Evaluación del impacto odorífero en el tratamiento de residuos orgánicos
Evaluation of the odoriferous impact derived from the treatment of organic waste
Autor
Toledo Padrón, Manuel
Director/es
Martín Santos, María ÁngelesSiles López, José Ángel
Gutiérrez Martín, María del Carmen
Editor
Universidad de Córdoba, UCOPressFecha
2018Materia
Residuos orgánicosCompostaje
Emisión de olores
Contaminación odorífera
Calidad del aire ambiente
METS:
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Mostrar el registro completo del ítemResumen
El aumento progresivo de la población, la industrialización y el consumismo son los factores
principales por los que ha incrementado la generación de residuos en los últimos años, requiriendo
de una gestión integral para proteger la salud pública y el medio ambiente. La gestión y tratamiento
adecuado de los residuos sólidos urbanos constituye, actualmente, un problema clave en materia de
sostenibilidad, ya que es necesario dar solución a un problema ambiental, económico, social y
sanitario, evitando la clásica deposición en vertederos. Sin embargo, el tratamiento de residuos
orgánicos incrementa la contaminación por olores desagradables. Dichas emisiones han de ser
evaluadas, cualitativa y cuantitativamente, con el propósito de minimizarlas.
Actualmente se utilizan diversas herramientas y dispositivos de muestreo que permiten, según
las normativas aplicables en el seguimiento de olores (EN 13725 y VDI 3880), llevar a cabo la
evaluación de los procesos que generan malos olores y cuantificar las emisiones para dar una
magnitud real de cuánto olor emite un foco emisor. Para analizar los compuestos olorosos, en focos
emisores, la olfatometría dinámica se ha establecido como una técnica sensorial adecuada que
cuantifica la concentración de olor de una muestra olorosa (ouE/m3). Sin embargo, los materiales
utilizados en el almacenamiento de las muestras gaseosas pueden no ser estancos para ciertos
compuestos olorosos. En este sentido, y en colaboración con el Laboratory of Industrial Environment
Engineering (Ecole des Mines d'Alès, Francia), se ha realizado un estudio de los efectos de
permeabilidad y adsorción de diversos compuestos de azufre volátiles a través de las bolsas de
muestreo de Nalophan®. El sulfuro de hidrógeno (H2S), metilmercaptano (metil-SH) y disulfuro de
carbono (CS2) son los que presentan una menor retención en el interior de las bolsas debido a su
tamaño y estructura molecular, lo cual ha derivado en una pérdida global del 10% a las 30 h de
almacenamiento y del 25% a las 95 h. Además, las válvulas necesarias para la recolección de muestras
han dado lugar a pequeñas pérdidas de compuestos por adsorción. Con objeto de profundizar en las emisiones de olor generadas durante el tratamiento de residuos
orgánicos, se han llevado a cabo estudios a escala de laboratorio, piloto e industrial de distintas
materias residuales.
A escala de laboratorio se ha realizado el seguimiento del proceso de co-compostaje en vasos
Dewar de lodo de depuradora de aguas residuales municipales con distintas proporciones de residuo
del cultivo de la planta de berenjena, insertando como novedad unas conducciones verticales de PVC
perforadas para favorecer las condiciones aerobias del proceso. El pico de olor generado durante la
etapa hidrolítica del proceso de compostaje se ha minimizado con una mayor proporción de residuos
de berenjena en la mezcla con los lodos. Asimismo, la estabilidad del compost obtenido al final del
proceso, demuestra la viabilidad de la tecnología para valorizar ambas materias residuales, al igual
que la concentración de fósforo arroja mejores resultados, en cuanto a calidad del producto final, que
el lodo compostado individualmente. Se ha demostrado que la reducción de la concentración de
sólidos volátiles ha sido la principal causa en la emisión de compuestos olorosos durante el proceso,
de forma más significativa que la eliminación de compuestos nitrogenados.
A escala piloto se ha evaluado el proceso de compostaje en un respirómetro dinámico y, dado
que las condiciones operacionales están más controladas que en una instalación industrial, se han
realizado estudios con diversas materias residuales (lodo de depuradora, cáscara de naranja, residuo
de la manufactura del pescado, residuo del extrusionado de fresa y fracción orgánica de residuos
sólidos urbanos) evaluando, mediante la aplicación de herramientas estadísticas avanzadas, la
importancia de las variables del proceso sobre el impacto oloroso. En este sentido, un análisis de
componentes principales de la matriz de datos obtenida ha permitido clasificar los sustratos por su
origen, siendo el índice respirométrico dinámico (proporcional a la velocidad de consumo de oxígeno
en la biodegradación) y la tasa de emisión de olor las variables más influyentes. Otra de las
herramientas estadísticas aplicada es la regresión multivariante, demostrando ser una técnica
adecuada en la predicción de concentración y/o tasa de emisión de olores. La regresión multivariante ha sido una herramienta a partir de la cual se han evaluado las variables operacionales más influyentes
en la generación de olores. Además, se han determinado los grupos funcionales, asociados a los
compuestos presentes en las materias residuales mediante la aplicación de la novedosa tecnología
NIR, encontrándose una clara relación entre estas y las emisiones de olor generadas durante el
tratamiento.
A escala industrial, se ha elaborado un mapa global de olor de una planta de tratamiento de
residuos sólidos urbanos de Córdoba capital, en el que se han identificado los puntos críticos de
emisión de olor y las variables más influyentes en su generación. En este sentido, la recepción de
basura orgánica y de lodos de depuradora (procedentes de la planta de tratamiento de aguas residuales
“La Golondrina”) son los puntos críticos más olorosos, con tasas de emisión de 14,57 y 2,41 ouE/s·m2,
respectivamente. Además, considerando la variabilidad de puntos críticos en la planta, y tras realizar
un estudio global de ellas, las variables respirométricas, la concentración de nitrógeno y el tiempo de
residencia de los materiales residuales han destacado como las más influyentes en el impacto oloroso.
Finalmente, también se ha estimado dicho impacto oloroso en una planta de compostaje que
gestiona lodos de depuradora (pretratado y sin pretratar) y residuos de mercado mediante compostaje
en pilas, en términos de concentración de inmisión, con el propósito de evaluar la generación y
posterior dispersión de las emisiones olorosas en las zonas colindantes. A partir de un modelo de
dispersión Gaussiano de pluma se han obtenido los perfiles de inmisión en función de la distancia de
la planta considerando la orografía, condiciones meteorológicas y atmosféricas más desfavorables.
La concentración de inmisión máxima observada no ha superado en ningún caso los límites
establecidos en el borrador del Anteproyecto de ley contra la contaminación odorífera de Cataluña de
3 ou/m3, con una estabilidad atmosférica neutra y una velocidad del viento de 2,6 m/s. Además, el
seguimiento del proceso de compostaje a partir de las variables tradicionales ha demostrado que las
emisiones olorosas derivadas de la planta de tratamiento y gestión de residuos sólidos orgánicos mediante compostaje están nuevamente relacionadas con la volatilización de nitrógeno y la
eliminación de los sólidos volátiles.
Los novedosos resultados obtenidos en los trabajos de investigación que componen esta Tesis
Doctoral suponen un avance científico significativo en términos de cuantificación y determinación
de emisiones olorosas derivadas del tratamiento de residuos. La aplicación de las nuevas herramientas
utilizadas en este trabajo podrían contribuir a mitigar el impacto oloroso que genera la gestión y
tratamiento de residuos, un proceso que a día de hoy se considera indispensable y que trata de dar una
nueva vida a los millones de toneladas de materia orgánica que cada día genera el ser humano. The progressive increase in population, industrialization and consumerism are the main factors
leading to the enhancement of waste generation during the last years, which requires integrated
management to protect public health and environment. The adequate management and treatment of
urban solid waste is nowadays a major issue in terms of sustainability, leading to the necessity of
solving an environmental, economic, social and sanitary problem by avoiding classical landfilling.
Nevertheless, the treatment of organic waste promotes pollution by the generation of unpleasant odor.
The emission of odor should be evaluated qualitative and quantitatively with the aim of achieving its
minimization.
Several sampling tools and devices are currently being used in accordance with the legislation
on odor monitoring (EN 13725 and VDI 3880) to evaluate those processes that generate unpleasant
odor and to quantify their emission by providing a real magnitude on how much odor an emission
source generates. Dynamic olfactometry has been stablished as an adequate sensorial technique to
analyze the odor concentration in an odorous sample (ouE/m3). However, the materials used for
storing gaseous samples might not be watertight for certain odorous compounds. In this context, and
in collaboration with the Laboratory of Industrial Environment Engineering (Ecole des Mines d'Alès,
France), a study of the permeability and sorption effects of several volatile sulfur compounds stored
in sampling Nalophan® bags was carried out. Hydrogen sulfide (H2S), methyl mercaptan (methyl-
SH) and carbon disulfide (CS2) showed the lowest retention inside the sampling bags due to their
molecular size and structure, which led to global loss of 10% after 30 h of storage time and 25% at
95 h. Furthermore, the valves necessary to store gaseous samples led to small loss due to sorption
processes.
With the aim of deepening in odorous emissions derived from the treatment of organic waste,
several research studies of different residual substrates were carried out at laboratory, pilot plant and
industrial scales. The monitoring process of co-composting sewage sludge from wastewater treatment at different
mixing proportions with eggplant waste was carried out in Dewar vessels at laboratory scale. As a
novel aspect, vertical and perforated PVC pipes were inserted in the vessels to favor aerobic
conditions inside the substrates being composted. The odor peak generated during the hydrolytic stage
of composting was minimized by increasing the proportion of eggplant waste in the mixture with
sewage sludge. Likewise, the stability of the final product demonstrates the feasibility of cocomposting
to valorize both residual substrates simultaneously. Furthermore, the concentration of
phosphorus was higher in the final compost than the value obtained when sewage sludge was
composted individually. The reduction of the concentration of volatile solids was found to be the
main cause of odor emission, being more influential than the removal of nitrogenous compounds.
On the other hand, the composting process was also evaluated in a dynamic respirometer at pilot
plant scale. As the operational conditions were more controlled than at industrial scale, several studies
were carried out with several residual substrates (sewage sludge, orange peel, fish waste, strawberry
extrudate and organic fraction of municipal solid waste) to evaluate the importance of the process
variables on the odorous impact through advanced statistical tools. In this sense, a principal
components analysis applied to the data matrix obtained allowed classifying residual substrates by
origin, with the dynamic respirometric index (proportional to the oxygen consumption rate during
biodegradation) and the odor emission rate being the most influential variables. Another statistical
tool used was multivariate regression, which has been demonstrated to be an adequate technique to
predict odor concentration and/or emission rate. Multivariate regression was used to evaluate the most
influential operational variables in odor generation. In addition, the functional groups associated to
the compounds contained in the residual substrates were determined by the innovative NIR
technology. A relationship between functional groups and odor emission generated during waste
treatment was identified. At industrial scale, a global odor map of a solid waste plant that treats residues generated in the
city of Cordoba was elaborated. Such a map identified the critical odor emission points and the most
influential variables in its generation. Reception of organic waste and sewage sludge derived from
the wastewater treatment plant “La Golondrina” were found to be the most critical points in terms of
odor generation, with odor emission rates up to 14.57 and 2.41 ouE/s·m2, respectively. Furthermore,
after considering the variability of critical points inside the plant and having carried out a global
analysis, respirometric variables, nitrogen concentration and residence time of residual substrates
were identified as the most influential variables on the odorous impact.
Finally, the odorous impact derived from a plant that manages sewage sludge (raw and pretreated)
and market waste through composting in piles was estimated in terms of immision
concentration, with the aim of evaluating the generation and subsequent dispersion of odorous
emissions in neighboring areas. By applying a plume Gaussian dispersion model, the immision
profiles as a function of distance were obtained considering orography and the most unfavorable
weather and atmospheric conditions. The maximal immision concentration did not exceed the
threshold stablished by the draft law against odorous pollution in Cataluña (3 ou/m3), at neutral
atmospheric stability and wind speed of 2.6 m/s. In addition, monitoring composing process through
traditional variables demonstrated again that odorous emissions derived from the treatment and
management of organic solid waste are related to nitrogen volatilization and volatile solids removal.
The innovative results reported in the research studies included in this Doctoral Thesis have led
to an important scientific advance in terms of quantification and determination of odorous emissions
derived from waste treatment. The application of new tools developed in this Thesis might contribute
to mitigate the odorous impact derived from waste management and treatment, which is considered
essential in current societies and tries to take the advantage of millions of tons of organic waste
generated by human beings every day.