La emisión de olor desagradable en depuradoras de aguas residuales (EDARs) se debe principalmente al tratamiento de lodo biológico, por su concentración de materia orgánica. En este estudio, realizado por la Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) se trata el agua residual del municipio Carrión de los Céspedes (Sevilla, España), con una amplia gama de tecnologías, predominando las extensivas. El objetivo de este estudio es la evaluación simultánea de la eficacia de eliminación de materia orgánica y macronutrientes en dichas aguas, mediante distintas tecnologías de depuración, y las emisiones olorosas derivadas (olfatometría dinámica)
De las tecnologías, se encontró que la tasa de emisión de olor (OER) más significativa derivó de los sistemas de lagunaje anaerobios, facultativos y una fosa séptica. Para este estudio, se han definido dos novedosos índices que relacionan la OER con la eficacia de la eliminación de materia orgánica total (OGIC) y con la eficacia combinada de eliminación de ésta con nitrógeno (OGICN). Como resultados obtenidos, destacar los valores más elevados de OGIC y OGICN en sistemas de humedales de flujo libre y el lagunaje anaerobio, respectivamente.
Gutiérrez, M.C. 1*, Martín, M.A. 1, Ruiz-Muñoz, A. 1, Márquez, P. 1, Toledo, M. 2, Salas, J.J. 3, Siles, J.A. 1
1 Departamento de Química Inorgánica e Ingeniería Química (Área de Ingeniería Química). Facultad de Ciencias, Universidad de Córdoba. Instituto Químico para la Energía y el Medioambiente (IQUEMA). Campus de Excelencia Internacional Agroalimentario (ceiA3). Campus Universitario de Rabanales. Carretera N-IV, km 396, 14071. Córdoba, España.
2 Instituto de Procesos Sostenibles, Área de Ingeniería Química. Universidad de Valladolid. Dr. Mergelina, s/n, Valladolid, 47011, España.
3 Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA). A-49, km 28. 41820. Carrión de los Céspedes, Sevilla, España.
* mc.gutierrez@uco.es
Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.
Editor académico: Carlos N Díaz.
Calidad del contenido: Este artículo científico no ha sido revisado por pares.
Citación: Gutiérrez, M.C., Martín, M.A., Ruiz-Muñoz, A., Márquez, P., Toledo, M., Salas, J.J., Siles, J.A., 2024, TImpacto oloroso de la depuración extensiva de aguas residuales urbanas: un reto creciente, ODORA24 Conference, Barakaldo, Spain, www.olores.org.
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ISBN: pendiente
Palabras clave: Olfatometría Dinámica; tratamiento extensivo del agua residual; eficacia; índice de generación de olor (OGI), EDAR de pequeño tamaño; análisis quimiométrico
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Resumen
La emisión de olor desagradable en depuradoras de aguas residuales (EDARs) se debe principalmente al tratamiento de lodo biológico, por su concentración de materia orgánica. Adicionalmente, la superficie de emisión se incrementa en las denominadas tecnologías extensivas, aunque la cinética de degradación es más lenta. La Fundación Centro de las Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) trata el agua residual del municipio Carrión de los Céspedes (Sevilla, España) (2500 hab-eq.; 10,3 m3/h), con una amplia gama de tecnologías, predominando las extensivas. El objetivo de este estudio es la evaluación simultánea de la eficacia de eliminación de materia orgánica y macronutrientes en dichas aguas, mediante distintas tecnologías de depuración, y las emisiones olorosas derivadas (olfatometría dinámica). De las tecnologías y unidades muestreadas (15 puntos en total, 3 campañas), se encontró que la tasa de emisión de olor (OER) más significativa derivó de los sistemas de lagunaje anaerobios (>600 ouE/s), facultativos (>65 ouE/s) y una fosa séptica (>20 ouE/s). Para este estudio, se han definido dos novedosos índices que relacionan la OER con la eficacia de la eliminación de materia orgánica total (OGIC) y con la eficacia combinada de eliminación de ésta con nitrógeno (OGICN). Como resultados obtenidos, destacar los valores más elevados de OGIC (>23.000 ouE/g O2) y OGICN (>14.500 ouE/g) en sistemas de humedales de flujo libre y el lagunaje anaerobio, respectivamente. Finalmente, mediante un análisis de componentes principales se agruparon las tecnologías evaluadas, relacionando el tiempo de retención hidráulico y pH con la emisión de olor en tecnologías donde predomina la desnitrificación.
1. Introducción
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), se estima que en todo el mundo se generan alrededor de 1,8 millones de metros cúbicos de aguas residuales por segundo, destacando que una porción importante no es tratada adecuadamente y contamina los cuerpos naturales, generando efectos negativos en el medio ambiente (OMS, 2020). Las aguas residuales urbanas con aportes industriales suelen dar lugar a efluentes que contienen contaminantes como materia orgánica, nitrógeno, fósforo, metales pesados, medicamentos y contaminantes emergentes derivados de los productos domésticos, que pueden bioacumularse en ecosistemas acuáticos y cadenas alimentarias (Arlos et al., 2023). La función de las EDAR es eliminar los contaminantes para que los vertidos cumplan con la normativa vigente de vertido que marca las concentraciones, cada vez más restrictivas de los contaminantes (Padrón-Páez et al., 2020). Las características de los sistemas tecnológicos implantados en una EDAR dependen fundamentalmente del agua residual a depurar. Además, la superficie disponible, el gasto energético y el número de habitantes equivalentes (hab-eq) también son factores esenciales a considerar (Lebrero et al., 2011).
Por otro lado, la emisión de malos olores de las EDAR provoca rechazo social. La ubicación de las EDAR requiere su integración en el medio ambiente, especialmente en términos de impactos visuales y odoríferos (Huh et al., 2020). De hecho, los malos olores pueden resultar molestos y suponer un riesgo potencial para la salud humana en las zonas aledañas. Por ello, es cada vez más frecuente la implementación de tecnologías de control de olor para garantizar el confort y la calidad de vida.
En base a dichos antecedentes, el objetivo de este trabajo ha sido evaluar y comparar el impacto odorífero generado por una amplia gama de tecnologías, mayoritariamente extensivas, que tratan simultáneamente las aguas residuales procedentes de un pequeño núcleo urbano. Además, se formuló un novedoso indicador de generación de olores (OGI) considerando la tasa de emisión de olores en función de la eliminación de materia orgánica y nitrógeno en cada sistema o unidad de tratamiento. Además, un análisis estadístico multivariante de los datos experimentales permitió establecer relaciones entre una amplia gama de variables físico-químicas, olfatométricas y de operación cuantificadas a lo largo de los procesos extensivos, lo que podría ayudar a detectar las principales causas de la generación de olores.
2. Materiales y métodos
2.1 Descripción del Centro experimental CENTA
El Centro Experimental de I+D+i en Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) tiene como objetivo el desarrollo, evaluación y difusión de tecnologías apropiadas para el tratamiento de aguas residuales generadas en Carrión de los Céspedes (2500 hab-eq); 37°22′N 6°19′W; Sevilla, España). La Figura 1 muestra el diagrama de flujo de las distintas tecnologías muestreadas en el CENTA, junto con los tiempos de retención hidráulico (TRH, h) y el área superficial de emisión (m2) de cada una de ellas (acrónimos definidos en la leyenda).
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| Fig. 1. Diagrama de flujo del centro experimental CENTA: Operaciones unitarias (Tiempo de retención hidráulico (TRH) y área de emisión superficial). |
2.2 Toma de muestra, caracterización físico-química y olfatométrica. Análisis estadístico
Se tomaron muestras líquidas y gaseosas en tres campañas diferentes: 23 de septiembre, 8 de octubre y 19 de noviembre de 2022, siendo la temperatura ambiente una variable más durante el período de muestreo. Concretamente, las muestras acuosas se tomaron en: (I) Arqueta de recepción de influentes; (D) efluente de desarenado-desengrasado, una vez recibido en el pozo de bombeo; (HT) interior del tanque de homogeneización; (ALI, ALII, FL, IMH, ML y RAB) en el licor de mezcla interno; (AS) tanto en el licor de mezcla como en el efluente del decantador secundario; (BW, GW, GPW y FFW) en el influente y efluente. La caracterización fisicoquímica de las muestras líquidas se llevó a cabo acorde a la metodología propuesta por APHA (2023). El muestreo de olores se realizó siguiendo la directiva VDI 3880 (2011). La concentración de olor (OC, ouE/m3) se determinó mediante Olfatometría Dinámica (UNE-EN 13725). La velocidad especifica de emisión de olor (SOER, ouE/m2·s) y la tasa de emisión de olor (OER, ouE/s) se calcularon acorde a las ecuaciones (1) y (2), respectivamente. Además, se definieron dos novedosos índices que relacionan la OER con la eficacia de la eliminación de materia orgánica total (OGIC) y con la eficacia combinada de eliminación de ésta con nitrógeno (OGICN) calculados acorde a las ecuaciones (3) y (4), respectivamente:
| SOER (ouE/m2·s) = (OC·Qair) / A [1] | OER (ouE/s) = OC·Qair·(AT/A) [2] |
| OGIC (ouE/gO2) = OER/CODT,eliminado [3] | OGICN (ouE/g) = OER/(CODT+N-TKN)eliminado [4] |
Donde Qair es el flujo de aire (2,08·10-4 m3/s), A es el área de la campana (1 m2) y AT es la superficie (m2) de la tecnología, CODT es la demanda química total de oxígeno (g O2/s) y N-TKN el nitrógeno total Kjeldahl (g/s).
Finalmente, se realizó un Análisis de Componentes Principales (ACP) para agrupar las variables físico-química y olfatométricas evaluadas en función de las tecnologías.
3. Resultados y discusión
3.1 Resultados físico-químicos, olfatométricos y quimiométricos.
De la caracterización físico-química del influente, cabe destacar la concentración de CODT, sólidos en suspensión totales (SST), N-NTK y fósforo total (PT) con concentraciones resultantes de 720 ± 10; 238 ± 3; 279 ± 5, y 13 ± 1 mg/L, respectivamente. Respecto al pH, en la mayoría de las tecnologías fue próximo a la neutralidad, poniendo de manifiesto su capacidad tampón.
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| Fig. 2. Variación de CODs (demanda química de oxígeno soluble, mg O2/L) frente al CODT (mg O2/L) en los puntos de muestreo en el centro experimental CENTA. |
Como puede observarse en la Figura 2, se obtuvieron correlaciones entre la demanda química de oxígeno total y soluble, diferenciadas por el tipo de tecnología. Se obtuvo una relación lineal (R2 = 0,9531) entre ambas variables para un primer grupo de tecnologías con elevada eliminación de materia orgánica disuelta y proporcional a su emisión de concentración de olor (I, HT, D, IMH, FL, ML, GW, GPW, BW y FFW). Las mayores concentraciones de CODS se determinaron en las etapas de distribución y/o pretratamiento (I, D y HT), donde se produjo un aporte significativo de materia orgánica, aunque la relación CODS/CODT se mantuvo en las tecnologías extensivas posteriores. Un segundo grupo fue conformado por tecnologías caracterizadas por su elevada eficacia en la eliminación de materia orgánica disuelta y con alta concentración de sólidos (ST, AlI, ALII, RAB). Por último, la tecnología intensiva AS no se incluye en los grupos mencionados, ya que la concentración de materia orgánica total fue más elevada en el biorreactor aerobio que en el resto de las unidades analizadas, como cabía esperar al tratarse de una tecnología intensiva.
| Tabla 1. Concentración de olor (OC), tasa de emisión (OER) e índices OGIC y OGICN. |
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La Tabla 1 muestra la OC, la OER, así como los índices que permitieron relacionar la OER con la eficacia de eliminación de la materia orgánica, de manera individual (OGIC) o junto con el nitrógeno (OGICN), siendo estos dos índices esenciales para comprender cómo afectan los procesos de tratamiento de las aguas residuales a la calidad del aire y al medio ambiente circundante. Respecto a la OC, ALI, ST, I, IMH, ALII y D resultaron ser las tecnologías más malolientes, posiblemente debido a la predominancia de condiciones anóxicas del agua, con predominio de microorganismos anaerobios. Todo lo contrario, ocurrió con FL, ML y RAB en las que predomina la aireación y se minimiza la emisión de olor. Tendencias muy similares se observaron en términos de OER. Sorprendentemente, la tecnología con mayor valor de OGIC resultó ser FFW, aunque si se considera también la eliminación de nitrógeno total (OGICN), la FFW alcanzó la segunda posición (siendo los valores determinados de materia carbonosa y nitrogenada eliminada los más bajos entre las tecnologías de tratamiento de aguas residuales objeto de estudio). Finalmente, al PCA permitió agrupar las tecnologías en función de las variables físico-química y odoríferas evaluadas.
4. Conclusiones
Las tecnologías de tratamiento extensivo de aguas residuales evaluadas en CENTA alcanzaron una elevada eficacia en la eliminación de materia orgánica y nitrógeno cuando se combinan en serie y paralelo. En conjunto, AS genera menos emisión de olor, aunque suele requerir la gestión posterior de grandes volúmenes de lodos biológicos con un marcado impacto odorífero. Se han definido nuevos indicadores de olor (OGI) para comparar las tecnologías evaluadas, lo cual tiene una gran relevancia para la salud pública, el cumplimiento de la normativa, la eficacia del tratamiento y la sostenibilidad medioambiental. Además, el PCA fue crucial para establecer relaciones entre las variables significativas habituales implicadas en la emisión de olores, como el pH, la materia orgánica disuelta en las aguas residuales y/o el contenido de nitrógeno.
5. Referencias
APHA, Standard Methods for the Examination of Waters and Wastewaters, 2023. 24th edition. Washington, DC, USA.
Arlos M.J., Arnold V.I., Bumagat J.S., Zhou J., Cereno K.M., Deas A., Dai K., Ruecker N.J., Munkittrick K.R., 2023. Combining chemical, bioanalytical and predictive tools to assess persistence, seasonality, and sporadic releases of organic micropollutants within the urban water cycle, Water Res. 244, 120-454.
Huh S.Y., Shin J., Ryu J., 2020. Expand, relocate, or underground? Social acceptance of upgrading wastewater treatment plants, Environ. Sci. Pollut. Res. 27, 45618–45628.
Lebrero R., Bouchy L., Stuetz R., Muñoz R., 2011. Odor Assessment and Management in Wastewater Treatment Plants: A Review, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 41, 915–950.
Padrón-Páez J.I., Almaraz S.D.L., Román-Martínez A., 2020. Sustainable wastewater treatment plants design through multiobjective optimization, Comput. Chem. Eng. 140, 106850.
VDI guideline 3880, 2011. Olfactometry – Static Sampling. Beuth Verlag GmbH, Berlin, pp. 10772.
World Health Organization, 2020. Guidelines for safe use of urban runoff in agriculture and landscapes.