EL CONTROL DE OLORES EN PROCESOS INDUSTRIALES

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1 Cuarta entrega 2016 Diciembre de 2015 EL CONTROL DE OLORES EN PROCESOS INDUSTRIALES Enrique Posada Restrepo - Mateo Jaramillo Jaramillo INDISA S.A. que generen olores que pasan a la atmósfera al salir del foco emisor del que proceden. La inmisión tiene que ver con las concentraciones en el ambiente externo, de tales sustancias olorosas, causando impacto sensorial, generando olores que realmente se perciben por la población expuesta y tiene que ver con la calidad del aire. 1. INTRODUCCIÓN: LOS PROBLEMAS DE OLORES EN LOS PROCESOS Se hace necesario optimizar los procesos productivos para minimizar las emisiones contaminantes a la atmósfera, las cuales igualmente deben ser sometidas a procesos de control para evitar daños al ambiente. Algunas de estas emisiones pueden ser percibidas por las personas como olorosas, bien sea porque la sustancia en si misma genere un olor, o porque lo haga al combinarse con otras sustancias. La generación de compuestos que producen olores desagradables es un resultado colateral y en algunos procesos industriales no es deseado. Este problema afecta a quienes trabajan en planta y dependiendo de las condiciones atmosféricas, también a la población cercada a la misma. En este artículo se definen algunos conceptos fundamentales sobre el tema de control de olores, enfocado en las diferentes tecnologías e industrias existentes. Se examina cómo se regula este tipo de contaminación actualmente en Colombia. 2. CARACTERÍSTICAS DE LAS EMISIONES ODORÍFICAS Cuando se habla de olores ofensivos, necesariamente se están describiendo dos condiciones: la presencia de una o más sustancias olorosas en el aire y un receptor sensible, quien actúa como indicador de una situación dada por olores ofensivos en el ambiente, materializándose eventualmente a través de quejas ante las autoridades ambientales. El olor es definido como una propiedad organoléptica perceptible por el órgano olfativo cuando inspira determinadas sustancias volátiles como es el caso de ciertos compuestos orgánicos volátiles COV. Hay emisiones odoríferas que requieren especial interés, por causar molestias y por su potencial peligrosidad e incidencia sobre el medio ambiente y en la salud de los seres vivos. El gobierno colombiano con la Resolución 610 de 2010 acerca de la Calidad del Aire, ha dado un paso claro hacia el desarrollo de legislación sobre la medición y el control de las emisiones olorosas y del olor en los ambientes. Es necesario recordar que tal como sucede con otros sentidos, varios factores psicológicos pueden afectar la percepción de los mismos. Es por esto que es necesario definir algunas características de las emisiones odoríficas con el fin de tener un panorama objetivo en la problemática de olores. Es necesario entonces comprender cómo se miden y controlan los olores, distinguiendo la diferencia entre emisión e inmisión. La emisión se refiere a las sustancias contenidas en los gases de descarga de los procesos, La norma colombiana presenta los umbrales para las principales sustancias generadoras de olores ofensivos, representadas en unidades de concentración de μg/m3, 1

2 tal como se puede apreciar en la Tabla 1. Sin embargo, normas europeas como la UNE-EN expresan la concentración en unidades de olor europeas (OUE), las cuales se basan en la técnica de olfatometría dinámica. Este valor OUE es calculado a partir del número de veces que hay que diluir una muestra para que pueda ser detectada por el 50% de un grupo de personas entrenadas en estos menesteres. CONTAMINANTE FÓRMULA UMBRAL (μg/m3) 380 OLOR CARACTERÍSTICO Ligeramente afrutado Acetaldehído C2H4O Ácido Butírico C4H8O2 Amoniaco NH3 35 Pungente Clorofenol C6H5ClO 0.1 Hospital Dicloruro de azufre SCl2 4.2 Sofocante Etil mercaptano C2H5SH 0.5 Repollo cocido Etil acrilato C5H8O2 2 Repollo cocido Estireno C8H8 200 Monometil amina CH5N 27 Metil mercaptano CH3SH Nitrobenceno C6H5NO2 24 Almendra Propil mercaptano C3H8S 22 Col podrida Butil mercaptano C4H10S 3 Col podrida Sulfuro de dimetilo C2H5S 5 Mar Sulfuro de hidrógeno H2S 7 Huevo podrido 4 4 Mantequilla rancia Dulce Pescado Col podrida Tabla 1: Umbrales de olor para sustancias generadoras de olores ofensivos. Se aprecia en la tabla anterior, como además de las concentraciones existen marcadores tipológicos asociados con los olores. Con respecto a la intensidad del olor, se define ésta como la magnitud o fuerza con la que una persona percibe un olor, la cual aumenta con la concentración para un determinado olor, sin embargo, cada olor posee intensidades específicas que no están relacionadas con la concentración, pudiendo ocurrir que dos olores a la misma concentración se perciban con intensidades diferentes. El olfato es el sentido más desarrollado al nacer, por lo que somos capaces de distinguir el aroma de nuestra madre de entre un grupo de personas dentro de una habitación. Un adulto puede distinguir entre 4000 y aromas diferentes, nuestra nariz es muy sensible y puede detectar concentraciones muy bajas de compuestos, mejor que los equipos de detección. A pesar de ello, no somos la especie animal con el olfato más desarrollado, se dice que un perro de raza bloodhound, tiene un olfato 10 a 100 millones de veces más sensible que un humano. 2

3 3. INDUSTRIAS QUE EMITEN OLORES En otras industrias alimenticias como el café, productoras de esencias, pastelerías y demás se tienen dificultades en el manejo de malos olores cuando las materias orgánicas se volatilizan durante tiempos prolongados. Incluso, olores agradables de los alimentos se transforman en desagradables cuando su olor se percibe por largos periodos de tiempo INDUSTRIAS AGROALIMENTARIAS Y DE CURTIEMBRES 3.2. INDUSTRIA QUÍMICA En los sectores de alimentación, bebidas y curtiembres los principales contaminantes atmosféricos son el polvo y el olor. Estos se producen debido al carácter perecedero de las materias primas ya sea en su almacenamiento, en los propios procesos productivos o como consecuencia de los subproductos y/o residuos que se generan. Por tanto la descomposición de materia orgánica es la principal fuente de mal olor. Las plantas petroquímicas y las refinerías de petróleo generan olores emanados de los procesos de la refinación de los diferentes tipos de combustibles. Los sulfuros, mercaptanos y compuestos de hidrocarburos están relacionados con la industria petroquímica. Los procesos de combustión y de horneado de materiales pueden generar gases de combustión que pueden llegar a ser olorosos, como los compuestos de azufre. Las actividades de levante de animales y de sus derivados, pueden ocasionar molestias de olores en las poblaciones cercanas a causa de la variedad de condiciones espaciales (dirección del viento, distancias de núcleos de población, orografía e incluso meteorología).las emisiones olorosas más problemáticas en tales explotaciones son las de ácido sulfhídrico y amoníaco. El primero se genera por condiciones de anaerobiosis por descomposición bacteriana de la materia orgánica, mientras que el segundo proviene de la eliminación del nitrógeno de los animales a través de la orina y las heces. Las industrias químicas con más problemas de generación de olores son las plantas que tienen relación con compuestos relacionados con el azufre, la producción de fertilizantes con base nitrógeno y la producción de amoniaco. Respecto a la industria del perfume, aunque se trabajen con olores agradables, que evocan momentos y estimulan los sentidos, estar expuestos durante periodos prolongados y en altas concentraciones puede ser molesto para quienes operen en este tipo de industrias. En la industria cárnica el mayor impacto ambiental que produce es la generación de aguas residuales y residuos sólidos (cebos, retazos, etc.), siendo los que más presentan problemas por malos olores. Estos olores se aumentan cuando hay prácticas pobres en la limpieza de equipos y recipientes, en los canales de drenaje, y en pozos de sedimentación, dando lugar a residuos acumulados y a producto de la descomposición orgánica INDUSTRIA RECUBRIMIENTOS Y PINTURAS Los principales olores generados en la industria de los recubrimientos y de productos basados en resinas sintéticas y plásticos, provienen de compuestos orgánicos volátiles, asociados en muchos casos con los solventes utilizados. Otras industrias como la azucarera presentan olores en los procesos de secado de la materia prima. Este olor se produce durante la caramelización donde se generan elementos orgánicos volátiles procedentes de la degradación de los azúcares. En la Tabla 2 se muestran algunos de los compuestos pertenecientes a los olores ofensivos y las industrias asociadas. 3

4 CONTAMINANTE OLOR CARACTERÍSTICO Síntesis de plásticos, pinturas, lacas, industria del caucho, Acetaldehído curtición de cuero. Ácido Butírico Industria del cuero y curtidos. Industria del papel. Amoniaco Fabricación de abonos y productos de limpieza o refrigeración. Clorofenol Fabricación de pesticidas y antisépticos. Industria del papel Fabricación de tintas, insecticidas, caucho sintético, endurecimiento de Dicloruro de azufre maderas. Agente intermediario de algunas reacciones químicas. Etil mercaptano Odorización de gas natural Etil acrilato Fabricación de resinas Estireno Fabricación de plásticos, caucho, materiales aislantes, envases, etc. Monometil amina Producción de bactericidas, insecticidas, y explosivos Metil mercaptano Industria del plástico. Precursor en la fabricación de pesticidas Nitrobenceno Fabricación de disolventes, lubricantes, aditivos en explosivos Propil mercaptano Odorización de gas natural Butil mercaptano Procesos relacionados con el azufre Sulfuro de dimetilo Procesos relacionados con el azufre. Procesos de descomposición anaeróbica de material orgánico. Sulfuro de hidrógeno Procesos anaeróbicos relacionados con el azufre Tabla 2 : Tipos de compuestos olorosos generados por diversas actividades industriales. complejidad por estar relacionado con variables muy dinámicas, que cambian con el tiempo, con las condiciones de proceso, con los tipos y estados de las materias primas y con las condiciones ambientales (temperatura, humedad, viento). Tiene influencia alta la existencia de irregularidades en los procesos y la existencia de prácticas pobres en la operación y mantenimiento de los equipos, expuestos a deterioros, escapes y fugas. 4. TECNOLOGÍAS PARA EL CONTROL DE OLORES En general se tiene conciencia de la necesidad del control de olores cuando se producen quejas ante una compañía o ante una autoridad ambiental. Tales quejas están asociadas con sensación de miedo, temor y peligro e implican riesgos importantes para la sostenibilidad de las empresas que las generan. Hay que tener en cuenta que el control de olores reviste cierta Las metodologías analíticas objetivas no alcanzan siempre a detectar los problemas de olores. Los órganos 4

5 sensoriales humanos tienen especial capacidad para ello. Se emplean paneles de olor capaces de llegar hasta muy bajos umbrales. Los sistemas de control de emisiones de sustancias olorosas trabajan con alta eficiencia para altas concentraciones, pero pierden eficiencia a bajas concentraciones, las cuales todavía pueden ser fuente de olores. Siempre que se pueda hay que evitar las emisiones desde la fuente y la concepción misma de los procesos. En la Figura 1 se muestra un criterio de selección de tecnologías de control de olores dependiendo del flujo de gases y la concentración de la sustancia. Flujo de gas (m3/h) Absorción Incineración térmica regenerativa catalítica Biolavado Adsorción Regenerativa Biofiltración 10 Adsorción no regenerativa 0 Lavadores Condensación Crio condensación Concentración (g/m ) 3 Figura 1: Guía genérica para la aplicación de las diferentes tecnologías en función del caudal y la concentración del olor (Fuente: IPPC, 2002) Para la selección de tecnologías se debe tener en cuenta: Tipo de proceso de producción y su continuidad. Legislación aplicable. Flujo de gases y su composición. Consumos de energía, agua y químicos. Contenido y tipo de sustancias olorosas y dañinas. Historial de dificultades con el proceso. Condiciones ambientales (temperatura, humedad, viento). Historial de quejas Estado del arte del control de olores y experiencia con el proceso. Localización de la planta. 5

6 4.1. ENMASCARAMIENTO Hace referencia a la introducción de otras sustancias volátiles en la atmósfera con el objetivo de modificar la percepción e intensidad final del olor. Esta estrategia de manejo de olores debe ser tomada como una medida temporal mientras se realizan modificaciones y/o se implementa un sistema de gestión de olores. La Tabla 3 presenta las ventajas y desventajas de emplear esta técnica. VENTAJAS DESVENTAJAS Baja inversión de capital Las variaciones de concentración en las emisiones no permiten que el control sea constante. Unidades de atomización portátiles de rápida instalación El olor del agente inhibidor puede ser molesto Medida a corto plazo Tabla 3: Ventajas y desventajas al usar el enmascaramiento para el control de olores TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS Estos métodos utilizan microorganismos para metabolizar y degradar sustancias olorosas. Los sistemas deben ser capaces de soportar la población de microorganismos (ambiente húmedo, oxígeno y nutrientes) y proporcionar una superficie de contacto suficiente entre la población de microorganismos y el gas oloroso. La Figura 2 muestra algunas configuraciones de tratamientos como la biofiltración y la bioabsorción. Son tratamientos para emisiones de baja intensidad. BIOFILTRACIÓN BIOABSORCIÓN Consiste típicamente en una cama de suelo Un tipo de absorbedor cuyo relleno es una (tierra), compost o turba fibrosa a través de la película microbiana que actúa como depura- cual se hace pasar el gas maloliente. dor de las moléculas orgánicas. Figura 2: Sistemas de tratamientos biológicos para el control de olores. 6

7 En la tabla 4 a continuación se puntualizan las ventajas y desventajas de los tratamientos biológicos. TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS Necesitan de grandes áreas. BIOFILTROS Pueden lograr altas eficiencias. No son adecuados para altas concentraciones de olor. Bajo costo y facilidad de instalación. Necesitan de nutrientes adicionales. Poseen problemas de mantenimiento. BIOABSORCIÓN Pueden lograr altas eficiencias. No es apto para el tratamiento de corrientes de gas con alta concentración de olor. Relativamente pequeños en comparación con los biofiltros. Puede ocurrir el desprendimiento de biomasa. Más caro de mantener que un biofiltro. Tabla 4: Ventajas y desventajas de los equipos de tratamiento biológico de olores ADSORCIÓN En este proceso, las moléculas de gas son capturadas y retenidas sobre una superficie sólida (adsorbente). Existe transferencia de masa de moléculas de gas a la interfaz gas-sólido. Algunos adsorbentes tienen preferencia por algunas especies químicas específicas, por lo tanto, los componentes olorosos se pueden eliminar de corrientes gaseosas pasando a través de una cama o un filtro de material adsorbente adecuado. En la Tabla 5 se presentan las ventajas y desventajas de esta tecnología. VENTAJAS DESVENTAJAS Alta eficiencia que depende de las especies. Altas concentraciones pueden incrementar la velocidad de saturación. El adsorbente saturado puede ser regenerado y utilizado (en aplicaciones de mayor tamaño esto es rentable). La eficiencia disminuye con la saturación. En aplicaciones pequeñas se puede hacer uso de unidades reemplazables. Costo relativamente bajo en comparación con otros. Altos costos operativos. A condiciones de alta temperatura y humedad pueden disminuir las retenciones. Necesidad de equipos auxiliares para la regeneración. Alto contenido de partículas puede obstruir la cama adsorbente. Tabla 5: Ventajas y desventajas al usar adsorción para el control de olores. 7

8 4.4. LAVADORES Implica la transferencia de masa entre un gas soluble y un disolvente liquido en un dispositivo de contacto gas/líquido. Los componentes olorosos de una corriente de gas se transfieren a una fase líquida. El agua se utiliza a menudo como agente lavador obteniendo eficiencias de remoción potencialmente altas. Para incrementar la eficiencia se pueden adicionar sustancias químicas oxidantes como lo son aldehídos y cetonas. TRATAMIENTO VENTAJAS DESVENTAJAS Puede manejar grandes volúmenes de aire. Se puede requerir una pre-dilución con aire limpio. Eficiencias altas, especialmente si se emplean sustancias químicas absorbentes. Es un proceso bastante específico y de varias etapas, incrementando costo y complejidad. Pueden trabajar con diversos procesos de separación química o física (incluyendo reacción en la interfaz líquido/vapor). Formación de sales que pueden dificultar los bombeos y dar lugar a bloqueos en las torres empacadas. Tabla 6: Ventajas y desventajas al usar lavadores para el control de olores DESTRUCCIÓN TÉRMICA En estas tecnologías hay que prestar atención a las posibilidades de recuperación de calor en varias formas: Sistemas Recuperativos: Los gases de salida del sistema de oxidación son empleados para precalentar el gas de entrada reduciendo la energía requerida. Esta técnica es empleada para bajos flujos de gas y altas concentraciones de olor. La recuperación se encuentra entre el 50 y 80%. Las técnicas de oxidación térmica se pueden utilizar para la destrucción eficaz de los compuestos olorosos. Oxidación Térmica: Es el proceso de oxidación de los gases olorosos a unas altas temperaturas en un horno, siendo productos de esta reacción CO2, H2O y NOX, se presentará SO2 si la emisión contiene azufre. Por lo general requiere temperaturas entre 650 a 800 C. Regenerativos: Los gases de salida del sistema de oxidación pasan alternadamente a través de un intercambiador cerámico para precalentar el gas de entrada y a la vez continuar con la oxidación, permitiendo así procesos de calentamiento, enfriamiento y purga en el equipo. Se emplean para altos flujos y bajas concentraciones de olor. La recuperación puede ser muy alta. Oxidación Catalítica: Realiza el mismo proceso de oxidación, pero a temperaturas más bajas, típicamente de 350 a 400 C, por lo tanto el consumo de combustible es menor. La reacción se lleva a cabo en la superficie del catalizador (platino, paladio, rodio, cromato de cobre). 8

9 En la Tabla a continuación se presentan las ventajas y desventajas de los sistemas de destrucción térmica para el control de olores. VENTAJAS DESVENTAJAS Los tamaños de los equipos tratamiento y los requerimientos de altas temperaturas pueden ser limitantes en términos de costo e inversiones. Pueden manejar altos niveles de concentración de olores. Alta eficiencia en la remoción de olores. En algunas ocasiones es necesario añadir otros combustibles. Es posible la recuperación de calor. Algunas calderas existentes pueden ser adaptadas para esta aplicación. Los catalizadores pueden sufrir de envenenamiento. Se pueden necesitar tratamientos adicionales. Tabla 5: Ventajas y desventajas al usar sistemas de destrucción térmica. En la Figura 3 se presenta un sistema de oxidación térmica y en la Figura 4 se observa un sistema de oxidación catalítico. Figura 3: Sistema de destrucción térmica. Figura 4: Sistema de oxidación catalítica. 9

10 RESEÑA DE LOS AUTORES 5. EN CONCLUSIÓN En Colombia se ha establecido una nueva y exigente legislación relacionada con el control de las emisiones de olores y de las molestias generadas. Es importante que las empresas sean conscientes de estas exigencias y desarrollen tecnologías y capacidades para controlar tales emisiones desde la fuente y aplicando las diversas técnicas disponibles. ENRIQUE POSADA RESTREPO Ingeniero mecánico, Universidad Pontificia Bolivariana, y University of Maine (Orono, Maine, USA). Master in Mechanical Engineering, University of Maine. Director de Proyectos y Asesor de proyectos especiales, INDISA S.A. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS enrique.posada@indisa.com MATEO JARAMILLO JARAMILLO 1 Norma UNE-EN "Calidad del aire. Determinación de la concentración de olor por olfatometría dinámica", España, Ingeniero químico, Universidad Pontificia Bolivariana. Ingeniero de Proyectos del grupo de Procesos, Energía y Medio Ambiente, INDISA S.A. 2 Resolución 610 de Norma de Calidad del Aire o Nivel de Inmisión, para todo el territorio nacional en condiciones de referencia, Colombia, 2010 mateo.jaramillo@indisa.com 3 Colorado Peralta, Raúl y Rivera, José María. La Química del Olor. Universidad Veracruzana, México Guía de Tecnologías Limpias en el ámbito de olores. 5 IPPC (Ley 16/2002 de prevención y control integrados de la contaminación). España 10