ACS IOL 109 PRODUCTO 3 CONTRATO No....
Transcript of ACS IOL 109 PRODUCTO 3 CONTRATO No....
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 1 de 63
ACS IOL 109
Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno en la Zona de Influencia de la PTAR El Salitre
PRODUCTO 3 CONTRATO No. 2-02-26100-0159-2010
“REALIZAR EL LEVANTAMIENTO DE LA LINEA BASE AMBIENTAL DE CALIDAD DEL AIRE EN LA PTAR SALITRE PARA LAS
UNIDADES DE TRATAMIENTO EXISTENTES Y LAS PROYECTADAS PARA SU AMPLIACIÓN A 8 m3/s Y
TRATAMIENTO SECUNDARIO”.
BBooggoottáá DD..CC.. NNoovviieemmbbrree ddee 22001100
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 2 de 63
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 5
2. OBJETIVOS ............................................................................................................................. 6
2.1. GENERAL ................................................................................................................................. 6 2.2. ESPECÍFICOS .......................................................................................................................... 6
3. MODELAMIENTO DE DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES ................................................ 7
3.1. CARACTERÍSTICAS DE LA MODELACIÓN EMPLEADA .................................................... 12 3.1.1. ECUACIONES BÁSICAS ................................................................................................ 13 3.1.1.1. HIPÓTESIS DE BASE CONSIDERADAS EN LOS ALGORITMOS DE CÁLCULO. ................................................................................................................ 19 3.1.2. OPCIONES DE DISPERSIÓN. ....................................................................................... 20 3.1.3. SALIDAS DE MODELO .................................................................................................. 21 3.1.4. TIEMPOS DE PONDERACIÓN Y OPCIONES DEL TERRENO .................................... 22 3.1.5 . RECEPTORES ............................................................................................................ 24 3.1.6. MALLA CARTESIANA UNIFORME. ............................................................................... 25 3.2. DEPOSICIÓN ......................................................................................................................... 26 3.3. DATOS METEOROLÓGICOS. ............................................................................................... 27 3.3.1. DATOS PARA LA ESTIMACIÓN CON DEPOSICIÓN SECA Y HÚMEDA. ................... 29
4. INFORMACIÓN DE LAS FUENTES Y EMISIÓN DE OLORES ............................................ 37
5. RESULTADOS Y ANALISIS .................................................................................................. 46
5.1. GENERAL ............................................................................................................................... 46 5.2. DISPERSIÓN DE OLORES ................................................................................................... 47
6. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 58
7. RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 60
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 61
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 3 de 63
LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1 PLANCHAS DE ISOPLETAS ............................................................ 4 PLANOS.
ANEXO 2 REPORTE DE SALIDA ISC-AERMOD .................................................. 10 PÁG.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 4 de 63
ESTADO DE REVISIÓN Y APROBACIÓN
Título Documento: Informe de calibración e implementación del modelo de dispersión de sulfuro de hidrógeno para la PTAR el Salitre y su zona de influencia.
Codificación ACS IOL 109
N ú m e r o d e R e v i s i ó n 4
Elaboración Nombre
I.Q. Juan Carlos Mendoza. I.Q. Diego Mauricio Alea Poveda
Firma
Revisó y aprobó: Nombre: Ing. Alexander Zúñiga
Firma:
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 5 de 63
1. INTRODUCCIÓN
Con el fin de complementar el análisis de los resultados del monitoreo realizado entre el
16 de Marzo y el 04 de Abril del 2010 para el monitoreo en las unidades existentes; y del
02 al 13 de Abril del 2010 para el monitoreo en los predios donde se realizará la
ampliación de la PTAR El Salitre relacionados con el Producto 2 (Informe ACS IOL 108)1
del presente contrato, se realizaron modelos de dispersión de sulfuro de hidrógeno (H2S).
En el presente informe se presentan las observaciones correspondientes al
comportamiento de olores provenientes de las unidades existentes, estimando el área de
influencia de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre (PTAR El Salitre) y
tomando en cuenta la línea base ambiental del predio donde se realizará la ampliación de
la planta.
En el presente informe se encuentra una breve descripción técnica de la metodología
empleada para la evaluación del comportamiento de dispersión del sulfuro de hidrógeno
en la PTAR El Salitre con base en los resultados de emisión presentados en el Producto 2
(Informe ACS IOL 108) del presente contrato.
La dispersión de concentración de olores fue calculada mediante el software ISC-
AERMOD VIEW, un modelo de dispersión Gaussiano. El modelamiento se llevó a cabo en
tres escenarios con el fin de evaluar el comportamiento del sulfuro de hidrógeno en
condiciones de tiempo seco, en condiciones húmedas y en condiciones promedio
generales con el fin de observar su comportamiento sobre el área de influencia.
Adicionalmente, este informe describe la metodología aplicada, los recursos utilizados, los
resultados del modelamiento de dispersión, conclusiones y recomendaciones pertinentes.
1 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DEL MONITOREO DE OLORES
EN LA PTAR EL SALITRE. Producto 2 Informe (ACS IOL 108). Contrato No 2-02-26100-0159-2010.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 6 de 63
2. OBJETIVOS
2.1. GENERAL
Realizar la calibración del modelo de dispersión con base en los datos
experimentales encontrados en la zona de estudio, y determinar los mapas de
dispersión de contaminantes para el parámetro sulfuro de hidrógeno (H2S).
2.2. ESPECÍFICOS
Estimar el comportamiento del sulfuro de hidrógeno generado por la operación de la
PTAR El Salitre sobre el área de influencia a través de la dispersión de los
contaminantes.
Analizar y Determinar el área de influencia del parámetro sulfuro de hidrógeno para
la PTAR El Salitre a través de la construcción, implementación y calibración del
modelo de dispersión.
Conocer las tendencias y patrones que predominan en la dispersión de olores así
como las zonas de mayor impacto.
Realizar tres simulaciones de dispersión de contaminantes en la PTAR El Salitre
para diferentes épocas del año, con el fin de contar con una línea base de mapas de
dispersión del parámetro de estudio.
Realizar el análisis e interpretación de los resultados obtenidos en el modelo de
dispersión y de las simulaciones realizadas.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 7 de 63
3. MODELAMIENTO DE DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES
La dispersión de contaminantes en la atmósfera sigue los mismos principios físicos de
mezclado de otros fluidos como el agua en un río.
Cuando una descarga vertical de aire caliente es descargada en la atmósfera libre, donde
existe un viento permanente, este subirá primero y posteriormente se doblará y viajará
con el viento. Este proceso diluye los contaminantes y los aleja de la fuente. Entre los
procesos que generan esta dispersión se encuentran los procesos de turbulencia y
variación en las condiciones atmosféricas (cambio de propiedades del fluido) que generan
dispersión vertical y horizontal.
Para analizar el comportamiento de los contaminantes en un área de influencia se
emplean modelos matemáticos útiles en la estimación de la calidad del aire en aquellas
zonas donde no se dispone de una red de vigilancia de contaminación atmosférica, o en
aquellas zonas donde el registro no sea suficiente. Naturalmente, el estudio de tal
influencia se puede determinar a través del modelamiento físico o químico.
Para su estudio, los modelos se pueden agrupar en cuatro clases genéricas:
- Gaussianos.
- Numéricos.
- Estadísticos o empíricos.
- Físicos.
Los modelos gaussianos son los que se utilizan con mayor frecuencia para estimar el
impacto de contaminantes no reactivos (compuestos que no reaccionan con otros
compuestos presentes en el aire).
Los modelos numéricos pueden ser más apropiados que los gaussianos en el caso del
estudio de fuentes superficiales urbanas donde se analicen contaminantes reactivos. Este
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 8 de 63
tipo de modelos precisan datos mucho más detallados y extensos que los demás
modelos. Por este motivo, su uso no es muy frecuente.
Normalmente los modelos estadísticos o empíricos se utilizan cuando los modelos
gaussianos o numéricos son poco eficientes debido a que no pueden llegar a una
compresión suficiente del problema a tratar. Para su ejecución, es necesario disponer de
una red que proporcione registros meteorológicos y de calidad del aire de manera
detallada.
Los modelos físicos son útiles en situaciones de flujos complejos. Un flujo complejo podría
estar representado en situaciones de edificios o topografías muy irregulares. Aun
tratándose de una técnica muy adecuada, únicamente puede aplicarse en zonas de
escasa extensión y siendo muy costosa su aplicación.
El modelamiento se lleva a cabo con el fin de estimar la dispersión de contaminantes
emitidos por la operación normal de las fuentes de emisión de olores existentes en la
PTAR El Salitre así como su alcance y posible impacto sobre el recurso aire.
Existen varios software para el modelamiento de dispersión de contaminantes como los
descritos a continuación:
CALPUFF Modeling System
Es un software de modelamiento en estado inestable (muestra el comportamiento de la
emisión de contaminantes que varían en función del tiempo), de múltiples capas
(turbulento y laminar) y de multicomponentes, que simula los efectos del tiempo y
espacio con las condiciones meteorológicas sobre el transporte de contaminantes. Este
modelo puede ser aplicado en escalas de decenas a cientos de kilómetros. Incluye
algoritmos para efectos de escala superficial (ej. adsorción en el terreno), tan bien como
efectos en amplio rango (tales como remoción del contaminante debido a la impregnación
húmeda y deposición seca, transformación química, y efectos de visibilidad de las
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 9 de 63
concentraciones de material particulado).
Este sistema requiere de muchas especificaciones y constantes. Para su aplicación en el
estudio no es conveniente ahondar en especificar todos los parámetros requeridos para el
modelamiento debido a que éste se emplea para regiones más grandes que la estudiada
e involucra el comportamiento del contaminante a lo largo de los días en zonas a
kilómetros de distancia de la fuente.
AERMOD Modeling System
Es un software que maneja modelamientos en estado estable es decir que genera los
resultados de emisión de contaminantes a manera constante. El programa genera el
mapa de dispersión a condiciones específicas con datos promedios diarios a un flujo
constante de emisión, que incorpora la dispersión del aire basados en la turbulencia de
las regiones aledañas a la región de medición y conceptos de escalamiento, incluidos las
fuentes superficiales y elevadas y en terrenos simples y complejos.
En el programa AERMOD se contemplan tres tipos de modelos de dispersión en estado
estable conocidos como U.S EPA ISCST3 (Industrial source complex-short term model),
AERMOD (AMS/EPA Regulatory model), and ISC-PRIME (Industrial Source Complex –
Plume Rise Model Enhancement).
U.S. EPA ISCST3 Model
Este modelo es un modelo de pluma Gaussiano de penacho en estado estable, el cual
puede ser empleado para determinar el comportamiento de contaminantes, y/o flujos de
deposición de una variedad de fuentes asociados con una fuente industrial compleja.
- El modelo ISCST3 puede ser usado como modelamiento de contaminantes
convencionales.
- Puede manejar múltiples fuentes, incluyendo puntos, áreas, volúmenes y hoyos
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 10 de 63
abiertos como fuentes. Las fuentes lineales pueden ser modeladas como una cuerda
de fuentes volumétricas o como áreas elongadas.
- Los flujos de emisión pueden ser tratados como constantes o pueden variar
mensualmente, estacionalmente por horas o días, u otros periodos de variación.
Estos factores variables de emisión pueden ser especificados para una fuente simple
de un grupo de fuentes.
- El modelo puede establecer para efectos aerodinámicos las interferencias debidas a
la cercanía de edificaciones o puntos cercanos de emisión.
- El modelo contiene algoritmos para modelar los efectos de colocar y remover (a
través de deposición seca) grandes partículas y de modelar efectos de precipitación
recuperadas de gases y partículas.
- Los receptores pueden ser localizados como una red y/o receptores discretos en
coordenadas polares o cartesianas.
- El modelo incorpora modelos algorítmicos complejos para terrenos de geografía
variable.
- El modelo emplea datos meteorológicos reales para contemplar las condiciones
atmosféricas que afectan la distribución de los impactos de polución en el aire en el
área de modelamiento.
- Los resultados pueden obtenerse para concentración, flux de deposición total y flux
de deposición seca o húmeda.
Las técnicas empleadas en el modelo U.S EPA ISCST3 se basan en presunciones y
métodos de otros modelos de dispersión como también técnicas de la EPA. Éste método
incorpora factores relacionados con la fuente y factores meteorológicos para estimar la
concentración del contaminante proveniente de las fuentes de emisión.
AMS/EPA AERMOD Model
Este modelo contiene básicamente las mismas opciones que el ISCST3 con algunas
modificaciones como se describe a continuación:
- Éste solo calcula variables de concentración.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 11 de 63
- Requiere dos tipos de archivos de datos meteorológicos, uno que contiene
parámetros escalares superficiales y un archivo de perfiles verticales. Estos archivos
se realizan a través del programa preprocesador meteorológico U.S EPA AERMET.
- Para aplicaciones que implican terrenos elevados, el usuario debe incluir la escala
de altura con la elevación del receptor. El programa preprocesador de terreno U.S
EPA AERMAP puede ser usado para generar las escalas de alturas de colinas
como elevación de terrenos para todas las locaciones de los receptores.
- Dos tipos de archivos intermedios para propósitos de compatibilidad pueden
requerirse, uno que contenga información relacionada al modelamiento de
resultados y otro que contenga perfiles en red de variables meteorológicas.
- Este modelo no hace distinción entre terreno elevado por debajo de la altura de
emisión (terreno simple) y terreno por encima de la altura de emisión (terreno
complejo)
- No contempla la opción de hoyo abierto como fuente contaminante.
U.S. EPA ISC-PRIME Model
El modelo Prime Rise Model Enhancenments (PRIME) fue diseñado para incorporar
dos características fundamentales con interferencia de estructuras:
- Coeficientes de dispersión en la pluma debido la estela turbulenta.
- Reducción de la elevación de la pluma de dispersión causada por una combinación
de líneas de corriente en la superficie de los edificios y el incremento del arrastre en
la estela.
Los algoritmos PRIME modifican la sección de fuentes los cuales describen la
configuración de las edificaciones en el área de dispersión.
Para la estimación de emisiones de sulfuro de hidrógeno se emplea el siguiente
programa:
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 12 de 63
WATER 9.
Es un modelo de tratamiento de aguas residuales, está formado por expresiones
analíticas para la estimación de emisiones a la atmósfera de los componentes individuales
de residuos en la recolección de aguas residuales, almacenamiento, tratamiento, y
disposición, una lista base de datos de muchos de los compuestos orgánicos, y los
procedimientos para obtener informes del destino de los componentes, en particular las
emisiones de aire y la eficacia del tratamiento.
WATER 9 proporciona estimaciones de las emisiones por separado para cada compuesto
que se identifica como un componente de los residuos. Las estimaciones de las emisiones
se basan en las propiedades del compuesto y su concentración en los residuos. Para
obtener estas estimaciones de las emisiones, el usuario debe identificar los compuestos
de interés y proporcionar sus concentraciones en los residuos. La identificación de los
compuestos se puede hacer mediante la selección de la base datos que acompaña al
programa o mediante la introducción de nueva información que describe las propiedades
de un compuesto no contenido en la base de datos.
3.1. CARACTERÍSTICAS DE LA MODELACIÓN EMPLEADA
A partir de las anteriores características presentadas para cada modelo, el modelo U.S
EPA ISCST3 es el seleccionado para realizar la dispersión, debido a sus especificaciones
requeridas. Esto implica la disponibilidad de datos y facilidades en la programación
garantizando resultados confiables.
Del modelo seleccionado U.S EPA ISCST3, la información utilizada para modelar la
dispersión de contaminantes así como las consideraciones realizadas se presentan a
continuación.
La descripción detallada de cada variable empleada en el modelo de dispersión puede ser
consultada en la bibliografía concerniente al programa AERMOD [1], [2].
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 13 de 63
3.1.1. ECUACIONES BÁSICAS
En la Ecuación 1 se muestra la ecuación básica del modelo U.S EPA ISCST3 para
calcular las concentraciones a nivel del suelo, esta es la ecuación de penacho Gaussiana
en estado estacionario para una fuente continua:
Ecuación 1 Ecuación básica del modelo
Donde:
= Concentración (g/m3)
Q = emisión de contaminante (masa por unidad de tiempo).
K = factor de conversión para obtener unidades deseadas en el modelo.
y,z = Desviación estándar de distribución de concentraciones horizontal y vertical (m).
us = velocidad media del viento a la altura de liberación (m).
V = Termino vertical (Ver Ecuación 2).
D = Termino de degradación exponencial (Ver Ecuación 3).
y = Distancia de viento cruzado desde la fuente al receptor (m)
El receptor se define como un punto sobre el cual se calcula la concentración de
contaminante. Es decir que los receptores pueden definirse como personas,
construcciones, elevaciones de terreno, etc, sobre las cuales se desea determinar la
concentración de contaminante que llega ese punto (Ver en la Figura 1 el término Zr).
El término vertical V está definido por la expresión (ver Ecuación 2):
y
2
zys
y0.5- exp
u 2
D VK Q =
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 14 de 63
1
2
4
2
3
2
2
2
1
22
5.0exp5.0exp5.0exp5.0exp
5.0exp5.0exp
i zzzz
z
er
z
er
HHHH
hzhzV
Ecuación 2 Expresión para definir el término vertical
Donde:
he = hs +Δh, H1=zr - (2izi-he), H2 = zr + (2izi-he), H3=zr - (2izi+he), H4 =zr +(2izi+he)
he= Altura donde se inicia la dispersión
hs= Altura de la chimenea
Δh = Elevación de la pluma de dispersión
zi= Altura de la mezcla (m)
zr= altura del receptor sobre terreno (m).
Hi= Suma de alturas para establecer la posición de la concentración a lo largo de la
dispersión a partir de la fuente de emisión.
En la Figura 1 se describen los anteriores términos
Figura 1. La pluma de dispersión y los términos asociados en la Ecuación 2
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 15 de 63
El término de serie infinita (i) en la Ecuación 2 toma en cuenta los efectos de restricción
del crecimiento vertical de la pluma hasta el tope de la capa de mezcla. Como se muestra
en la Figura 2, el método de fuentes de imagen es usado para tener en cuenta las
reflexiones múltiples de la pluma desde la superficie del suelo hasta el tope de la capa de
mezcla.
En general el término V, toma en cuenta la distribución vertical de la pluma Gaussiana. La
cual incluye elevaciones del terreno, elevaciones del receptor, elevación de la pluma,
mezclado limitado de forma vertical, la sedimentación gravitacional y la deposición seca
de partículas, además de, la altura de la pluma, la altura del receptor y la altura de
mezclado. El cálculo del término vertical requiere el parámetro de dispersión (σz).
Figura 2. Método de imágenes múltiples de la pluma usadas para simular la reflexión de
la pluma en el modelo.
ALTURA DE MEZCLA Imagen del
penacho
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 16 de 63
El término de degradación D en la Ecuación 1, se refiere a la remoción de un
contaminante por procesos físicos o químicos y se calcula por la expresión mostrada en la
Ecuación 3:
01
0exp
paraDo
parau
xD
s
Ecuación 3 Expresión para calcular el término de degradación
Donde:
= coeficiente de descomposición (s-1)
x= Distancia desde la fuente hasta el receptor (m)
us = velocidad media del viento a la altura de liberación (m).
Como dentro del modelamiento de dispersión no se consideran reacciones químicas de
descomposición el factor de degradación D es 1.
La velocidad media del viento a la altura de liberación us es calculada mediante la
siguiente expresión:
P
ref
srefS z
huu
Ecuación 4. Expresión para calcular la velocidad media del viento.
Donde:
uref y zref= velocidad del viento de referencia dada a una altura de referencia,
P= Exponente de perfil del viento, estos exponentes se encuentran en la Tabla 5.
Los parámetros y y z se calculan mediante las expresiones (Ver Ecuación 5):
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 17 de 63
)tan()(11628.465 THxy
bZ ax
Ecuación 5 Expresiones para calcular los parámetros y y z.
Donde:
x= Distancia desde la fuente hasta el receptor (m)
TH= es un término adimensional que se calcula de la siguiente forma:
)(01745329.0 xIndcTH
Ecuación 6 Expresión para calcular TH.
Los parámetro a, b c y d son obtenidos a través de Tablas 1 y 2 según la categoría de
estabilidad de Pasquill Gluillford.
Tabla 1. Parámetros usados para el cálculo según PASQUILL-GIFFORD de σz
Clase de estabilidad Pasquill
x (km) A b
A*
<0.10 0.10 - 0.150.16 - 0.200.21 - 0.250.26 - 0.300.31 - 0.400.41 - 0.500.51 - 3.11> 3.11
122.800 158.080 170.220 179.520 217.410 258.890 346.750 453.850
**
0.94470 1.05420 1.09320 1.12620 1.26440 1.40940 1.72830 2.11660
**
B* <0.20 0.21 - 0.40> 0.40
1.0857 98.483 109.300
0.93198 0.98332 1.09710
C* Todos 61.141 0.91465
D
<0.30 0.31 - 1.001.01 - 3.003.01 - 10.0010.01 - 30.00> 30.00
34.459 32.093 32.093 33.504 36.650 44.053
0.86974 0.81066 0.64403 0.60486 0.56589 0.51179
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 18 de 63
Clase de estabilidad Pasquill
x (km) A b
E
< 0.100.10 - 0.300.31 - 1.001.01 - 2.002.01 - 4.004.01 - 10.0010.01 - 20.0020.01 - 40.00> 40.00
24.260 23.331 21.628 21.628 22.534 24.703 26.970 35.420 47.618
0.83660 0.81956 0.75660 0.63077 0.57154 0.50527 0.46713 0.37615 0.29592
F
< 0.200.21 - 0.700.71 - 1.001.01 - 2.002.01 - 3.003.01 - 7.007.01 - 15.0015.01 - 30.0030.01 - 60.00> 60.00
15.209 14.457 13.953 13.953 14.823 16.187 17.836 22.651 27.074 34.219
0.81558 0.78407 0.68465 0.63227 0.54503 0.46490 0.41507 0.32681 0.27436 0.21716
Donde σz está expresada en metros y x en kilómetros.
* Si el valor calculado de σz excede 5000m, σz se toma igual a 5000m
** σz es igual a 5000m.
Tabla 2. Parámetros usados para el cálculo según PASQUILL-GIFFORD de σy
Clase de estabilidad Pasquill c d A 24.1670 2.5334
B 18.3330 1.8096
C 12.5000 1.0857
D 8.3330 0.72382
E 6.2500 0.54287
F 4.1667 0.36191
De la expresión σy está expresada en metros y x en kilómetros.
Para caracterizar la estabilidad atmosférica de Pasquill, esta se puede determinar a través
de la velocidad del viento, la radiación solar y el comportamiento de la neblina como se
muestra en las Tablas 3 y 4.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 19 de 63
Tabla 3. Clases de estabilidad de Pasquill
Clase de estabilidad
Definición Clase de
estabilidad Definición
A Muy inestable D Neutral B Inestable E Poco estable C Poco inestable F Estable
Tabla 4. Condiciones meteorológicas que definen la clase de estabilidad Pasquill
Velocidad del viento
Radiación solar Cubrimiento por neblina de noche
m/s mi/h Fuerte
Mayor que 50 cal/cm2h
Moderada Entre 25 y
50 cal/cm2h
Ligera Menor que 25 cal/cm2h
> 50% < 50%
< 2 < 5 A A – B B E F 2 – 3 5 – 7 A – B B C E F 3 – 5 7 – 11 B B – C C D E 5 – 6 11 – 13 C C – D D D D > 6 > 13 C D D D D
Nota: La clase D aplica para neblinas espesas, a cualquier velocidad de viento ya sea de día o de noche
3.1.1.1. HIPÓTESIS DE BASE CONSIDERADAS EN LOS ALGORITMOS DE CÁLCULO.
Las hipótesis de base aplicadas al modelo AERMOD son las siguientes:
Considera los algoritmos de cálculo para procedimientos recomendados para
periodos de calmas o velocidades del viento inferiores a 0,5 m/s.
Incorpora los algoritmos de cálculo para completar los datos faltantes.
Estas hipótesis son fundamentales para la forma en que se modela la dispersión ya que
permite hacer extrapolaciones de los datos ingresados. Al evaluar periodos de velocidad
del viento a 0.5 m/s permite desarrollar el modelo de dispersión en flujo laminar.
Principales opciones de selección en el modelo:
Elección entre dispersión rural o dispersión urbana.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 20 de 63
Elección de la totalidad de las hipótesis de la “Regulatory default Option” o cualquier
combinación que utilice las hipótesis reguladoras y no reguladoras en el caso de
determinar dispersiones de olores
La diferencia entre la primera y segunda opción es que, la primera requiere de datos
mucho más detallados y de condiciones más complejas que para el caso no se dispone
de toda la información. La segunda opción es una opción que permite desarrollar un
modelamiento mas practico con resultados confiables a través de los datos disponibles.
3.1.2. OPCIONES DE DISPERSIÓN.
Como opciones de dispersión se utilizó Regulatory Default para zona urbana, opción ya
incluida en el programa la cual considera:
El descenso desde la descarga de las fuentes (Stack-tip downwash). Importante en la
capa límite convectiva (capa de aire cercana al suelo que se ve afectada por la
convección debida al intercambio diurno de calor, humedad y momento con el suelo)
ya que considera la cima de la pluma de dispersión de forma vertical desde la fuente.
La dispersión de flotación inducida (Buoyancy – induced dispersión). Este
componente es necesario para determinar la varianza corregida para los
componentes horizontales.
Las rutinas de procesamiento en estado de calma (Calms procesing routines). Es
decir que no emplea correcciones por condiciones en flujo turbulento.
Los exponentes de perfil de vientos por defecto (Default wind profile exponents), que
se observan en la Tabla 5.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 21 de 63
Tabla 5. Exponentes de perfil de vientos
Pasquill Stability Category
Rural Urban
A 0,070 0,150 B 0,070 0,150 C 0,100 0,200 D 0,150 0,250 E 0,350 0,300 F 0,550 0,300
Los gradientes potenciales de temperatura vertical (Default vertical potencial
temperature gradients), como se ven en la Tabla 6.
Tabla 6. Exponentes de gradientes de temperatura vertical
Pasquill Stability Category
Rural Urban
A 0,000 0,000 B 0,000 0,000 C 0,000 0,000 D 0,000 0,000 E 0,020 0,020 F 0,035 0,035
A través de la primera parte de la atmósfera, llamada troposfera, la temperatura decrece
con la altura. Este decrecimiento se define como Gradiente vertical de Temperatura y es
en promedio de 6,5ºC/1000m. Durante la noche la Tierra irradia energía (pierde calor) y se
enfría mucho más rápido que el aire que la circunda; entonces, el aire en contacto con ella
será más frío mientras que el más alejado de la superficie será de una temperatura
mayor. Otras veces se debe al ingreso de aire caliente en algunas capas determinadas
debido a la presencia de alguna zona frontal. En la Figura 3 se muestra la imagen de la
pestaña donde se deben ingresar las opciones de dispersión.
3.1.3. SALIDAS DE MODELO
Se seleccionó la salida del modelo en concentración expresada como microgramos de
sulfuro de hidrógeno por metro cúbico de aire. Si se consideran mecanismos de
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 22 de 63
deposición seca o húmeda, es decir, si en el modelamiento se considera que el
contaminante está expuesto a condiciones de humedad (lluvias y humedad ambiental)
éstas pueden disminuir la concentración de contaminante en el área de influencia.
3.1.4. TIEMPOS DE PONDERACIÓN Y OPCIONES DEL TERRENO
Los tiempos de ponderación son tiempos calculados por el programa de
modelamiento a través de datos reportados para un periodo determinado y se
emplean para determinar los mismos datos pero en un periodo de tiempo más corto
al de los datos ingresados.
En el programa AERMOD se pueden establecer tiempos de ponderación para la
dispersión del contaminante. Los tiempos de ponderación solo son útiles para
aclarar que periodo de tiempo tienen los datos que se están ingresando al
programa. Los tiempos de ponderación pueden ser diarios, mensuales o anuales.
Figura 3. Imagen de la pestaña para ingresar las opciones de dispersión en deposición
seca.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 23 de 63
La altura de terreno hace alusión a las elevaciones de tierra presentes en la zona
(ej: montañas), mientras que la altura de descarga de las unidades hace referencia
a la altura en la que los contaminantes son emitidos. Para el área de la PTAR El
Salitre se asumió que en general la altura del terreno no excede la altura de
descarga de las unidades. Al contemplar una altura de descarga diferente se
obtendrían concentraciones más elevadas y no se estaría evaluando el
comportamiento al nivel del suelo que es el de interés Similarmente la altura de
referencia de los receptores se estableció en cero (0) metros. Esto facilita el
modelamiento ya que no considera interferencias por terrenos elevados en el área
de dispersión. Las suposiciones se fundamentan en que el lugar donde se realizó el
estudio no tiene elevaciones de tierra considerables. Aunque la topografía del lugar
puede ser ingresada al modelamiento no es recomendable hacerlo ya que esto
genera mayor complejidad en la elaboración del modelamiento.
En la Figura 4 se muestra la imagen de la pestaña donde se deben ingresar los tiempos
de ponderación y las opciones del terreno.
Figura 4. Imagen de la pestaña para ingresar los tiempos de ponderación y opciones del
terreno.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 24 de 63
3.1.5 . RECEPTORES
Los receptores son los puntos sobre los cuales se desea determinar la concentración del
contaminante. Para efectos de cálculo, el programa ISCST3 genera automáticamente una
grilla (receptores organizados en red o cuadricula) donde estima nodo a nodo (receptor a
receptor) la inmisión de contaminantes. A partir de estos puntos de inmisión, el programa
genera las curvas de concentración uniforme para sulfuro de hidrógeno.
En la Figura 5 se muestra la imagen de la pestaña donde se deben ingresar los datos de
la malla cartesiana
Figura 5. Imagen de la pestaña para ingresar los datos de los receptores.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 25 de 63
3.1.6. MALLA CARTESIANA UNIFORME.
La grilla del área de estudio se definió para ingresar al programa con las siguientes
características:
Enmallado uniforme en coordenadas geográficas planas.
Unidades: metros.
Punto inferior izquierdo: 984660 m Oeste, 1068730 m Norte (Coordenadas planas
Gaussianas, Instituto Geográfico Agustín Codazzi, Observatorio Bogotá).
Número de intervalos en dirección x: 50.
Número de intervalos en dirección y: 50.
Espaciado de cada intervalo: 30 metros en x: 30 metros en y.
Longitud x: 1500 m.
Longitud y: 1500 m
El número de intervalos es necesario para la resolución de la pluma de dispersión. Es
decir que a mayor número de intervalos más puntos generará el programa, aumentando el
tiempo de compilación o simulación del programa. Por este motivo se selecciona un
número de intervalo adecuado para disminuir el tiempo de compilación, de tal manera que
no se vea afectada la resolución de la pluma de dispersión.
En la Figura 6 se muestra el punto de referencia y la malla cartesiana sobre la cual se
realizó la dispersión del contaminante. La imagen del mapa empleada para los planos de
dispersión, fue tomada de la herramienta Google Earth [3].
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 26 de 63
Punto de referencia
Figura 6. Esquema de la malla cartesiana y el punto de origen o referencia.
3.2. DEPOSICIÓN
La deposición corresponde al mecanismo por el cual los compuestos se mueven de forma
vertical y llegan al suelo.
Se seleccionó la salida del modelo en concentración expresada como microgramos de
contaminante por metro cúbico de aire. Si se consideran mecanismos de deposición seca
o húmeda, es decir, si en el modelamiento se considera que el contaminante está
expuesto a condiciones de humedad (lluvias y humedad ambiental) estos pueden
disminuir la concentración de contaminante en el área de influencia.
Los contaminantes pueden llegar a la superficie terrestre mediante dos mecanismos que
son: la deposición seca y la deposición húmeda según la fase en que se encuentren al
incidir sobre la superficie.
En condiciones de humedad el agua arrastra consigo contaminantes que en general
(incluidos aerosoles) pueden estar dentro de las gotas de nubes, niebla, lluvia y nieve.
Cuando estos hidrometeoros impactan sobre el suelo, la deposición del contaminante es
húmeda. Asimismo los contaminantes en fase gas pueden llegar al suelo debido a la
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 27 de 63
turbulencia atmosférica.
Los valores adoptados para los efectos del terreno son seleccionados directamente en el
programa
3.3. DATOS METEOROLÓGICOS.
AERMOD acepta valores de parámetros meteorológicos medidos a un gran número de
niveles de altura diferentes con objeto de calcular perfiles verticales de dichos parámetros.
Este modelo, mediante su interfase meteorológica y utilizando relaciones de semejanza
con los parámetros de la PBL (Capa Límite de Flujo) y las medidas de datos
meteorológicos, calcula perfiles verticales hasta una altura de 5.000 m, de las siguientes
variables:
Velocidad de viento.
Es el parámetro que indica que tan rápido recorre una distancia el contaminante en el
tiempo. Es de importancia en el modelo ya que determina la velocidad de dispersión
del H2S para generar la pluma de dispersión.
Dirección de viento.
Éste parámetro indica el lugar predominante a donde se dispersa el sulfuro de
hidrógeno en el modelamiento de dispersión de olores.
Temperatura.
Hace referencia a la temperatura ambiente del lugar. Es de importancia en el modelo
ya que determina la concentración de olores por tener relación proporcional
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 28 de 63
Gradiente de temperatura potencial vertical.
Es el cambio de temperatura potencial con la altura, se emplea en el modelamiento de
la pluma de dispersión.
un valor positivo significa que la temperatura potencial incrementa con la altura e indica
una atmosfera estable.
Turbulencia Mecánica.
La turbulencia mecánica es una función de la velocidad del viento y la rugosidad de la
superficie. Ocurre cuando cambia la velocidad del viento cerca a la superficie. Puede
ocurrir un cambio en la velocidad del viento cuando existe un obstáculo que interrumpe
el flujo del viento sobre la superficie.
Turbulencia Térmica.
La turbulencia térmica también es conocida como turbulencia inducida ascendente.
Esta ocurre cuando el aire caliente cercano al suelo se eleva, disturbando el aire sobre
este. La turbulencia térmica tiende a ser máxima cuando comienza la tarde y mínima
cuando se acerca el ocaso, siguiendo una tendencia de temperatura diurna de la
superficie de la Tierra.
La capa límite de flujo o capa de mezcla es la capa de la atmósfera (300m - 3000 m de
espesor) que interactúa con la superficie terrestre. Es de importancia en el modelamiento
ya que ésta se encuentra influenciada por los intercambios de energía y materia con dicha
superficie, y en ella se desarrolla la dilución de contaminantes.
Para construir estos perfiles, AERMOD necesita disponer de medidas de velocidad de
viento, dirección de viento y temperatura a una altura determinada. En cambio, la
turbulencia se puede parametrizar sin necesidad de tener medidas directas de ella.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 29 de 63
Para desarrollar el modelo, se utilizó como base la información meteorológica disponible
de la estación meteorológica en funcionamiento instalada en el sitio de medición
perteneciente a la EAAB. Dicha información corresponde a los valores medios mensuales
para el año 2009 y 2010.
Todo este análisis lo hace internamente el programa de simulación y el resultado del
modelamiento son los planos de dispersión. Si se desea ahondar más profundamente en
los cálculos se recomienda consultar la ayuda del simulador AERMOD.
3.3.1. DATOS PARA LA ESTIMACIÓN CON DEPOSICIÓN SECA Y HÚMEDA.
Para la estimación del modelo en condiciones de deposición seca y húmeda se observó
que el terreno donde está instalada la PTAR El Salitre posee características de pradera y
llanura moderada (Grassland) esto significa que se considera una extensión de terreno
plana donde no hay elevación de terrenos que necesiten correcciones y datos adicionales
para desarrollar el modelo de dispersión, a excepción de las barreras naturales instaladas
que son puestas con previa planificación.
Como dentro del modelamiento se consideran las condiciones más críticas, suponer un
terreno plano es una de éstas condiciones. Las barreras ambientales y la topografía para
el modelamiento no son significativas ya que el H2S a condiciones críticas tiene la
propiedad de formar una nube concentrada de olores que puede ser transportada, sin
disolverse, a grandes distancias por la débil brisa de la noche o de la mañana. En algunos
casos los olores se han detectado a distancias de 25 km de la fuente donde se originan
los olores2.
Para el modelamiento se tuvieron en cuenta algunas características del sulfuro de
hidrógeno como:
2 Metcalf y Eddy. WASTEWATER ENGINEERING TREATMENT AND REUSE. Fourth Edition Mc. Graw Hill. New York. 2003. Pág. 1654.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 30 de 63
Densidad de la mezcla H2S evaporado: 0,193 g/cm3.
Constante de ley de Henry: 0,023 atm.m3/mol.
Difusividad del H2S en el agua: 0.0000161 cm2/s.
Difusividad del H2S en el aire: 0.176 cm2/s.
Coeficiente de limpieza por efecto de lavado: 0,8.
Solubilidad del H2S en el agua: 7,1 g/l.
Además, es necesario ingresar las propiedades representativas del sitio de medición. A
continuación se mencionan las propiedades del sitio de medición (ver Tablas 7 a 11).
Altura del anemómetro del sitio de medición.
Es un factor estándar que se implementa para especificar la información meteorológica, el
modelo ajusta las velocidades de viento con la altura del anemómetro del sitio de
medición.
Longitud mínima de Monin-Obukhov (L), necesaria para el cálculo de los parámetros
en la región de la capa convectiva y en la región de capa estable.
Este parámetro se define como la altura a la cual se parametriza si la convención es libre
ó forzada. En otras palabras, se defina con la información entre parámetros que
caracterizan los procesos dinámicos y térmicos en el aire. En la Tabla 7 se muestran
valores sugeridos para este parámetro.
Tabla 7. Valores sugeridos para la longitud mínima de Monin-Obukhov
Tipo de terreno o uso Valor (m)
Agricultura (abierto) 2 Residencial 25 Residencial/industrial (compacto) 50 Comercial (19 - 40 edificios) 100 Comercial (>40 edificios) 150
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 31 de 63
Para la PTAR el Salitre se seleccionó el Tipo de terreno Agricultura (abierto). Se
seleccionó debido a las condiciones del terreno sobre la cual se generó el modelo de
dispersión, ya que no están presentes edificaciones y se considera como un terreno
plano. Al considerar que es un terreno plano y libre de obstáculos se infiere que no hay
interferencias de flujo y por ende se caracteriza la dinámica del comportamiento del aire
en el sitio.
Longitud de rugosidad de la superficie en el sitio de medición y Longitud de rugosidad
de la superficie en el sitio de aplicación.
Esta es una característica de la superficie del sitio, necesaria para la estimación del perfil
vertical de viento que modela el comportamiento del viento sobre la superficie y es
equivalente a la altura a la cual la velocidad del viento es cero.
Como una aproximación, esta rugosidad es aproximadamente 1/10 de la altura de la
superficie considerada. Por ejemplo para un pasto corto de altura 0.01 m se tiene una
rugosidad de 0.001 m aprox. En la Tabla 8 se muestran valores sugeridos para este
parámetro.
Tabla 8. Valores sugeridos para la longitud de rugosidad
Tipo de terreno o uso Valor (m)
Superficie acuosa 0.0001 Bosque caduco o maduro 1.00 Bosque conífero 1.30 Pantano 0.20 Tierra cultivada 0.03 Pradera 0.05 Urbano 1.00 Desértico 0.30
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 32 de 63
Noon Time Albedo:
Definido como la fracción de la radiación solar entrante que se refleja del suelo cuando el
sol está en el punto más alto del sitio. En la Tabla 9 se muestran valores sugeridos para
este parámetro.
Tabla 9. Valores sugeridos para Noon Time Albedo.
Tipo de terreno o uso Valor
Superficie acuosa 0.10 Bosque caduco o maduro 0.12 Bosque conífero 0.12 Pantano 0.14 Tierra cultivada 0.20 Pradera 0.18 Urbano 0.16 Desértico 0.28
Bowen Ratio:
Es una medida de la cantidad de humedad en la superficie. La presencia de humedad en
la superficie altera el balance energético. En la Tabla 10 se muestran valores sugeridos
para este parámetro:
Tabla 10. Valores sugeridos para Bowen Ratio
Tipo de terreno o uso Deposición
húmeda Disposición
seca Promedio
Superficie acuosa 0.1 0.1 0.1 Bosque caduco o maduro 0.2 0.6 0.3 Bosque conífero 0.2 0.6 0.3 Pantano 0.1 0.2 0.1 Tierra cultivada 0.3 1.5 0.5 Pradera 0.4 2.0 0.8 Urbano 1.0 4.0 2.0 Desértico 5.0 6.0 4.0
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 33 de 63
Para los parámetros Longitud de rugosidad de la superficie en el sitio de medición, Noon
Time Albedo y Bowen ratio, el tipo de terreno mas opcionado es el tipo pradera, ya que
para el caso de la PTAR El Salitre, se considera un terreno pastoso, con pocos árboles,
sin construcciones y sin cultivos.
Flujo de Calor Antropogénico:
Es un término de flujo forzado proveniente de residuos clóricos de fuentes no renovables,
como el calor corporal, calor disipado por equipos, etc.
Fracción de Radiación Neta Absorbida por el Suelo:
Flujo de calor en el suelo durante el día que es parametrizado como una fracción de la
radiación solar neta. En la Tabla 11 se presentan los valores sugeridos para la fracción de
radiación absorbida.
Tabla 11. Valores sugeridos para la longitud de rugosidad
Tipo de zona Valor (m)
Rural 0.15 Suburbano 0.22 Urbano 0.27
Para la PTAR el Salitre se seleccionó el Tipo de zona Rural. Este parámetro se
seleccionó debido a que para el área sobre la cual se modeló la pluma de dispersión, esta
se considera como una zona rural, es decir sin conjuntos de edificaciones u obras civiles
que ocupen la mayor área de influencia.
En la Tabla 12 se resumen las propiedades seleccionadas del sitio de medición.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 34 de 63
Tabla 12. Resumen propiedades del sitio de medición.
Propiedad del sitio Valor
Longitud Mínima de Monin-Obukov Tipo de terreno Agricultura (abierto)
2 m
Longitud de Rugosidad Tipo de Terreno Pradera
0.05 m
Noon Time Albedo Tipo de Terreno Pradera
0.18 m
Bowen Ratio o Humedad Superficial Tipo de Terreno Pradera
0.4 deposición húmeda 2.0 deposición seca
0.8 Promedio Flujo de Calor Antropogénico 117 W/m2 Longitud de Rugosidad Tipo de zona Rural
0.15 m
Las principales variables meteorológicas cruciales para la dispersión de contaminantes
son: Temperatura ambiente, Velocidad y dirección del viento, y Nubosidad.
El viento es el principal agente meteorológico que determina las condiciones de dispersión
de la contaminación, tanto horizontal como verticalmente. Sus características de velocidad
y dirección son importantes para determinar lo que se denomina área de dispersión o
alcance.
Normalmente los vientos en Colombia son débiles, con valores menores de 3 m/s. Sin
embargo, dependiendo de la localización geográfica y la temporada del año pueden ser
considerables. De acuerdo a la rosa de vientos (ver Gráfico 1) y a los datos de la estación
meteorológica de la PTAR El Salitre, predominan los vientos provenientes del Noroeste
(es decir que la dirección del viento va hacia el Sureste) con velocidades de 1,0 a 3,0
m/s.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 35 de 63
Gráfico 1. Rosa de Vientos3.
En la Tabla 13, se observa un resumen mensual de las condiciones meteorológicas
alimentadas al modelo de dispersión para la PTAR El Salitre. Estos valores son valores
medios de los reportes diarios suministrados por la PTAR El Salitre. Se alimentaron
valores diarios de los meses reportados en la Tabla 13 para la elaboración del Gráfico 1.
3 Gráfico Elaborado con el Reporte Histórico suministrado por la planta de tratamiento PTAR El
Salitre.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 36 de 63
Tabla 13. Condiciones meteorológicas alimentadas al modelo4.
Mes-Año Temperatura media (°C)
Velocidad del viento (m/s)
Dirección del viento
Abril-09 14.8 2.3 SE Mayo-09 14.3 2.3 SSE Junio-09 14.5 2.6 SSE Julio-09 12.4 1.8 SE
Agosto-09 14.1 2.4 SSE Septiembre-09 14.7 3.4 SSE
Octubre-09 14.4 2.4 SSE Noviembre-09 14.9 2.2 SE Diciembre*-08 14.3 2.1 SE
Enero*-09 14.3 2.3 SE Febrero-10 15.7 2.5 SE Marzo-10 15.8 2.3 SSE Abril-10 15.4 1.6 SSE
* Para el mes de Diciembre se utilizaron los datos recopilados durante el año 2008 y para el Mes
de Enero se tomaron los datos del 2009 por la estación instalada en la PTAR El Salitre.
Finalmente los resultados obtenidos de la simulación se generarán para los tres
escenarios seleccionados que corresponden a condiciones meteorológicas diferentes, las
cuales son:
Promedio anual.
Periodo de sequía con deposición seca.
Período húmedo con deposición húmeda
4 Información suministrada por la Planta de Tratamiento PTAR Salitre.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 37 de 63
4. INFORMACIÓN DE LAS FUENTES Y EMISIÓN DE OLORES
Para determinar las emisiones de sulfuro de hidrógeno de la PTAR El Salitre se empleó el
programa WATER 9 que estima a través de fenómenos de transporte la emisión de
contaminantes a la atmosfera en sistemas de tratamiento convencionales para aguas
residuales.
En la Figura 7, se ilustra el sistema de tratamiento modelado. El afluente es captado por
un sistema de tornillos que es representado por un sistema de colección abierto (Open
Trench). El cribado es representado por un sistema de barras (bar screen) para eliminar
los sólidos del afluente. Posteriormente encontramos un sistema de canales con aireación
forzada en los cuales se realiza el desarenado-desengrasado y se adiciona el coagulante
y el floculante, este sistema es representado mediante un sistema de aireación y
desarenado (Aerated flow chanel). El sistema de sedimentación primaria es simulado
mediante un tanque abierto donde los sólidos sedimentan esta unidad se denomina como
clarificador primario (primary municipal clarifier). Adicionalmente en esta unidad se
recomienda modelar el espaciamiento o volumen libre del decantador para estimar el
aporte del estancamiento hacia la atmósfera y determinar si es significativo. Finalmente se
encuentra el Espesador de lodos en el cual se forman dos capas bien diferenciadas y que
opera en forma similar a un sedimentador donde los sólidos sedimentan en el fondo por
acción de la gravedad.
Cada unidad fue simulada de acuerdo con las dimensiones geométricas de diseño, la
información técnica para la realización del modelamiento a través del software WATER9
fue suministrada por la EAAB.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 38 de 63
Figura 7. Configuración empleada para la simulación
Donde,
1: Unidad 1: Estructura de toma de agua (tornillos de elevación)
2: Unidad 2: Cribado fina.
3: Unidad 3: Canales de aireación (desengrasado desarenado). Adición del coagulante y
el floculante.
4: Unidad 4: Decantador Primario.
5: Unidad 5: Espaciado libre del decantador (Volumen libre del tanque o espaciamiento
donde quedan suspendidos los gases).
6: Unidad 6: Espesadores de lodos.
7: Unidad 7: Descarga a cuerpo hídrico.
Dentro del programa WATER 9 se encuentran especificadas unidades de tratamiento de
aguas para estimación de emisiones al aire y por lo tanto se enfoca en unidades donde se
genera la principal emisión, por eso, las demás unidades provenientes del proceso de
tratamiento de la PTAR del salitre no fueron incluidos en el modelamiento, ya que son
unidades donde no se generan superficies acuosas expuestas al medio ambiente. En el
caso de tratamiento de lodos, solo se toma en cuenta la unidad de espesamiento de lodos
para la modelación, ya que en esta unidad, el proceso de sedimentación por gravedad
para concentrar los lodos genera una separación de fases generando una capa superficial
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 39 de 63
acuosa, y por esta razón, el sulfuro de hidrogeno puede emigrar más fácilmente al aire
expuesto y generar malos olores. Las unidades posteriores al espesamiento no se toman
en cuenta ya que las propiedades físicas de los lodos y biosólidos en los procesos
correspondientes no generan considerables cantidades de contaminantes generadores de
malos olores.
Es importante exponer que el modelo sólo estima las emisiones provenientes de las
unidades donde se generen corrientes o superficies acuosas, que para este caso se
toman hasta los espesadores de lodos, como se explicó anteriormente, y no se estiman
las emisiones causadas por los lodos en unidades posteriores y los biosólidos. De los
biosólidos no se estiman emisiones ya que los gases contaminantes de estudio se
transportan principalmente en fuentes liquidas (agua residual y fuentes acuosas como las
presentadas hasta los espesadores) ya para los lodos y biosólidos presentados luego de
los espesadores, no generan un aporte significativo de emisión de gases por las
propiedades físicas que impiden la difusión del sulfuro de hidrógeno (H2S) hasta la
superficie expuesta al aire.
En la Tabla 14 se presentan los resultados de las emisiones por cada unidad dada por la
simulación teniendo en cuenta el aumento de concentración de H2S en el tratamiento
primario. Este aumento se estableció con lo reportado en el informe ACS IOL 108
(Producto 2) del presente contrato y el informe ACS IOL 105 del contrato No 2-02-26100-
946-20085 en donde la concentración de H2S promedio durante los días 16 y 27 de Marzo
de 2010 fue de 41600,3 µg/m3 (28 ppm), valor aproximadamente 4 veces superior al
máximo reportado en el Producto 5 del informe ACS IOL 105 que fue de 10891 µg/m3
(7.3 ppm) para el día 01 de Octubre de 2009.
5 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE VALIDACIÓN DE LOS DATOS DE SULFURO DE HIDRÓGENO OBTENIDOS EN LAS JORNADAS DE MONITOREO REALIZADAS EN EL MARCO DEL PRODUCTO 3. Producto 5 (Informe ACS IOL 105) contrato 2-02-26100-946-2008.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 40 de 63
Tabla 14. Emisiones estimadas mediante la simulación (Software Water 9)
ELEMENTO UNIDADES VALOR Estructura de toma de agua
(tornillos de elevación) g/s 0,8
Canales de aireación (desengrasado desarenado)
g/s 1,0
Decantador primario g/s 0,07 Espaciado libre del decantador g/s 0,0001
Espesador de lodos g/s 0,04 Descarga al cuerpo de agua g/s 0,03
Según los resultados presentados en el Producto 2 (ACS IOL 108) del presente contrato
se detectaron las mayores concentraciones de sulfuro de hidrogeno entre la noche y la
madrugada para la estructura de captación, punto en el cual se genera la mayor emisión
de olores.
A continuación se muestra un resumen de resultados de los monitoreos de olores
obtenidos en el producto 2 (Gráficos 2 y 3) del presente contrato y los puntos en los
cuales se realizó la medición del parámetro H2S (Figura 8). Además como comparación se
muestran resultados (Gráficos 4 y 5) y figuras de ubicación de puntos de monitoreo
(Figuras 9 y 10) de los informes ACS IOL 101 y ACS IOL 105 correspondientes a los
productos 2 y 5 del contrato No 2-02-26100-946-2008 que tenían como objeto la
evaluación por metodología NIOSH de los parámetros etil, metil y butil mercaptanos,
monometilamina, sulfuro de hidrógeno de acuerdo con la resolución 610 del 24 de Marzo
de 2010 del MAVDT en la PTAR El salitre y calibración e implementación de un modelo
de dispersión de dichos parámetros para la PTAR el salitre. Se citan los resultados del
contrato del 2008 ya que se evaluaron puntos similares a los evaluados en el presente
contrato y ésta información es de utilidad en la verificación del comportamiento de la
concentración del sulfuro de hidrógeno.
Hay que aclarar que los puntos de comparación de la Figura 9 y 10 son los
correspondientes a P1 y P4, pues estos puntos se encuentran dentro de la zona en los
que fueron evaluados los puntos del presente contrato (Figura 8). El punto 1 de la Figura
9 se encuentra al lado de la zona de captación, por esta razón su ubicación no es
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 41 de 63
exactamente la misma que con el punto 1 de la Figura 8, pero al ser cercana su ubicación
a los tornillos de elevación, nos permite comparar el comportamiento de la concentración
de H2S. El punto 1 de la figura 10 es homólogo con el de la Figura 8 pues estos se
encuentran en la parte superior de los tornillos de elevación.
La comparación anteriormente descrita permite tener confianza en los datos obtenidos y
en el ingreso de los mismos al modelo de dispersión.
Figura 8. Ubicación monitoreo de los puntos en el monitoreo Marzo - Abril. 20106.
Gráfico 2. Concentraciones puntuales encontradas en el monitoreo Marzo Abril 2010 para
el Punto 17.
6 Información del Producto 2 (Informe ACS IOL 108) del presente contrato. 7 Ídem.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 42 de 63
0
10
20
30
40
50
60
70
16/03/2010
09:56 p.m
.
17/03/2010
10:28 p.m
.
18/03/2010
10:40 p.m
.
19/03/2010
10:13 p.m
.
22/03/2010
10:06 p.m
.
23/03/2010
10:15 p.m
.
24/03/2010
10:21 p.m
.
25/03/2010
10:30 p.m
.
26/03/2010
10:10 p.m
.
27/03/2010
10:20 p.m
.
29/03/2010
10:05 a.m
.
31/03/2010
10:00 a.m
.
01/04/2010
10:05 a.m
.
03/04/2010
09:48 p.m
.
04/04/2010
10:03 a.m
.
Concentración H
2S (ppm)
Emisiones Marzo Abril 2010
Gráfico 3. Concentraciones puntuales encontradas en el monitoreo Marzo Abril 2010 para
el Punto 28.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
16/03/2010
10:04 p.m
.
17/03/2010
10:39:00 p.m
.
18/03/2010
10:30:00 p.m
.
19/03/2010
09:52:00 p.m
.
22/03/2010
09:55:00 p.m
.
23/03/2010
10:05 p.m
.
24/03/2010
10:07 p.m
.
25/03/2010
10:15 p.m
.
26/03/2010
10:28:00 p.m
.
27/03/2010
09:59:00 p.m
.
29/03/2010
09:59 p.m
.
31/03/2010
10:15 a.m
.
01/04/2010
10:15 a.m
.
03/04/2010
10:01 p.m
.
04/04/2010
10:18 a.m
.
Concentración H
2S (ppm)
Emisiones Marzo Abril 2010
Figura 9. Ubicación de los puntos en el monitoreo Enero Febrero 2009.9
8 Ídem. 9 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE MUESTREO DE MERCAPTANOS, MONOMETILAMINA Y SULFURO DE HIDRÓGENO EN LA PTAR EL SALITRE. Producto 2 (Informe ACS IOL 101) contrato 2-05-26100-946-2008. Figura No 7.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 43 de 63
P3
P1
P2
P5
P6
P4
Grafico 4. Concentraciones puntuales encontradas en el monitoreo Enero Febrero 200910.
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
31/01/2009 8:26 a.m. Punto 6
05/02/2009 8:40 p.m. Punto 2
05/02/2009 8:36 p.m. Punto 4
07/02/2009 8:22 p.m. Punto 1
07/02/2009 8:45 p.m. Punto 4
08/02/2009 7:18 p.m. Punto 1
Concentración H
2S (ppm)
Emisiones Enero Febrero 2009
10 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN METEOROLÓGICA EXISTENTE Y RELACIONADA Y DE LOS ESTUDIOS CUALITATIVOS DE LA PTAR EL SALITRE. Producto 3 (Informe ACS IOL 103) contrato 2-05-26100-946-2008. Gráfico 7.1.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 44 de 63
Figura 10. Ubicación monitoreo de los puntos en el monitoreo Sept.- Oct. 200911.
Grafico 5. Concentraciones puntuales encontradas en el monitoreo Sept. -Oct. 200912.
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
27/09/2009 07:58 a.m. Punto 1
28/09/2009 08:24 p.m. Punto 1
01/10/2009 06:57 p.m. Punto 1
03/10/2009 07:39 p.m. Punto 1
05/10/2009 07:09 p.m. Punto 1
06/10/2009 08:44 p.m. Punto 1
Concentración H
2S (ppm)
Emisiones Septiembre Octubre 2009
11 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE VALIDACIÓN DE LOS DATOS DE SULFURO DE HIDRÓGENO OBTENIDOS EN LAS JORNADAS DE MONITOREO REALIZADAS EN EL MARCO DEL PRODUCTO 3. Producto 5 (Informe ACS IOL 105) contrato 2-05-26100-946-2008. Figura No 7 12 Ídem. Tabla 6.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 45 de 63
El Gráfico 4 muestra que en los monitoreos solo hubo presencia de sulfuro de hidrógeno
en los puntos 1, 2, 4 y 6 de la Figura 9, en el resto de puntos la concentración de sulfuro
de hidrógeno está por debajo del límite de detección. Esto es concordante con los
resultados obtenidos en los puntos de monitoreo 1 y 2 de la Figura 8, pues la presencia
de H2S se presentó en éstos puntos que son los más cercanos a los puntos 1 y 2 de la
figura 9. De la misma manera ocurre con el Gráfico 5. El punto 1 es el único que reportó
presencia de H2S, el resto de puntos se encuentran debajo del límite de detección. Estos
resultados finalmente lo que indican es que la mayor cantidad de H2S se encuentra en el
punto de captación del agua para tratamiento (Punto 1 Figura 8).
Con el fin de determinar la mayor emisión posible de H2S, se modificaron las horas de
muestreo, y así la concentración aumentó en la estructura de captación como se observa
en el Gráfico 2. Este cambio de horario se generó debido a que en estas horas las
condiciones más críticas del viento (mayor estancamiento del viento) se presentan y por
ende en estas condiciones se encuentra la máxima concentración de sulfuro de hidrógeno
en la atmósfera.
Para el modelamiento de los resultados presentados en el Gráfico 2 correspondiente al
Producto 2 (Informe ACS IOL 108) del presente contrato se observa una tendencia de la
concentración del contaminante durante los días monitoreados entre horas de la noche y
la madrugada. Por tal motivo el dato de emisión alimentado al modelo se tomará como el
promedio de datos obtenidos.
Posteriormente con los datos de emisión estimados mediante el software WATER 9 y la
obtenida durante el monitoreo se prosiguió a alimentar dicha información al modelo de
dispersión de contaminantes en el software AERMOD.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 46 de 63
5. RESULTADOS Y ANALISIS
5.1. GENERAL
Los resultados de los análisis de las muestras tomadas en los puntos de muestreo
establecidos para la PTAR El Salitre, reportaron la presencia de sulfuro de hidrógeno
(H2S) en las muestras correspondientes. De acuerdo a los resultados encontrados en el
informe ACS IOL 10313 del contrato No 2-05-26100-946-2008 los parámetros metil, etil y
butil mercaptanos y monometilamina detectados son inferiores al límite de detección en el
predio de la planta de tratamiento PTAR el Salitre, por tal razón no fueron incluidos en el
marco del presente contrato y el modelo de dispersión implementado se basó únicamente
en la dispersión del sulfuro de hidrógeno.
Las emisiones estimadas para cada unidad de la planta, fueron determinadas mediante
una simulación de emisiones atmosféricas de cada unidad por lo tanto se adoptaron
suposiciones y valores por defecto en el software para la estimación. Sin embargo, se
ingresaron parámetros técnicos propios de las unidades que componen la planta para
ajustar la simulación.
Las concentraciones de olores fueron estimadas en un área de influencia rectángulo de
1500 m (Sur-Norte) x 1500 m (Oriente –Occidente) con la fuente de área localizada en el
rectángulo de influencia mas acercado a la zona de la Ciudadela Colsubsidio, y los datos
meteorológicos usados en la simulación se obtuvieron de la estación meteorológica
instalada en sitio de evaluación y fueron proporcionados por la planta de tratamiento
PTAR el Salitre. La malla contempla un total de 2500 receptores.
El área fue obtenida desde un punto arbitrario para que el mapa de dispersión de olores
alcanzara la zona de la Ciudadela Colsubsidio. El punto de referencia u origen de la malla
13 AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN METEOROLÓGICA EXISTENTE Y RELACIONADA Y DE LOS ESTUDIOS CUALITATIVOS DE LA PTAR EL SALITRE. Producto 3 (Informe ACS IOL 103) contrato 2-05-26100-946-2008.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 47 de 63
(Ver Figura 11) fue el de Latitud 4°43'38.4"N y Longitud 74°7'29.93"O equivalente a las
coordenadas planas Gaussianas (X, Y)=(1015176,990396).
Esto permite evaluar el comportamiento de la dispersión en las diferentes condiciones
meteorológicas que se presenten a lo largo del año y de esta forma identificar las zonas
potencialmente afectadas a lo largo del año.
Se tuvieron en cuenta los efectos del terreno en la simulación (deposición). En este punto
se selecciona un terreno plano que no interfiere con la dispersión del contaminante. Pues
como se mencionó anteriormente el sulfuro de hidrógeno a las condiciones más críticas,
que es el caso de éste modelamiento, no se dispersa fácilmente formando una nube
concentrada de olores y que se transporta fácilmente a grandes distancias sin importar la
presencia de barreras.
Los diferentes resultados de los modelos de dispersión desarrollados sobre el área de
influencia son presentados en el ANEXO 1. En general, las distribuciones de las
concentraciones siguen la dirección del viento. Los valores máximos dependen de las
velocidades de emisión y de los datos meteorológicos usados.
5.2. DISPERSIÓN DE OLORES
En la Tabla 15, se presentan las concentraciones máximas de olores según los cálculos
de dispersión en los diferentes escenarios y se comparan con la del umbral de malos
olores establecidos en la Resolución 610 de 2010 del MAVDT14 de 7,0 µg/m3. Estos datos
de concentración máxima son calculados y mostrados directamente por el programa de
simulación.
14 Remítase al Artículo 5. Tabla No.3 en la línea correspondiente a sulfuro de hidrógeno.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 48 de 63
Tabla 15. Concentraciones máximas reportadas en la modelación para cada escenario
ESCENARIO COORDENADAS
(Geográficas) CONCENTRACIÓN
(µg/m3) Norte Oeste Norma Modelo
Promedio Anual 4°44'18.04"N 74°7'18.83"O
7,0 242,3 Periodo seco 7,0 292,6
Periodo húmedo 7,0 215,1
En la figura 11 se muestra la localización del punto reportado de concentración máxima
estimada.
Figura 11. Localización del punto de concentración máxima estimada para los tres
escenarios
En este estudio, el pico de concentración máxima de sulfuro de hidrógeno resultante para
los tres escenarios, se encuentra dentro del predio propio de la PTAR El Salitre entre la
zona de captación y desarenado - desengrasado. Los valores obtenidos exceden el límite
normativo establecido en la Resolución 610 de 2010 del MAVDT de 7,0 µg/m3, por lo que
es necesario implementar medidas de aseguramiento del personal. Sin embargo estos
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 49 de 63
picos se presentan en las instalaciones propias de la planta sin afectar a la comunidad
aledaña.
En las planchas P3 PTAR-MD H2S, P3 PTAR MD-DRY H2S, P3 PTAR MD-WET H2S (ver
ANEXO 1), se muestran las isopletas de concentración de sulfuro de hidrógeno y su
comportamiento en el área de influencia. El rango de cada isopleta se estableció entre 1 y
25 µg/m3 rango en el cual se puede tener una resolución adecuada para observar el
comportamiento de la dispersión de contaminantes en el área de influencia, ya que al
aumentar el valor de la escala no se diferenciarían los rangos bajos de concentración
sobre los cuales están la mayoría de los datos.
Como se puede observar en las isopletas, las concentraciones promedio estimadas que
llegan a los límites del área de la Ciudadela Colsubsidio son menores a 19 µg/m3 para
promedio anual, 20 µg/m3 para período seco, y menores a 13 µg/m3 para período
húmedo.
En los tres casos, los límites normativos son superados por la operación de las fuentes de
emisión de H2S involucradas en el proceso de tratamiento de la PTAR El Salitre de
acuerdo con la simulación estimada.
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido una
concentración máxima aceptable de 29800 µg/m3 (20 ppm) en el trabajo con un nivel
máximo de 74600 µg/m3 (50 ppm) permitido por 10 minutos si no hay otras exposiciones
detectables. El Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) recomienda
un nivel de exposición máxima de 15000 µg/m3 (10 ppm)15.
En cuanto a exposición a largo plazo, estudios internacionales han reportado que el
personal expuesto a niveles continuos de H2S de 29800 µg/m3 (20 ppm), demostraron
15 OSHA (Administración de seguridad y salud ocupacional, departamento del trabajo de los
EEUU). http://www.osha.gov/as/opa/spanish/index.html.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 50 de 63
perdida de concentración, y migrañas recurrentes, pero no se ha demostrado causales de
muerte por exposición a largo plazo de trabajadores expuestos a estos niveles de
concentración. Adicionalmente, el H2S empieza a tener efectos solo de tipo sensorial a
concentraciones de 0.2 a 2 µg/m3 (0.0001 a 0.0013 ppm) dependiendo de la pureza,
llegando a ser molesto u ofensivo a concentraciones de 7 µg/m3 (0.005 ppm)16.
Las concentraciones máximas generadas por el modelamiento que llegan a la Ciudadela
Colsubsidio se resumen en la Tabla 16.
Tabla 16. Concentraciones máximas estimadas de H2S en el modelamiento para cada
escenario en la zona de la Ciudadela Colsubsidio.
ESCENARIO COORDENADAS
(Geográficas) CONCENTRACIÓN
(µg/m3) Norte Oeste Norma Modelo
Promedio Anual 4°43'51.29"N 74° 7'10.32"O
7,0 19 Periodo de sequía 7,0 20 Periodo húmedo 7,0 13
Para el escenario que representa la época húmeda se observa un descenso en la
concentración obteniéndose valores inferiores en comparación con el periodo de sequía y
el promedio anual. Esto corresponde a un efecto de lavado del sulfuro de hidrógeno
presente en el aire que es soluble en el agua aumentando el proceso de deposición
húmeda y por lo tanto disminuye la concentración del contaminante.
En la Figura 12 se observa los límites de la Ciudadela Colsubsidio, y el punto donde se
genera la concentración máxima estimada señaladas en la Tabla 16.
16 WHO Regional Office for Europe. AIR QUALITY GUIDELINES., Copenhagen, Denmark, 2000.
Chapter 6.6. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. National Technical Information Service (NTIS). PUBLIC HEALTH STATEMENT. Atlanta.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 51 de 63
Figura 12. Localización de las concentraciones estimadas en los límites de la Ciudadela
Colsubsidio. En esta figura encontramos el Punto de concentración máxima ( ), y el límite
del predio ( )
La concentración de contaminante a distancias similares del foco de emisión (fuente
generadora de H2S), depende del comportamiento de las corrientes alrededor de este y
de las fuentes cercanas de generación de contaminante. Por ejemplo, si comparamos
dos puntos, uno más alejado del foco que el otro, la concentración de contaminante en el
punto más alejado de emisión principal o mayoritaria aumenta cuando cerca a ella se
encuentran otros focos de generación de contaminantes.
Las concentraciones del estudio de olores en la línea base ambiental del predio como se
observa en el Producto 2 (Informe ACS IOL 108) del presente contrato oscilaron entre 2,8
y 24,7 µg/m3. A diferencia de los contaminantes convencionales como dióxido de azufre
(SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y material particulado (PST y PM-10), el principal aporte
de H2S es generado por la operación de la planta y en segunda instancia por fuentes de
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 52 de 63
emisión como el humedal Juan Amarillo, la cuenca del rio, el canal El Salitre y demás
lugares donde se presente descomposición de materia orgánica.
En las figuras 13, 14 y 15 se observa la ubicación de los puntos sobre las isopletas
generadas por el modelo de dispersión. Y en la Tabla 17 se establece la comparación
puntual de los resultados obtenidos en las estaciones del monitoreo de línea base con los
datos arrojados por el modelamiento.
Figura 13. Localización de los puntos del monitoreo de línea base de olores sobre el
plano de dispersión para datos de promedio anual.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 53 de 63
Figura 14. Localización de los puntos del monitoreo de línea base de olores sobre el
plano de dispersión para datos de deposición seca.
Figura 15. Localización de los puntos del monitoreo de línea base de olores sobre el
plano de dispersión para datos de deposición húmeda.
Estación 3
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 54 de 63
Tabla 17. Comparación de las concentraciones de la línea base de olores con los
modelos de dispersión.
Como se observa en la Tabla 17, las concentraciones estimadas para la Estación 1
ubicada a favor de la dirección del viento sobre la pluma de dispersión, varían entre 2,9 y
16,4 µg/m3, y los datos arrojados por el modelamiento llegan aproximadamente hasta
16 µg/m3 para deposición seca.
Las concentraciones estimadas para la Estación 2 ubicada cerca a la zona del
parqueadero, varían entre 2,8 y 24,7 µg/m3; y los datos arrojados por el modelamiento
llegan hasta 1 µg/m3 para deposición seca.
Datos Concentración (µg/m3)
Estación 1 Estación 2 Estación 3
Coordenadas 04º43'58,7'' N 74º07'18,0" O
04º44'12,7'' N 74º07'15,2" O
04º44'12,7' N 74º07'24,8" O
Con
cent
raci
ón d
ada
por
el
mod
ela
mie
nto
Promedio anual ≈ 6,0 < 1,0 < 1,0
Deposición seca ≈ 16,0 ≈ 1,0 ≈ 2,5
Deposición húmeda
≈ 5,0 < 1,0 < 1,0
Con
cent
raci
ón d
ada
por
la
línea
bas
e
Máximo 16,4 24,7 18,8
Medio 9,4 13,4 12,7
Mínimo 2,9 2,8 8,0
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 55 de 63
De igual manera las concentraciones estimadas para la Estación 3 ubicada cerca a los
decantadores del parqueadero de las oficinas principales de la planta, varían entre 8,0 y
18,8 µg/m3, y los datos arrojados por el modelamiento llegan a 2,5 µg/m3 para deposición
seca.
Debido a que el modelamiento de dispersión toma en cuenta una dirección de viento
predominante, las concentraciones estimadas por éste serán congruentes con los puntos
ubicados sobre la pluma de dispersión y la dirección del viento. Es por esto que para la
Estación 1 los datos estimados son los más parecidos a los generados por el estudio de
línea base de olores, ya que la ubicación del punto de la estación se localiza sobre la
pluma teórica de dispersión y es de esperar que eventualmente la concentración de H2S
llegue hasta los valores críticos presentados por el modelamiento (16 µg/m3) como se
puede observar al comparar los valores de deposición seca con el máximo valor reportado
en el monitoreo de línea base (16,4 µg/m3).
Para las Estaciones 2 y 3, el modelo no genera valores parecidos o cercanos a los
presentados en el monitoreo. Pues la captación del contaminante H2S es mayor, por la
cercanía de estas estaciones a las fuentes de emisión comparados con la Estación 1.
Debido a los eventuales cambios de clima y concentración sobre todas las unidades de
tratamiento, se pueden elevar los niveles de H2S a valores como los máximos
presentados de 24,7 µg/m3 y 18,8 µg/m3 en las estaciones 2 y 3 respectivamente.
Los resultados obtenidos por el modelamiento de dispersión en las Estaciones 2 y 3
indican que hay otras fuentes generadoras de H2S. Se infiere que hay otras fuentes de
generación de sulfuro de hidrógeno ya que en el modelamiento de dispersión se
emplearon las fuentes fijas presentadas en la Tabla 14 y los resultados a partir de estas
se alejan del promedio obtenido en el monitoreo para las Estaciones 2 y 3, es decir, estas
fuentes son ajenas a la planta de tratamiento, muy posiblemente su origen sea el cauce
del canal El Salitre antes de ingresar a la PTAR El Salitre.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 56 de 63
Teniendo en cuenta el aporte de H2S deducido por el modelamiento de dispersión, se
realiza un ajuste del modelo para la dispersión de sulfuro de hidrógeno empleando los
resultados de promedio anual. El resultado se puede observar en el ANEXO 1, isopleta P3
PTAR MD H2S AJUSTADO con la ubicación de las estaciones (Figura 16). El ajuste se
realizó con un factor de 5 para las fuentes de emisión de H2S empleadas en el
modelamiento, factor de corrección que se determinó por ensayo y error con el simulador
de tal forma que se ajustaran los valores de Promedio Anual estimados por el
modelamiento sobre las Estaciones 2 y 3 con los valores de concentración dados por la
línea base de la Tabla 17.
El factor de corrección se aplica a las emisiones de la Tabla 14, pues los nuevos valores
reportan el valor adicional que aportan las fuentes ajenas a las pertenecientes a la PTAR
el Salitre, los resultados se pueden ver en la Tabla 18.
Tabla 18. Emisiones Estimadas para el Modelamiento Ajustado.
ELEMENTO UNIDADES VALOR Estructura de toma de agua
(tornillos de elevación) g/s 4,0
Canales de aireación (desengrasado desarenado)
g/s 5,0
Decantador primario g/s 0,35 Espaciado libre del decantador g/s 0,0005
Espesador de lodos g/s 0,2 Descarga al cuerpo de agua g/s 0,15
Al emplear los datos de la Tabla 18 y siguiendo el procedimiento descrito en la sección 3
se obtienen los resultados de modelo de dispersión mostrados en la Tabla 19.
Al hacer el ajuste con los datos de las estaciones medidas se observa que la afectación
simulada es mayor en las zonas residenciales (Figura 16) por tanto se evidencia que
existe generación de sulfuro de hidrógeno en sitios distintos a la PTAR EL Salitre. En
otras palabras el sol actuando como fotocatalizador provoca un efecto de generación de
sulfuro de hidrógeno ya que estimula las bacterias sulfatoreductoras presentes en zonas
aledañas a la planta de tratamiento.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 57 de 63
Tabla 19. Comparación de las concentraciones de la línea base de olores con el modelo
de dispersión ajustado.
Figura 16. Localización de los puntos del monitoreo de línea base de olores sobre el
plano de dispersión para datos de deposición Promedio Anual Ajustado.
Datos Concentración (µg/m3)
Estación 1 Estación 2 Estación 3
Coordenadas 04º43'58,7'' N 74º07'18,0" O
04º44'12,7'' N 74º07'15,2" O
04º44'12,7' N 74º07'24,8" O
Concentración dada por el modelamiento
Promedio anual
≈ 63 < 12,25 < 13
Concentración dada por la línea base Medio 9,4 13,4 12,7
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 58 de 63
6. CONCLUSIONES
El modelo U.S EPA ISCST3 es adecuado, ya que las características de la PTAR El Salitre
pueden adecuarse a las condiciones requeridas por el modelo, que son principalmente
datos disponibles y accesibles.
En los tres escenarios meteorológicos los valores máximos reportados exceden el límite
normativo por lo que es necesario implementar medidas de aseguramiento del personal.
De los modelos de dispersión se obtuvieron los siguientes resultados:
La concentración máxima estimada que llega a la Ciudadela Colsubsidio en el
modelo sin ajuste para H2S fue de 19 µg/m3 para promedio anual, 20 µg/m3 para
deposición seca y 13 µg/m3 para deposición húmeda, dichos valores exceden el límite
normativo de 7,0 µg/m3 establecido en la Resolución 610 del 24 de Marzo del 2010 del
MAVDT de 7,0 µg/m3.
El factor de ajuste para el modelo es de 5 para las fuentes de emisión, arrojando un
valor máximo de 63 19 µg/m3 e indicando que hay fuentes diferentes a las evaluadas
que generan H2S.
La concentración estimada por el modelamiento sin ajuste para deposición seca fue
de 16 µg/m3, valor similar al máximo reportado en el estudio de línea base de 16,4
µg/m3 en la Estación 1 situada en dirección del viento sobre la pluma teórica de
dispersión y alejada de la operación de la planta de tratamiento.
Las diferencias encontradas del modelo de dispersión y los resultados de la línea base de
olores radican en las suposiciones ideales de dispersión de contaminantes sobre el
modelamiento como son:
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 59 de 63
1. Considerar un flujo predominante del viento. La pluma de dispersión se genera en
una sola dirección es decir que las variaciones encontradas en las estaciones 2 y 3
de la línea base de olores no solo se deben al eventual aumento de emisión de H2S
en las fuentes más cercanas a cada estación sino también a la acumulación de
contaminantes provenientes de todas las fuentes sobre el punto debido a la
dinámica variante del viento y los fenómenos de dispersión.
2. Las concentraciones estimadas por el modelo de dispersión son criticas o máximas
y por lo tanto las concentraciones reales como se reportan en el estudio de línea
base de olores pueden ser menores a las estimadas.
3. El monitoreo de línea base de olores recoge muestras en periodos de tiempo
extensos, mientras que los modelamientos se basan en estimaciones a partir de la
emisión de fuentes puntuales, que para el presente estudio se tomaron de tal forma
que se favoreciera la mayor captación de H2S, teniendo en cuenta esto, estos
valores máximos reportados por el modelamiento son eventuales y no representan
el comportamiento durante todo el tiempo de operación de la planta.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 60 de 63
7. RECOMENDACIONES
Es necesario realizar seguimiento a los monitoreos de olores ya que eventualmente la
planta puede estar emanando cantidades de sulfuro de hidrógeno que pueden afectar
a la comunidad vecina.
Debido a las elevadas concentraciones de H2S, no solo se debe mitigar la emisión de
este contaminante para beneficio de las comunidades vecinas, sino que también se
debe tener en cuenta, la afectación de los trabajadores expuestos a niveles de H2S
que superen los límites de salud ocupacional.
De igual manera las elevadas concentraciones de H2S son perjudiciales no solo para el
personal sino también para la operación de la planta debido al efecto de corrosión de
este compuesto. Por ese motivo se deben establecer medidas de control para este
compuesto durante todo el proceso de tratamiento para evitar problemas de corrosión
y de esta manera disminuir costos de mantenimiento y operación.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 61 de 63
BIBLIOGRAFÍA
[1]. LAKES ENVIROMENTAL SOFTWARE. ISC – AERMOD View. V 3.3. 1996.
[2]. http://www.weblakes.com/guides/iscst3/section6/
[3]. Google Earth ®. SOTWARE.
[4]. WATER 9. SOFTWARE US EPA.
[4]. Información técnica PTAR El Salitre 2009. Copia en medio magnético EAAB. Planos
unidades y caracterización A.R.PTAR.
[5]. RESOLUCIÓN 610 del 24 de Marzo del 2010. Ministerio de Medio Ambiente, Vivienda
y Desarrollo Territorial.
[6]. AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA
INFORMACIÓN METEOROLÓGICA EXISTENTE Y RELACIONADA Y DE LOS
ESTUDIOS CUALITATIVOS DE LA PTAR EL SALITRE. Producto 3 (Informe ACS
IOL 103) contrato 2-05-26100-946-2008.
[7]. AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE VALIDACIÓN DE LOS DATOS DE
SULFURO DE HIDRÓGENO OBTENIDOS EN LAS JORNADAS DE MONITOREO
REALIZADAS EN EL MARCO DEL PRODUCTO 3. Producto 5 (Informe ACS IOL
105) contrato 2-05-26100-946-2008.
[8]. AIR CLEAN SYSTEMS S.A. INFORME DE RESULTADOS Y ANÁLISIS DEL
MONITOREO DE OLORES EN LA PTAR EL SALITRE. Producto 2 Informe (ACS
IOL 108). Contrato No 2-02-26100-0159-2010.
[9]. Office of Air Quality Planning and Standars U.S. Environmental Protection Agency
Research Triangle Park, NC. USER´S GUIDE FOR WATER9 SOFTWARE. Versión
2.0.0. Agosto. 2001. Pág. 13-5.
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 62 de 63
ANEXO 1
PLANCHAS DE ISOPLETAS – MODELO DE DISPERSIÓN PTAR EL
SALITRE
ACS IOL 109: Informe de Calibración e Implementación del Modelo de Dispersión de Sulfuro de Hidrógeno para la PTAR el Salitre y en su Zona de Influencia.
REVISIÓN 4 Noviembre de 2010
Página 63 de 63
ANEXO 2
REPORTE DE SALIDA ISC-AERMOD