Combinación de técnicas y actuaciones para el estudio y resolución de problemáticas complejas de olores

Expirado

Manel AlmarchaPara establecer e implantar posibles medidas que garanticen la ausencia de afectación a una población expuesta a episodios significativos de olor es necesario emprender estudios de olor lo suficientemente rigurosos, extensos y adaptados a cada caso concreto y no la aplicación mecánica de metodologías rutinarias que acaban proporcionando una información sin utilidad práctica para la resolución efectiva de casos reales.

M. Almarcha1,2 *, I. Barrutiabengoa1, M. Puigcercós1, D. Almarcha1, M. Latorre2 y S. Nadal 2
1 Ambiente y Tecnología Consultores S.L., C/Còrsega 112, local 1, 08029-Barcelona
2 Sistemas y Tecnologías Ambientales S.A., C/Còrsega 112, local 1, 08029-Barcelona
* E-mail: malmarcha@sta-at.com

Keywords: odours, fertilizer manufacture, quantitative field olfactometry (Nasal Ranger®), volatile organic compounds (VOC), supplementary atmospheric dispersion, EOLAGE®.

 

 

Resumen

    Para establecer e implantar posibles medidas que garanticen la ausencia de afectación a una población expuesta a episodios significativos de olor es necesario emprender estudios de olor lo suficientemente rigurosos, extensos y adaptados a cada caso concreto y no la aplicación mecánica de metodologías rutinarias que acaban proporcionando una información sin utilidad práctica para la resolución efectiva de casos reales.

    En el presente trabajo se presentan los resultados de un estudio de detalle del impacto odorífero de una planta de fabricación de fertilizantes NPK situada en una importante conurbación en donde se producen de manera sistemática numerosas quejas de olor atribuibles a diferentes fuentes, en el cuál, para la caracterización de las emisiones y también del aire ambiente del entorno de dicha planta, se han utilizado tanto técnicas olfatométricas como de especiación química. A partir de la información obtenida pudo estipularse el impacto odorífero (real) de la planta, así como la composición detallada de las emisiones responsables del mismo. Posteriormente se efectuó una evaluación experta de las alternativas de actuación, se seleccionaron las tecnologías que permitían la ausencia razonable de afección de olor en el entorno de la planta y se escogió la más adecuada. A continuación se llevó a cabo el proyecto de diseño, ingeniería e instalación de la solución adoptada de un sistema de propulsión neumática suplementaria y, finalmente, pudo comprobarse de modo experimental su eficacia, de modo que en la actualidad la planta se halla ya fuera del foco de las quejas de olor en la zona.

 

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1. Introducción

    El objeto del presente trabajo, llevado a cabo entre los meses de septiembre de 2010 y de 2011, consistió, por una parte, en la confirmación de la existencia de un impacto odorífero significativo originado en una planta de fabricación de fertilizantes químicos NPK y la determinación del alcance correspondiente y, por otra, en efectuar una evaluación experta de las alternativas de actuación que permitieran la minimización del citado impacto. Dicha planta está enclavada en el seno de una importante conurbación (>750.000 habitantes) situada en una zona enmarcada por montañas de hasta unos 400m de altura que se extiende principalmente a lo largo de los márgenes de un curso fluvial principal con existencia de un afluente secundario. Los receptores sensibles más próximos al impacto atmosférico de la planta objeto de estudio se encuentran a una distancia de unos 100 a 200m del eje del foco de emisión, cuya altura es de 35m y está equipado de un sistema de lavado ácido de gases para eliminar partículas y componentes básicos nitrogenados de una emisión conformada por un penacho de vapor de agua. Debe indicarse también que en años anteriores existía un histórico de quejas de una cierta amplitud (con denuncias a la administración e intervención de ésta, blogs críticos, videos alusivos en la red, reuniones vecinales,…) aunque debe precisarse que las mismas no eran exclusivas de la actividad objeto del presente proyecto, sino que también había (y las hay) quejas en relación a los olores (y humos) procedentes otras plantas próximas.

    Con el fin de disponer de toda la información necesaria para poder evaluar las alternativas de actuación sobre las emisiones del foco principal de proceso y evaluar definir, diseñar e implantar de manera experta las medidas que permitieran minimizar el impacto odorífero de la planta, en base a lograr primordialmente un contexto de ausencia de quejas, el presente estudio se ha realizado a partir de la aplicación de una batería de metodologías complementarias tanto de análisis físico-químico como olfatométrico (llevadas a cabo “in-situ” y “ex-situ”), conjugando las descritas (por separado) en Barczak et al (2007), Kim y Park (2008) y Ranzato et al (2012) .

2. Metodología de estudio experimental y resultados obtenidos

    La estipulación del alcance del impacto odorífero de la planta de producción de fertilizantes químicos en estudio se ha desarrollado, por una parte, a partir de la determinación (en condiciones de reproducibilidad) de la concentración de olor en emisión (25 muestras en 5 días distintos) en las emisiones y de la modelización de su correspondiente dispersión atmosférica con el programa CALPUFF y, por otra, mediante la realización de un estudio de olfatometría cuantitativa de campo, mediante equipos Nasal Ranger® (de St. Croix), según los criterios de la parte 1 de la norma VDI 3940 (con 4 panelistas cualificados+1 supervisor, durante 20 días con un total de 576h de trabajo, comportando un total de 1530 observaciones de campo en 80 nodos de una red centrada en la planta). A partir de los datos obtenidos en las actividades citadas se confeccionaron sendos mapas de olor donde se reflejaban la concentración de olor (P98) modelizada en inmisión, las frecuencias de percepción de olor, así como las concentraciones de olor medidas “in-situ” mediante olfatometría cuantitativa de campo. Adicionalmente, con el fin de disponer de suficiente información para poder comprobar la eficacia del sistema de lavado de gases existente y plantear y evaluar con fundamento de causa las posibles alternativas de actuación para minimizar el impacto odorífero de la planta, se tomaron muestras y/o analizaron, tanto en emisión (15 muestras) como en inmisión (14-40 muestras según el caso) de distintos parámetros como: concentración de olor mediante olfatometría dinámica (según la norma UNE-EN-13725), y análisis de NH3, H2S y mercaptanos (según distintas técnicas espectrofotométricas y/o electroquímicas) y de compuestos orgánicos volátiles (COV) especiados (mediante HRCG-MS, habiéndose aplicado caso diferentes sistemáticas de captación y tratamiento de muestras, como son: extracción sólido-líquido, desorción térmica y SPME). Además, debe tenerse en cuenta también que el cliente proporcionó también series de datos históricos bimensuales propios de los niveles de emisión de partículas, así como de todos los detalles técnicos/prácticos del proceso necesarios para poder llevar a cabo, en una segunda fase, las tareas de ingeniería correspondientes. Una vez corroborado el alcance del impacto odorífero de la instalación, para poder considerar la aplicación de una solución provisional consistente en la aspersión de un producto comercial secuestrante de olor, se procedió a la determinación de la concentración de olor y de COV especiados en un total de 8 muestras de emisión, en condiciones de aplicación-sin aplicación de dicho producto, debiéndose indicar que se descartó dicha actuación por no comportar ninguna mejora evidente. Por otra parte, también se procedió al análisis especiado del contenido de COV en las materias primas que integraban las principales formulaciones de fertilizantes objeto de fabricación en la planta.

Tabla 1: Resumen sinóptico de los resultados obtenidos en el estudio de las emisiones.

Parámetro

Punto captación

Nº muestras

Promedio

Rango

Conc. olor olf.dinámica

Emisión final y otros

25

2650 uoE/m3

1122-4000 uoE/m3

Amoniaco

Antes scrubber

6

82 mg NH3/Nm3

3/Nm3

Amoniaco

Después scrubber

5

3/Nm3 (*)

3/Nm3

Ácido sulfhídrico

Después scrubber

6

<0,5 mg H2S/Nm3

<0,5 mg H2S/Nm3

ΣCOV

Emisión final y otros

15

1,4mg/Nm3

0,25-6,5 mg/Nm3

Caudal

Después scrubber

>30

65.000m3/h

Después scrubber

>30

66ºC

    En la Tabla 1 se presenta un resumen sinóptico de los resultados obtenidos mientras que en la Figura 1 se incluye la rosa de vientos de la zona correspondiente a 3 años completos (2007 a 2009), así como la distribución de las frecuencias de percepción del olor objeto de estudio (a partir de un total de 1530 observaciones) y mapas del promedio a lo largo de un día y de todo el estudio de la concentración de olor medida “in-situ” mediante olfatometría cuantitativa de campo. También se presenta en la Figura 2 el TIC-Cromatograma del análisis de una muestra de emisión del proceso de fabricación de un fertilizante.

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Figura 1: 1(a) Rosa de vientos durante el estudio, 1(b) Distribución de frecuencias de percepción de olor, 1(c) Mapa de concentración promedio de olor mediante olfatometría cuantitativa de campo a lo largo de la campaña y 1(d) Mapa de concentración promedio de olor a lo largo de una jornada (15-09-2010). Nota importante: la ubicación indicada de la planta es ficticia.

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Figura 2: TIC Cromatograma de la fracción orgánica volátil de una muestra de emisión

    Como conclusiones de esta primera fase del trabajo se consideraron las siguientes:

· De las 1.530 mediciones de olor “in-situ” realizadas en toda el área indicada en la Figura 1b, 275 (17,9%) correspondieron al olor del foco objeto de estudio, 336 (21,9%) a otros olores y el resto a percepciones “sin olor”. Cabe añadir que entre las percepciones positivas de olor, un 50% fueron susceptibles de cuantificación mediante olfatometría de campo, es decir con una concentración de olor >2uo (D/T).

· Se constató la existencia de un impacto odorífero con una cierta significación de las emisiones del foco de producción de fertilizantes de la planta que se extendía principalmente siguiendo el curso fluvial próximo alcanzando la isoodora de 3UO(D/T) en promedio 1,3 km en dirección SE, pero en algunas ocasiones podía alcanzar distancias casi el doble de longitud. También pudo acotarse a unos 150-200m el alcance de las emisiones difusas de la planta a partir de los datos de percepciones de olor de campo realizadas en periodos sin producción.

· Dado que las isoodoras promedio alcanzaban inequívocamente los receptores más próximos y las frecuencias de percepción de olor en inmisión superaban el límite consuetudinario del 10%, se consideró conveniente realizar actuaciones sobre las emisiones focalizadas para mitigar el impacto odorífero correspondiente.

· La concentración promedio de olor y el caudal fueron de 2.650uoE/m3 y 66.000Nm3/h, respectivamente. En el estudio de caracterización de detalle de las mismas no se detectó la existencia de COV tóxicos (con un límite de cuantificación de 0,01mg/m3). El perfil del olor objeto de estudio se asoció a una mezcla compleja de COV (como puede apreciarse en la figura anterior) con predominancia de compuestos oxigenados y nitrogenados.

3. Evaluación de alternativas

    Para la evaluación de alternativas, en primer lugar se efectuaron modelizaciones tentativas con el objeto de poder estipular la concentración de olor necesaria y/o la altura de emisión para reducir suficientemente el impacto odorífero de la planta. El programa utilizado fue CALPUFF. En la Figura 3 se presentan los resultados correspondientes a las modelizaciones de la situación inicial y de una simulación del efecto de suplementar la dispersión atmosférica de las emisiones del foco tras elevar “virtualmente” +30m la altura efectiva del foco.

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Figura 3: 3(a) Modelización de la dispersión atmosférica de olor en la situación inicial y 3(b) Modelización de la dispersión atmosférica de olor simulando un recrecimiento del foco de emisión de +30m. Se representan las isoodoras de 1, 3, 5 y 7 uoE/m3 (P98). Nota importante: la ubicación indicada de la planta es ficticia.

    A continuación, se planteó la aplicabilidad y viabilidad de distintas soluciones y tecnologías, como son: cambios de materias primas, aumento de la altura física del punto de emisión, suplemento del lavado químico existente, ozonización, tratamientos biológicos (biofiltración, biolavado,…), oxidación catalítica, oxidación térmica, plasma no térmico y el suplemento de la dispersión atmosférica a partir la instalación de un sistema de aerogeneración “ad-hoc”. Para la realización de esta evaluación se tuvieron en cuenta, entre otros los siguientes factores: eficacia de depuración, robustez, compatibilidad con el proceso, viabilidad de instalación, necesidad de servicios, costes (CAPEX y OPEX), facilidad de operación, integrabilidad en el proceso de fabricación, generación de impactos colaterales (efluentes, ruido,…), plazos de instalación y otros.

    Después de analizar cuidadosamente los factores citados en el párrafo anterior, se optó por seleccionar la instalación un sistema de impulsión neumática de tipo aerogenerador (ÉOLAGE®, patentado por la firma Délamet S.A.) que proporciona, al existente, un suplemento de caudal de hasta 300.000Nm 3/h, lo que supone un incremento de la altura equivalente de la emisión de unos 20-30m sin necesidad de instalar chimeneas (o incrementar la altura de las existentes) y, además, minimizar la visualización del penacho (de vapor de agua) de la emisión. En la Figura 4 puede apreciarse el efecto de dicho sistema sobre la emisión según esté funcionamiento o no. Cabe añadir que, complementariamente a lo anterior, con el fin de reducir el impacto de las emisiones difusas de la planta se diseño e implementó también un programa de Buenas Prácticas de gestión de los olores.

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Figura 4: 4(a) Penacho de emisión sin funcionamiento del aerogenerador, 4(b) Penacho de emisión con el aerogenerador funcionando, 4(c) Mapa de concentración promedio de olor mediante olfatometría cuantitativa de campo sin funcionamiento del aerogenerador y 4(d) Mapa de concentración promedio de olor mediante olfatometría cuantitativa de campo con el aerogenerador en funcionamiento. Nota importante: la ubicación indicada de la planta es ficticia.

4. Comprobación de la eficacia de la solución instalada

    Una vez puesto en marcha el sistema ÉOLAGE®, para poder comprobar la eficacia de reducción del impacto odorífero, se procedió, a lo largo de 3 días, a la realización de mediciones de la concentración de olor “in-situ” mediante olfatometría cuantitativa de campo en condiciones de funcionamiento/sin funcionamiento del aerogenerador, resultando una reducción del alcance promedio del orden del 85%. En la Figura 4 siguiente puede apreciarse el efecto visual de la acción impulsiva del aerogenerador y la reducción del alcance de la emisión a lo largo de una jornada.

 

5. Conclusiones

    El presente trabajo puede considerarse como pionero en comparación con numerosos estudios convencionales que frecuentemente se reducen a efectuar la determinación de las emisiones de olor de las fuentes correspondientes y a la realización de modelizaciones de dispersión atmosférica cuya interpretación se lleva a cabo frecuentemente por comparación con unos límites típicamente alóctonos y que , a menudo, suelen zanjarse con la recomendación de realizar estudios subsiguientes y/o añadiendo una propuesta simplista de implantación de soluciones por meras analogías miméticas.

    Este caso permite evidenciar que, para determinar el alcance y características e impacto reales de los episodios de olor, así como para poder estipular y evaluar, de manera experta, las alternativas específicas posibles de actuación y tratamiento de las correspondientes emisiones odoríferas y la selección de la/s más apropiada/s, resulta imprescindible aplicar enfoques complementarios de estudio, tanto desde el punto de vista olfatométrico (en emisión e inmisión) como de análisis físico-químico, en combinación con la disposición de capacidad y experiencia reales y demostrables de ingeniería relativa a la resolución de problemáticas de olor, abarcando aspectos tales como la ventilación, así como al diseño, construcción, instalación y puesta en marcha de los sistemas de tratamiento más adecuados a cada caso.

 

6. Referencias

Barczak R., Kulig A., Szyłak-Szydłows M., 2012, Olfactometric Methods Application for Odour Nuisance Assessment of Wastewater Treatment Facilities in Poland, Chemical Engineering Transactions, 30, 187-192, DOI: 10.3303/CET 1230015, DOI: 10.3303/CET 1230015.
Kim KH, Park SY, 2008, A comparative analyisis of malodor samples between direct (olfactometry) and indirect (instrumental) methods, Atmospheric Environment, 41, 5061-5070.
Ranzato L., Barausse A.,Mantovani A.,Pittarello A.,Benzo M., Palmeri L., 2012, A comparison of methods for the assessment of odor impacts on air quality: Field inspection (VDI 3940) and the air dispersion model CALPUFF , Atmospheric Environment, 61, 570-579.
VDI 3940 Blatt 1:2006, Measurement of odour impact by field inspection - Measurement of the impact frequency of recognizable odours - Grid measurement.

 

 

 

 

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