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Producción y Control de Malos Olores en Granjas

27/06/2007

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El Fondo Social Europeo contribuye al desarrollo del empleo, impulsando la empleabilidad, el espíritu de empresa, la adaptabilidad, la igualdad de oportunidades y la inversión en recursos humanos

CÓDIGO ACCIÓN:Sj02

TÍTULO DE LA ACCIÓN:Tecnologías Limpias de Desodorización

TÍTULO DE LA PONENCIA:

ACCIONES GRATUITAS para trabajadores activos de PYMES y profesionales autónomos relacionados con el sector medioambiental quedesarrollen su actividad en la Comunitat Valenciana

Acciones cofinanciadas por el Fondo Social Europeo en un 70% (para Objetivo 1) y por la Fundación Biodiversidad, en el marco de los Programas Operativos de "Iniciativa Empresarial y Formación Continua" 2006-2007

TÍTULO DE LA PONENCIA:Producción y Control de Malos Olores en Granjas

AUTOR:Antonio G. Torres Salvador / Salvador Calvet Sanz

FECHA:27/06/2007


Contenidos1. Introducción y contexto

2. El olor producido en las granjas

3. La medida del olor en granjas




4. El olfatómetro de campo: ventajas e inconvenientes

5. Ejemplos prácticos

6. Reducción de las molestias por malos olores

7. Discusión











7. Discusión


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1. Introducción y Contexto

•Debido al propio proceso productivo•En un proceso biológico•Que depende de las condiciones ambientales

Las granjas son actividades generadoras de olores



Los olores son la principal fuente de molestias

Los olores son la principal causa de quejasAún así, los olores no ocasionan ningún impacto ambiental

Esta cuestión debe abordarse en la gestión ambiental de las granjas


No existe ninguna ley que lo regule

Ejemplo 1:Quejas por parte de un vecino





“En las zonas residenciales de afección, el percentil 98 de

Ejemplo 2:Concesión de Autorización Ambiental Integrada




las medias horarias a lo largo de un año no podrá superar 5 unidades de olor, de acuerdo con la norma UNE-EN 13725”


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Ejemplo 3: Proceso olfativo


“cuando las moléculas olorosas se inhalan, se unen a proteínas receptoras específicas

que se extienden desde los cilios de las neuronas sensoras en el epitelio olfativo, en



¿Cómo medir algo que es completamente subjetivo, como es el caso de las molestias?

la zona superior de la nariz. Esta unión molécula-receptor ocasiona una señal

eléctrica hacia el cerebro, donde se transforma en una sensación de olor”


Ejemplo 4:Se está proyectando la construcción de una nueva granja en un entorno rural…




¿Cómo puede el ingeniero proyectista abordar el impacto por malos olores de una manera fiable y económica?


Situación actual:Realización de una primera aproximación científica a la generación de malos olores producidos en granjas y análisis de su dispersión




su dispersión

Dentro de un convenio de colaboración entre la Conselleria de Territorio y Vivienda y la Universidad Politécnica de Valencia


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7. Discusión


Composición muy variada


Ácidos Alcoholes AldehidosÁcido acético 2-butanol Acetaldehido

Ác propiónico 1-pentanol 3-metilbutanal

Schiffman et al., 2001



Ác. propiónico 1 pentanol 3 metilbutanal

Ác. n-butírico 3-octanol Pentanal

Ác. isobutírico 1-dodecanol 2-propenal

Ác. n-valérico Propilenglicol Cis-2-butenal

Ác. Isovalérico Furfuril alcohol Valeraldehido

Ác. 2-metil butanoico 1-decanol Octaldehído

Ác. n-caproico 2-metoxietanol 2-furaldehido


Composición


Amidas Aminas Aromáticos

Acetamida Trimetilamina Benceno

Isobutiramida N-propilamina Tolueno

Schiffman et al., 2001



Isobutiramida N-propilamina Tolueno

N,N-dimetilbenzamida Amilamina O-xileno

Anilina P-xileno

Además: ésteres, gases sencillos, hidrocarburos halogenados, hidrocarbonos, cetonas, nitrilos, fenoles, compuestos sulfurados, esteroides, etc… hasta más de 300 sustancias!!


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Origen: Relativa ineficiencia en el uso de las materias primas


Tejidos 35-40%

30 3 %



IngestiónExcreción

Atmósfera

Suelo

Agua

100%

60-65%

30-35%

30-35%



Glúcidos

Aminoácidos

Ácidos grasos volátilesfermentación

desaminacióndescarboxilación

Ácidos grasos volátilesCompuestos fenólicos (tirosina, triptófano)



Alimentación ExcreciónDigestión

Microorganismos

Volatilización

descarboxilación p ( , p )NH3 (urea, ácido úrico)SH2, otros sulfurados (metionina y cisteína)

Microorganismos

Roderick et al., 2005


Origen


Aplicación en

Manejo de purín 20%

Animales muertos 5%

• Animales



Aplicación en suelo 40%

Alojamientos 35% (Chapin et al., 1993)

• Animales

• Piensos

• Estiércoles


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La molestia


Es debida a la percepción de las sustancias volátiles como desagradables

Se puede describir con estos parámetros:



1. Frecuencia con que aparece el mal olor2. Intensidad3. Duración4. Ofensividad (carácter del olor)

Se puede describir con estos parámetros:

Depende de muchas circunstanciasSubjetividad del receptor, humedad del aire, hora del día, etc.



Frecuencia

+ importanteImportancia



Intensidad

Duración

Ofensa- importante

(St. Croix Sensory, 2005)



Intensidad percibidaLa intensidad con la que las personas perciben el olor no es proporcional a la concentración

de olor existente



Concentración (OU/m3)

Además, la intensidad percibida desciende con el tiempo de

exposición al olor debido a la habituación

I = k·Log C + b

La “Unidad de olor” (OU) es la unidad de medida de los olores


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El carácter es la descripción que se le da a un olor, permitiéndolo diferenciar de otros (aromas).

(St. Croix Sensory, 2005)



Nos permite diferenciar olores agradables y desagradables

Existen diferentes descriptores del olor: formas de definir el carácter

del olor de forma objetiva.


Molestias ocasionadas por los olores de granjas


• Es percibida como muy significativa por la población receptora:Reduce la calidad del medio ruralAfecta a su bienestar de forma negativa



Características de las molestias producidas en granjas•Son frecuentes•Son periódicas, muchas veces de forma diaria•La población receptora (y por tanto las quejas) varía con el tiempo•La intensidad suele ser baja por las distancias de separación

• No es percibida como tal por los trabajadores del sectorLas granjas huelen, pero no necesariamente molestan



Fase Gestión purín Ventilación Emisión de olor

Gestación

Fosa profunda Mecánica 3-20 OU/m2s

Fosa profunda Mecánica 2,3 OU/m2s

A b d M á i 3 6 OU/ 2

Zhang et al., 2002

Cerdos



Arrobadera Mecánica 3,6 OU/m2s

Fosa superficial Mecánica 6-18 OU/m2s

Maternidad


Arrobadera Mecánica 0,4-1,3 OU/m2s

Arrobadera Natural 5,6-4,4 OU/m2s



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Fase Gestión purín Ventilación Emisión de olor

Transición


Arrobadera Ambas 8,7 OU/m2s

F fi i l M á i 7 50 OU/ 2

Zhang et al., 2002

Cerdos




Cebo




Cama profunda Natural 7-42 OU/m2s

Arrobadera Natural 1,3-45 OU/m2s


2. El olor producido en las granjasJacobson et al., 2005

Orientación prod. Tipo de alojamiento Emisión de olor

Bovino

Carne Solera de hormigón 4,42 OU/m2s

Leche Fosa profunda o enrejillado 70 OU/m2s

V d 25 OU/ 2



Vacas atadas 25 OU/m2s

Solera de hormigón abierta 40 OU/m2s

Aves

Gallinas ponedoras Fosa, Limpieza anual 105 OU/m2s

Fosa, limpieza semanal 35 OU/m2s

Pollos Cama sobre suelo 16 OU/m2s

Pavos Cama sobre suelo 11 OU/m2s


Modelos de Dispersión


Aproximación Euleriana



x

y

z

-y

z

y

Aproximación Lagrangiana


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La dispersión: Modelo de dispersión gaussiano


( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−−= 2

2

2

2

22exp

2,,

zyzy

zyU

GzyxCσσσσπ (Smith, 1993)



x

y

z

-y

z

yCausa C: Concentración

Factores G: Tasa de emisiónUx: Velocidad del vientoσy, σz: Coef. de dispersiónx, y, z: Coordenadas relat.

( , )


La dispersión:


Modelo gaussiano



Causa C: Concentración

Factores G: Tasa de emisiónUx: Velocidad del vientoσy: Coef. de dispersiónx, y,: Coordenadas relat.

gaplicado a granjas (mediante simplificación)

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 2

2

2exp,

yzy

yU

GyxCσσσπ

(Smith, 1993)


La dispersión: modelos


ISC3 (Industrial Source Complex)

CALPUFF



AERMOD

CALMET

PLUMEPLUS

AUSPLUME

AUSTAL2000


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La dispersión: modelos


Requerimientos de los modelos de dispersión

Datos de emisión (OU s-1)

f ó ó



Información meteorológica: series largas y detalladas

•Dirección y velocidad del viento

•Estabilidad atmosféricaTopografía: modelos digitales de

elevación del terreno


La dispersión: modelos de dispersión


Dificultades de aplicación

Datos de emisión: son muy complicados de evaluar:



•Tienen gran variabilidad temporal (viento, temperatura, actividad animal)

•Aplicar factores de emisión es muchas veces una buena solución

Información meteorológica detallada y completa

•Muchas veces no existe esa información, o es cara comprarla

Topografía: modelos digitales de elevación del terreno


2. El olor producido en las granjasLimitaciones en su aplicación

Los modelos suelen considerar sólo un estado estacionario.

Hipótesis simplificativas para resolver las ecuaciones del modelo



Es difícil evaluar la turbulencia atmosférica y la rugosidad del suelo.

Una parte importante del olor está ligado a partículas materiales.

Las fuentes emisoras en ganadería son superficiales, no puntuales

• Es difícil caracterizar las fuentes emisoras, porque son complejas

• Los modelos de dispersión se vuelven más complicados


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La dispersión: modelos de dispersión aplicados a granjas


En definitiva

Los modelos de dispersión pueden ser herramientas muy útiles para



predecir niveles de molestias en granjas (actuales o futuras)

Hace falta información meteorológica para su correcta utilización

Hay que conocer sus limitaciones para aplicarlos correctamente

El modelo debe ser contrastado mediante medición de las concentraciones de inmisión.











7. Discusión


3. Posibles soluciones para la medida del olor

Análisis químico de los componentes

“cómo tratar de manera objetiva un problema subjetivo”

¿Medimos sustancias, sensaciones o efectos?



“Narices electrónicas”

Olfatometríaq p

Diarios de olor

Seguimiento de campo

¿Cuáles son aplicables a la medición en granjas?


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• Análisis químico de los componentes: Schiffman et al., 2001



Análisis en laboratorio mediante cromatografía de gases

¿Componente = Olor?¿Olor asociado a partículas?


• Olfatometría:

Se basa en la Norma UNE-EN 13725

Ventajas:• Es la única técnica normalizada• Garantiza la calidad de los resultados



• Muy adecuado para medir emisiones

Inconvenientes:• No es adecuada al tipo de olor (está muy asociado a partículas)• No es adecuado (por sí solo) para evaluar molestias• No es en principio adecuado para medir olores en inmisión• Sólo determina UNO de los parámetros implicados en las molestias• Coste ¿?


• Seguimiento de campo:

Hacer seguimiento del mal olor directamente en campo

Se utilizan personas



Se ut a pe so asentrenadas para tal fin

Es un método efectivo pero costoso


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• Narices electrónicas:

• Son receptores sensibles a diferentes compuestos químicos



• Suelen integrarse sensores de varios compuestos para obtener una respuesta conjunta

• Ofrecen una respuesta continua• Hay que buscar correspondencia

entre lectura y nivel de olorPan y Yang, 2007


• Diarios de olor:

• Frecuencia de ocurrencia• Intensidad• Duración

Permiten determinar:



Duración• Carácter

Es muy cercano a la realidad

Es costoso en tiempo

Requiere colaboración











7. Discusión


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4. El olfatómetro de campo St. Croix Sensory, Ltd.www.fivesenses.com

Antecedentes



Olfatometría dinámica “Aromámetro” (scentometer)


4. El olfatómetro de campo

Descripción

Es un instrumento organoléptico nasal que cuantificadirectamente la intensidad del olor ambiental empleandoel principio operativo de mezclar volúmenes discretos del



el principio operativo de mezclar volúmenes discretos delolor ambiental con aire limpio (filtrado) en proporcionespredeterminadas que se denominan “Dilución hasta elumbral” (D/T)

El “sensor” de medición es la nariz humana






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7

30

30

4 15/03/2006 12:15-13:15

SW-SSW 18 oC

2,6 m/s 53% HR 986 hPa

GE +


Planta de compostaje



<2

15

15

7

7

<2

60

60



Ventajas

• Medidas fáciles• Directas en el campo

Método robusto



• Método robusto• En un método estandarizado• Mantenimiento sencillo• Repuestos baratos• Relativo bajo coste



Inconvenientes

• Resolución en la medición• Dependencia del olfateador

Pérdida de calibración con el tiempo



• Pérdida de calibración con el tiempo• Posibilidad de fallos en el equipo• Fatiga del olfateador• No es adecuado para medir emisión


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UtilidadNo es adecuado para medir en emisiónNo es adecuado para medir elevados niveles de olorNo es adecuado para la determinación precisa de olor



No es adecuado para la determinación precisa de olor

Es adecuado para determinar niveles de inmisión de olorEs útil para la validación de modelos de dispersiónEs válido para evaluar la eficiencia de medidas correctoras

Es adecuado para evaluar los olores producidos en granjasDebe ir acompañado de otro tipo de mediciones











7. Discusión


Granja de cerdos de cebo y maternidad (provincia de Valencia)

Emisión de malos olores:Alojamientos (por cerda) 35,3 OU/plaza s (Verdoes y Ogink, 1997)Tratam. estiércol primario 23,3 OU/m2 s (Gay et al., 2003)

Ejemplo 1: modelización de la dispersión



secundario 7,1 OU/m2 s (Gay et al., 2003)

Datos de la granja:800 cerdas reproductorasTratamiento primario: 200 m2

Tratamiento secundario: 1300 m2

Datos meteorológicos (viento)


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Rosa de los Vientos (frecuencias)

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00N

NNE

NE

ENEWNW

NW

NNW

Velocidad del Viento (m/s)

0,5

1,0

1,5

2,0N

NNE

NE

ENEWNW

NW

NNW



0,00

2,00

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W 0,0

0,5

E

ESE

SE

SSES

SSW

SW

WSW

W

Calma = 56,6%


Hoja EXCEL:Desarrollo del modelo en cuadrícula de 4 x 4 Km y separación 25 m.

Cálculo de la concentración instantánea en cada punto

Cálculo de la frecuencia de ocurrencia de los malos olores en cada punto



p

GIS (ESRI ® ArcMapTM 9.1.)Representación de la malla calculadaInterpolación (Krigging ordinario)

Estellés et al., 2006


Campo de concentraciones




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Zonas de afección




Problema:¿Cómo puedo demostrar que la salida del modelo es aceptable?

E i lid l d l



Es necesario validar el modelo


Ejemplo 2a: Medición de olores de granja de cerdos

1

1

01

1

14 2

1

4

2,83

1,41

10 25



1

1

0

0

10

1

0

1

12

1

1

7 1,4110,25


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Ejemplo 2b: Medición de olores de granja de cerdos




Ejemplo 3: Olores en aplicación de purín a campo

4

2

1

27

1

15



712,83

10,25

21,2142,43

42,43


Ejemplo 4: Olores de una granja de conejos




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7. Discusión


6. Reducción de la molestia por mal olor

• Técnicas preventivas: Evitar que se produzca mal olorEvitar que llegue a la población



• Técnicas correctoras: AditivosCoberturas del estiércolLimpieza del aire sucio


• Técnicas preventivas:

2G ⎛ ⎞

Aumentar la distancia entre emisor y receptor

Reducir la emisiónLimpieza de la granja

Alimentación adecuadaTratamiento del estiércol



( )2

2, exp2y z y

G yC x yUπ σ σ σ

⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠

Elegir días con mayor velocidad de viento, y con

dirección más favorable

Inestabilidad atmosféricaPantallas cortavientosElegir Días inestables


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• Técnicas preventivas:a) Distancia entre emisor y receptor

bNaD ×=



Reproducido de Piringer y Schauberger (1999)

a, b: coeficientesN: Número de animales


• Técnicas preventivas:b) Reducción preventiva de la emisión de olor

1. Mediante la alimentación




• Técnicas preventivas:b) Reducción preventiva de la emisión de olor

1. Mediante la alimentación

2. Mediante la limpieza general de la granja



3. Mediante sistemas adecuados de gestión del estiércol

4. Aplicación a campo enterrando el purín

Son medidas que en general reducen otras formas de contaminación atmosférica (amoniaco, gases efecto invernadero, contaminación biológica, etc.)


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• Técnicas preventivas:c) Condiciones de dispersión en la atmósfera

No se puede variar las condiciones atmosféricas de un día,

… pero…



Son hábitos de trabajo de sentido común

Se puede seleccionar (en la medida de lo posible) el día y la hora en que se realizan las labores que más olores producen, que son las relacionadas con la gestión del estiércol.


• Técnicas correctoras: Aditivos

• Aditivos digestivos: Derivados de yuca, zeolitas y otros adsorbentes• Desinfectantes, que reducen la actividad microbiológica• Agentes oxidantes: permanganato potásico, agua oxigenada, ozono• Aditivos del estiércol:



• Agentes adsorbentes: zeolitas, clinoptilolita y otros aditivos• Agentes inhibidores de la actividad ureasa• Ácidos fuertes o débiles• Carbón activo• Agentes enmascarantes

McCory y Hobbs, 2001


• Técnicas correctoras: Aditivos

En general, su uso no está muy extendido en nuestro país

Su eficacia está demostrada, aunque está en parte oscurecida por secreto profesional.



Su coste es en general elevado, y por tanto se usa poco

Estas medidas contribuyen a evitar que se emitan otros gases a la atmósfera

Tienen efecto directo (aumenta el índice de transformación de los animales) y también indirecto (evitan que se emita lo que los animales no pueden aprovechar)


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• Técnicas correctoras: Cubiertas para estiércoles

Cubiertas naturales:• Paja• Costras naturales

d l í f

Consiste en cubrir los almacenes de purines y estiércoles, utilizando



• Tierras de granulometría fina

Cubiertas artificiales:• Polietileno• Obra• Poliestireno• Espumas

Funk et al., 2004; Hörnig et al., 1999….


• Técnicas correctoras: Biofiltros

• Consiste en hacer pasar el aire sucio a través de un sustrato orgánico humedecido

• Las sustancias olorosas son



absorbidas y oxidadas o descompuestas por los diferentes microorganismos

• Pueden ser técnicamente adecuados en granjas porque los olores:• Son componentes solubles en agua• Son componentes degradables biológicamente

Fuente: KTBL, 2006


• BiofiltrosDimensionamiento < 250 m3

aire/(m2biofiltro h)

Espesor del biofiltro 0,5 – 1,4 m

Necesidades de agua 0,1 – 2 L/(m2 h)

Pérdida de carga > 30 Pa (hasta 150 Pa)

Parámetros de Funcionamiento



Vida útil 2 – 6 años

Efectividad 70 – 90 % (olores y polvo)

Inconvenientes técnicos• Acumula nutrientes (N), afectando a los microorganismos• El pH se altera (baja) con el tiempo• Pueden crecer otros microorganismos (algas)• Dependencia de la temperatura (evitar temperaturas extremas)

Fuente: KTBL, 2006


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• Biofiltros

En la prácticaLimpieza en 3 pasos:

Agua

Aire sucioAire limpio



COSTES €/1000m3/año €/plaza/año €/animal/año

Inversión 70 6 2,20

Funcionamiento 115 9,50 3,50

Total 185 15,5 5,70

Fuente: KTBL, 2006 A la balsa de purín

AguaÁcido

Almacenamiento adecuado


• Biofiltros

• En general, no es una MTD en granjas, en nuestras condiciones

• Cuestiones económicas• Cuestiones técnicas



• No hay que descartarla como posible técnica en ocasiones donde sea necesario

• Acompañada de otras técnicas (lavado de agua con agua y ácido) incrementa su efectividad


• Medidas correctoras: EfectividadLocalización Medida correctora Reducción Coste Aplicabil.

Alojamientos Biofiltros 90% €€€ Baja

Almacenamiento Cubierta geotextil 50% €€ Media

Cubiertas naturales 5 cm 50% € Baja



(según espesor) 10 cm 60% € Baja

15 cm 70% € Baja

20 cm 80% € Baja

Cubierta impermeable 90% €€ Media

Aplicación purín Enterrar el purín 70% € Alta

Fuente: Jacobson et al., 2005


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7. Discusión


7. Discusión




Referencias bibliográficas

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