Análisis y modelización de la dispersión de olores producidos en una estación depuradora de aguas residuales en Oliva (Valencia)

Abstract

[EN] Wastewater treatment plants (WWTPs) play a fundamental role in the protection of the aquatic environment. These facilities prevent organic matter, nutrients and other pollutants from reaching natural aquatic ecosystems. However, when located in the proximity of residential areas, they can produce odor and noise nuisance. This is the case of the WWTP Camping San Fernando in Oliva, Spain, which led to complaints. As for the odors, in the context of sewage treatment they usually originate from the anaerobic decomposition of organic compounds, which in presence of sulfate results in hydrogen sulfide (H2S). Due to the low solubility of H2S in wastewater, it is released into the atmosphere, producing a strong unpleasant smell. In this study, the main goal is to resolve through scientific methods whether or not perceptible H2S concentrations can occur in the residential area in question by the odorant emissions of the mentioned WWTP. In order to tackle the problem, two measurement campaigns were carried out covering around 220 days in total. By means of a thorough data analysis of the essential variables involved, such as wind speed, wind direction and the H2S concentrations in its role as the central pollutant, it could be shown via contrasting annual, monthly and daily patterns, that the probability to be affected for these residential areas is the highest from June to August between 7 p.m. and 7 a.m., i.e. from evening until morning. Moreover, the daily concentration patterns also fit to this conclusion. In order to substantiate it, dynamic olfactometry measurements were conducted by two expert panelists in addition to the employment of the AERMOD model. With this conservative Gaussian dispersion model, it was possible to determine under which conditions H2S concentrations above the perception threshold of 0.00047 parts per million (ppm) can occur at the residential dwellings. The most realistic scenario suggests that no perceptible concentrations occurred during any of the studied periods. However, the worst case scenario, which assumed constantly high volume outflows of the WWTP, showed that it is indeed possible to perceive odors at the dwellings. With the on-site olfactometry measurements, it could be confirmed that the wind direction is the deciding factor whether or not an odor can be noticed at a specific place. Different locations of interest on the WWTP site and at the boundary to the dwellings yielded no perceptible odors during the olfactometry measurement times. Finally, concerning the modeling results, all the scenarios tested confirmed that the concentrations remain significantly below values hazardous to health at all places of interest, both for the WWTP staff and the local residents. The recommended 15-minute average exposure limit for H2S is 10 ppm, whereas the maxima from the model output next to the emission source remained below 1 ppm.

[CA] Les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) juguen un paper fonamental en la protecció del medi ambient aquàtic. Aquestes instal·lacions eviten que contaminants arriben als ecosistemes de l'aigua natural. No obstant això, quan es troben prop d'habitatges, poden produir olors molestes, sent el cas de l'EDAR Càmping Sant Ferran a Oliva, Espanya. En el context del tractament d'aigües residuals, s'originen olors a partir de la descomposició anaeròbica de compostos que, en presència de sulfat, resulten en sulfur d'hidrogen (H2S) produint una forta olor desagradable. En aquest estudi, l'objectiu principal és abordar d'una forma sistemàtica el modelatge de la distribució de les concentracions d'olor perceptibles en les proximitats del punt generador d'olor causades per H2S de l'EDAR esmentada. Més concretament, determinar la possibilitat d'afeccions en l'àrea residencial pròxima a la depuradora citada. Per a abordar el problema, es van dur a terme dues campanyes de mesurament intensives, cobrint al voltant de 220 dies en total. Mitjançant una anàlisi de les variables essencials involucrades, com la velocitat del vent, la direcció del vent i les concentracions d'H2S en el seu paper de contaminant central, es va poder demostrar a través de contrast de patrons anuals, mensuals i diaris, que la probabilitat que aquestes àrees residencials es vegen afectades és la més alta des de juny a agost entre les 7 p. m. i 7 a. m., és a dir, des de la vesprada fins al matí. A més, els patrons diaris de concentració també s'ajusten a aquesta conclusió. Per a justificar-ho, es van realitzar mesuraments d'olfactometria dinàmica per dos experts, a més de l'ús del model matemàtic AERMOD. Amb aquest model gaussià conservador de dispersió, va ser possible determinar en quines condicions les concentracions d'H2S poden tindre lloc per damunt del llindar de percepció [0.00047 ppm] prop d'aquests habitatges residencials. L'escenari més realista suggereix que no hi ha concentracions perceptibles durant qualsevol dels períodes estudiats. No obstant això, en l'escenari worst-case, que va assumir eixides constants de flux de l'EDAR amb un alt volum, va mostrar que realment és possible percebre olors en els habitatges. Amb els mesuraments d'olfactometria in situ, es va poder verificar que l'adreça del vent és el factor decisiu per a detectar o no una olor en un lloc específic. Diferents llocs d'interés tant en el recinte de l'EDAR com en el límit dels habitatges no van donar lloc a cap percepció d'olors durant els temps de mesurament d'olfactometria. Finalment, respecte als resultats de la modelització, tots els escenaris provats van confirmar que les concentracions romanen significativament per davall dels valors perillosos per a salut en tots els llocs d'interés, tant per al personal de l'EDAR com per als residents locals.

[ES] Las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) juegan un papel fundamental en la protección del medio ambiente acuático. Estas instalaciones evitan que contaminantes lleguen a los ecosistemas del agua natural. Sin embargo, cuando se encuentran cerca de viviendas, pueden producir olores molestos, siendo el caso de la EDAR Camping San Fernando en Oliva, España. En el contexto del tratamiento de aguas residuales, se originan olores a partir de la descomposición anaeróbica de compuestos que, en presencia de sulfato, resultan en sulfuro de hidrógeno (H2S) produciendo un fuerte olor desagradable. En este estudio, el objetivo principal es abordar de una forma sistemática la modelación de la distribución de las concentraciones de olor perceptibles en las proximidades del punto generador de olor causadas por H2S de la EDAR mencionada. Más concretamente, determinar la posibilidad de afecciones en el área residencial próxima a la depuradora citada. Para abordar el problema, se llevaron a cabo dos campañas de medición intensivas, cubriendo alrededor de 220 días en total. Mediante un análisis de las variables esenciales involucradas, como la velocidad del viento, la dirección del viento y las concentraciones de H2S en su papel de contaminante central, se pudo demostrar a través de contraste de patrones anuales, mensuales y diarios, que la probabilidad de que estas áreas residenciales se vean afectadas es la más alta desde junio a agosto entre las 7 p.m. y 7 a.m., es decir, desde la tarde hasta la mañana. Además, los patrones diarios de concentración también se ajustan a esta conclusión. Para justificarlo, se realizaron mediciones de olfatometría dinámica por dos expertos, además del empleo del modelo matemático AERMOD. Con este modelo gaussiano conservador de dispersión, fue posible determinar en qué condiciones las concentraciones de H2S pueden tener lugar por encima del umbral de percepción [0.00047 ppm] cerca de dichas viviendas residenciales. El escenario más realista sugiere que no hay concentraciones perceptibles durante cualquiera de los períodos estudiados. Sin embargo, en el escenario worst-case, que asumió salidas constantes de flujo de la EDAR con un alto volumen, mostró que realmente es posible percibir olores en las viviendas. Con las mediciones de olfatometría in situ, se pudo verificar que la dirección del viento es el factor decisivo para detectar o no un olor en un lugar específico. Diferentes lugares de interés tanto en el recinto de la EDAR como en el límite de las viviendas no dieron lugar a percepción alguna de olores durante los tiempos de medición de olfatometría. Finalmente, con respecto a los resultados de la modelización, todos los escenarios probados confirmaron que las concentraciones permanecen significativamente por debajo de los valores peligrosos para salud en todos los lugares de interés, tanto para el personal de la EDAR como para los residentes locales.