technologies. Biotechnology Advances. (IN PRESS)
Estrada J. M., Kraakman, N. J. R., Muñoz, R., Lebrero, R. 2011. A Comparative Analysis of Odour Treatment Technologies in Wastewater Treatment Plants. Environmental Science & Technology. 45,1100-1106.
Gabriel, D., Deshusses, M. A. 2004 Technical and economical analysis of the conversion of a full-scale scrubber to a biotrickling filter for odor control. Water Science & Technology. 50, 309-318.
IChemE. The Sustainability Metrics. 2002 The Institution of Chemical Engineers, Rugby, UK.
Prado, Ó. J., Gabriel, D., Lafuente, J. 2009 Economical assessment of the design, construction and operation of open-bed biofilters for waste gas treatment. Journal of Environmental Management. 90, 2515-2523.
Sucker, K., Both, R., Winneke, G. 2008 Review of adverse health effects of odours in field studies. 3rd IWA International Conference on Odour and VOCs. Barcelona, Spain.

 

 

 

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