Este artículo presenta los resultados de un estudio piloto destinado a identificar el sistema de tratamiento de olores y COV más eficaz para el secado térmico de lodos.
El estudio evalúa el desempeño de diversas tecnologías en la reducción de olores, amoníaco y carbono orgánico total, proporcionando datos clave sobre eficiencias de eliminación y parámetros operativos. Estos resultados ayudan a los gestores de plantas a planificar futuros sistemas de tratamiento, minimizar riesgos y optimizar costos, asegurando el cumplimiento de los límites de emisión establecidos.
M. Fortuny* & R. Novak
Bionik Filtersysteme GmbHe.
* marc.fortuny@bionik.es
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.
Citación: M. Fortuny & R. Novak, 2025, Estudio Piloto Sobre BAT en la Eliminación de Olores y Otros Contaminantes en el Secado Térmico de Lodos, Congreso OLORES25, Santiago, Chile, www.olores.org.
Copyright: 2025 Olores.org. Los autores retienen la propiedad del copyright de sus artículos, pero los autores permiten a cualquier persona descargar, reusar, reimprimir, modificar, distribuir y/o copiar artículos del sitio web de olores.org, siempre que se citen los autores originales y las fuentes. No es necesario permiso específico de los autores o de los editores de esta web.
ISBN: pendiente
Palabras clave: Tratamiento de gases, reducción impacto ambiental por olor, DMS, Olfatometría y GC-MS en secado térmico, Valor de actividad odorífera.
Vídeo
Resumen
Este artículo describe los resultados del estudio piloto para diseñar el sistema de tratamiento de olores y VOCs más adecuado para un secado térmico de lodos. Los resultados del estudio demuestran el impacto en la reducción del olor, NH3 y COT de cada una de las tecnologías usadas y permite obtener rendimientos de eliminación esperables, parámetros de operación relevantes, y aspectos optimizables para definir el sistema de tratamiento óptimo para este secado de lodos. El estudio permite planificar con seguridad las necesidades del sistema de tratamiento futuro que quiere implementar el responsable de la planta, eliminar incertidumbres y riesgos de incumplimiento y optimizar costes de inversión y explotación con la solución adecuada a sus necesidades reales para garantizar los límites de emisión establecidos.
1. Introducción
El tratamiento y disposición de lodos generados en los procesos industriales es un desafío ambiental y logístico significativo para muchos sectores. Solamente en la Comunidad Europea se generan más de 7.500 millones de Kg de lodos anuales (González et al., 2020) que deben ser tratados y gestionados adecuadamente.
Uno de los métodos más comunes para la gestión de estos lodos es el secado de térmico, que tiene como objetivo reducir su volumen y estabilizar el producto, facilitando su transporte, almacenamiento y disposición final (Galwa-Widera et al., 2021). El secado térmico de lodos consiste básicamente en la aplicación de calor para evaporar el contenido en humedad de los lodos, típicamente alrededor del 15-30% en sólidos hasta valores del 90% en materia seca, lo que puede alcanzar reducciones de masa de hasta
el 85% (Smith, T. 2008).
Sin embargo, a pesar de sus ventajas, el secado térmico de lodos da lugar a la generación de compuestos volátiles que afectan tanto la calidad del aire como la salud pública y el bienestar de las comunidades cercanas. La emisión de olores indeseables es uno de los problemas más prevalentes asociados a este proceso, resultando en molestias y, en algunos casos, en conflictos entre las instalaciones de tratamiento y las poblaciones circundantes. Aún y así, es difícil encontrar datos específicos y generalizables sobre emisiones de olor y contaminantes específicos del secado térmico de lodos, pues la composición de los lodos tratados incluso en una misma planta es casi siempre variable y la tecnología de secado de lodos genera un producto cada vez más seco y estable, con frecuencia a costa de incrementar el impacto ambiental de sus
emisiones.
Las emisiones típicas del secado de lodos son en forma de compuestos como el NH3, considerado habitualmente como el principal contaminante emitido en el secado de lodos (Li et al., 2012), los compuestos reducidos de azufre y otros compuestos orgánicos volátiles (COVs) (González et al., 2020), que son productos de la descomposición de materia orgánica presente en los lodos. Las tecnologías de tratamiento de estos compuestos individuales son conocidas, pero su aplicación combinada para eliminarlos a todos de forma eficiente e incluyendo el impacto que generan en forma de emisión de olor, variará en cada caso.
Además, con frecuencia el tecnólogo del secado de lodos no suministra ni la solución para las emisiones que genera ni la información necesaria de su proceso para solucionarlo, de forma que explotadores y constructores de plantas de tratamiento se ven obligados a trabajar con valores de diseño típicos e inadecuados; o con factores de seguridad exagerados; o con riesgos de incumplimiento/garantías inasumibles por ambas partes.
En este contexto, se diseñó un estudio piloto con carácter práctico y enfocado a encontrar la mejor solución para esta planta de secado en particular. El objetivo del proyecto era caracterizar las emisiones derivadas del secado térmico existente pero obsoleto, antes de su renovación, con tal de determinar la mejor combinación de tecnologías de tratamiento de emisiones y su diseño más adecuado para asegurar el cumplimiento de los límites de emisión legales.
2. Materiales y métodos
2.1 Descripción de la planta piloto
El estudio se realizó mediante el uso de una planta piloto que trató durante 8 semanas una parte conocida del caudal total de aire de salida del secado térmico.
El sistema de tratamiento constó de 4 etapas (Figura 1) en serie, con una funcionalidad específica en cada una de ellas, más su propio ventilador y calentador de aire. La tabla 1 resume las principales características de cada etapa.
- Etapa 1: lavador químico con H2SO4. Se utilizó el equipo ya existente en planta, pues este equipo es capaz de alcanzar rendimientos de eliminación (RE%) para el NH3 satisfactorios en condiciones óptimas de operación. Se operó a pH ácido durante todo el período, mediante dosificación de sulfúrico. Se monitoreó la temperatura de aire y la concentración de NH3, ambos a la entrada y salida.
- Etapa 2: lavador químico alcalino-oxidativo con NaOH y H2O2. Se utilizó un reactor de lecho empacado, de diseño vertical y flujo contracorriente, con el objetivo de eliminar mercaptanos, sulfuros y otros compuestos de azufre. Se operó a pH alcalino y a un valor de conductividad medio mediante dosificación automática de reactivos y renovación de la fase líquida. Se monitoreó la temperatura de aire de entrada y salida del equipo y de la fase líquida, la pérdida de carga del reactor y las concentraciones de H2S, COVs y olor en diferentes estadios del proyecto.
 |
| Figura 1: Diagrama de flujo de la planta piloto usada durante el estudio |
- Ventilador: La planta piloto disponía de su propio ventilador, controlado mediante variador de frecuencia, con el que se reguló y ajustó el caudal de aire tratado en las etapas 2, 3 y 4 del sistema de tratamiento. La planta piloto se operó a un caudal constante durante todo el proyecto.
- Etapa 3: Biofiltro de tipo cerrado, de flujo descendente, con riego automatizado y relleno con material orgánico. Se monitorearon la pérdida de carga, humedad relativa (HR%) del aire de entrada y salida y la temperatura de operación, así como concentraciones de H2S, COVs y olor a la entrada y salida de la etapa.
- Secado de aire: Para evitar la condensación de agua en el filtro de carbón activo (ACF) y optimizar su función, se usó un secado de aire automático, operado con un control de temperatura, que aseguró un incremento de temperatura del aire suficiente para reducir la HR% del aire hasta valores óptimos para la operación de los adsorbentes utilizados.
- Etapa 4: ACF: Reactor empacado, de flujo ascendente, relleno con una mezcla de dos componentes para la eliminación de COVs de alto i bajo peso molecular. El ACF solamente se pudo operar durante una semana, pero se tomaron medidas de pérdida de carga, temperatura y HR%, así como varias medidas de concentraciones de COVs y olor a la entrada y salida del equipo.
Tabla 1: Características del sistema de tratamiento de emisiones utilizado durante el estudio piloto.
|
|
Etapa 1 |
Etapa 2 |
Etapa 3 |
Etapa 4 |
|
Contaminante objetivo |
NH3 |
R-SH, R-S |
Olor, COVs cadena corta y solubles |
BTXE, Terpenos, Hydrocarburos cadena larga |
|
Tipo de tratamiento |
Lavador ácido |
Lavador alcalino-oxidativo |
Biofiltro |
Carbón activo con secado previo |
|
Principio activo |
H2SO4 78% |
NaOH 50% & H2O2 49% |
Material de relleno orgánico, dos componentes |
Mezcla de dos adsorbentes diferentes |
|
Modelo constructivo |
Reactor de lecho empacado, horizontal, flujo-cruzado |
Reactor de lecho empacado, vertical, flujo contra-corriente |
Biofiltro cerrado, down-flow |
Up-Flow, con secado previo |
2.2 Descripción de los métodos analíticos utilizados
El seguimiento del piloto y la toma de datos se hizo mediante los siguientes sistemas analíticos:
- Medida manual de parámetros operacionales: Se utilizó el medidor Testo 400 (Testo SE & Co. KGaA) para las medidas de caudal de aire, HR, Temperatura y presión.
- Medidas puntuales de NH3, H2S, R-SH: se utilizaron dos métodos de medida:
- Analizador múltiple Dräger Xam 8000 (Drägerwerk AG & Co. KGaA)
- Tubos colorimétricos GASTEC (Gastec Corporation)
- Olfatometría: se tomaron muestras de aire mediante bomba de vacío y bolsas de fabricación propia, que se mandaron a laboratorio certificado para su análisis (Normec Uppenkamp GmbH). Éste se hizo según DIN EN 13725, mediante un olfactómetro ECOMA GmbH/Olfasense GmbH, Kiel, Tipo T08.
- GC-MS: Se tomaron muestras de aire mediante adsorción en tubos de carbón activo que posteriormente fueron analizados en laboratorio especializado (Olfa- sense GmbH). La toma de muestra se hizo con una bomba de aspiración y tu- bos de adsorción. Se utilizó un cromatógrafo TRACE 1310 con un espectrómetro de masas ISQ 7000 de Thermo Fisher Scientific y una unidad de termodesorción TD100-xr de Markes International. Se hizo un primer análisis Full-scan y posteriormente solamente se analizaron 11 compuestos seleccionados en base a su mayor concentración, menor valor umbral de olor (OTV) o mayor difi-
cultad de tratamiento. - FID: Para la medida de COVs totales se utilizó un FID 123 de la marca TESTA (TESTA GmbH). Se utilizó propano 80 ppm para su calibración, nitrógeno como gas 0 e hidrógeno como gas combustible. El equipo puede diferenciar entre COVs totales y medida de CH4 mediante el uso de un catalizador interno.
3. Resultados y discusión
La planta piloto se operó durante 8 semanas, la última de ellas con el FCA incluido. Los datos de las medidas de concentración de NH3 a la entrada y salida del lavador ácido dieron valores de entrada oscilantes de NH3 y valores de RE entre el 90 y 100%. Los datos referentes al NH3 se utilizaron para definir las concentraciones de diseño a utilizar para el sistema de tratamiento futuro y para confirmar que el lavador existente debe ser substituido por uno de mayor eficacia, pues rendimientos del 90% para concentraciones < 200 ppm son, para esta tecnología, actualmente insuficientes.
La RE total para NH3 en el sistema completo durante el estudio se mantuvo siempre en valores >99% pero los resultados de olfatometría muestran como las primeras semanas las RE en olor alcanzaron valores del 80-90% para el sistema completo y solamente del 52% para los lavadores químicos, confirmando la necesidad del tratamiento combinado lavador +biofiltro para atacar con eficacia las emisiones del secado térmico de lodos.
Esto es porque como los resultados indican los datos de olor de entrada no se relacionan directamente con los de concentración de NH3, indicando la presencia de otros compuestos con un mayor valor de actividad odorífera (OAV, relación entre la concentración detectada y su valor umbral de detección, Nagata, Y., 2003).
El DMS fué el principal objetivo por el cual se contó con la Etapa 2 de tratamiento y los resultados muestran como esta etapa es necesaria. En la campaña 3 se obtuvieron RE con el sistema CW+BF del 71% para DMS y 91% para DMDS. Estos compuestos han sido también reportados como los principales contribuidores en el olor emitido por otros tipos de proceso de estabilización de lodos (González et al, 2020)
Al añadir el ACF el RE alcanzó prácticamente el 100%, demostrando que la cuarta etapa de ACF incrementa notablemente la seguridad del sistema de tratamiento.
Las medidas de olor y GC-MS durante las campañas 4 y 5 son comparables y en ambos casos se alcanzan RE>98%, cumpliendo así claramente los límites de emisión deseados y confirmando la adecuación del sistema de tratamiento elegido.
Los resultados de olfatometría muestran la evolución positiva a lo largo de las 5 campañas de los resultados de RE de olor para la combinación CW+BF, alcanzando al después de 8 semanas valores >95% pero arrancando ya del 81% unos días después de la puesta en marcha, demostrando la posibilidad de arrancar estos sistemas de forma rápida. Además, los resultados de GC-MS muestran que el sistema CW+BF es capaz de eliminar el 76% en promedio de los 11 COVs mayoritarios, pero que añadiendo el ACF se consigue alcanzar, de forma segura, valores de emisión idóneos.
4. Conclusiones
El estudio piloto relevó los contaminantes principales a tener en cuenta y sus concentraciones esperables para diseñar la mejor solución de tratamiento de emisiones para esta planta se secado de lodos. Confirmó la necesidad de incluir el lavador alcalino- oxidativo, inexistente en el tratamiento actual, y las ventajas de añadir el ACF final al sistema de tratamiento. El estudio permite definir las necesidades exactas del futuro sistema de tratamiento, tanto en lo referente a las tecnologías usadas, como en su diseño apropiado, evitando así un sobredimensionamiento innecesario o riesgos de incumplimiento de los límites de emisión.
5. Referencias
Nagata, Y. Odor measurement review, Measurement of odor threshold by triangle odor bag method. Minist. Enviornmental Gov. Japan 2003, 122–123.
González, D; Guerra, N.; Colón, J.; Gabriel, D; Pinsá, S.; Sánchez, A. Characterization of the Gaseous and Odour Emissions from the Composting of Conventional Sewage Sludge. Atmosphere 2020, 11, 211; doi:10.3390
Li B.; Wang F.; Yan J. H.; Chi Y. Feasibility analysis on drying and incineration of sewage sludge from a wastewater treatment plant. Chinese Journal of Environmental Engineering,2012, 6(10): 3399–3404.
Monika Gałwa-Widera*, Anna Kwarciak-Kozłowska. Biofiltration – an ecological method of removing odors generated during drying sewage sludge-case study. Desalination and Water Treatment 232 (2021) 236–243
Smith,T. (2008). The Option of Thermal Drying. www.wwdmag.com
https://www.wwdmag.com/sludge-and-biosolids/article/10919216/the-option-of-thermal-drying (fecha consulta: 14.01.2025)
TA-Luft, (2021) Neufassung der Ersten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft – TA Luft)
https://www.verwaltungsvorschriften-im-internet.de/bsvwvbund_18082021_IGI25025005.htm (Fecha de consulta: 13.01.2025)