La configuración y operación del tratamiento de aguas residuales influyen en la variabilidad temporal de las emisiones de olor de biosólidos digeridos anaeróbicamente.
El análisis mediante GC-SCD, TD-GC-MS y evaluación sensorial mostró mayores concentraciones y frecuencias de detección de compuestos clave (DMDS, DMS, DMTS, MeSH) en la Fase 1, superando a menudo los umbrales de olor y dificultando su reutilización beneficiosa. Se recomienda un seguimiento prolongado para mejorar las prácticas de gestión y favorecer una aplicación en suelos sostenible.
T. Guerrero1,*, R. Fisher1, A. Prata1,2 & R. Stuetz1
1UNSW Water Research Centre, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de Nueva Gales del Sur– UNSW Sydney, Sídney, Australia
2Departamento de Ingeniería Ambiental, Universidad Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP/Rio Claro, Brazil
Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.
Editor académico: Carlos N Díaz.
Calidad del contenido: Este artículo científico ha sido revisado por al menos dos revisores. Vea el comité científico aquí.
Citación: T. Guerrero, R. Fisher, A. Prata & R. Stuetz, 2025, Investigación De Las Emisiones De Olor En Biosólidos Para Su Reutilización Sostenible, Congreso OLORES25, Santiago, Chile, www.olores.org.
Copyright: 2025 Olores.org. Los autores retienen la propiedad del copyright de sus artículos, pero los autores permiten a cualquier persona descargar, reusar, reimprimir, modificar, distribuir y/o copiar artículos del sitio web de olores.org, siempre que se citen los autores originales y las fuentes. No es necesario permiso específico de los autores o de los editores de esta web.
ISBN: pendiente
Palabras clave: Tratamiento de aguas residuales, Estabilización de lodos, Gestión de biosólidos, Reutilización beneficiosa, Aplicación agrícola, Emisiones atmosféricas, Compuestos volátiles
Resumen
Las emisiones de olores representan grandes desafíos para el uso de los biosólidos en tierras agrícolas, afectando los costos operativos y la aceptación pública. Factores como las prácticas de manejo y el tratamiento de los lodos son clave en la generación de olores. En este estudio se evaluaron los efectos de la configuración y operación de tratamiento de aguas residuales sobre la variabilidad temporal de las emisiones de olores de los biosólidos. Se analizaron las emisiones de biosólidos digeridos anaeróbicamente en dos períodos distintos utilizando cromatografía de gases con detector de quimiluminiscencia de azufre (GC-SCD) y un puerto de detección olfatométrica acoplado a TD-GC-MS. Panelistas evaluaron la intensidad de los eventos olfativos y los descriptores, describiendo las características sensoriales de los compuestos odorantes. Los resultados mostraron diferencias en concentraciones y tendencias temporales entre las fases, siendo la fase 1 la que presentó mayores frecuencias de detección y concentraciones de CSVs, suficientes para también generar una diferencia en la percepción sensorial. Las tendencias generales entre los comportamientos de los compuestos fueron consistentes. Los principales compuestos odorantes fueron DMDS, DMS, DMTS y MeSH, que persistieron y superaron frecuentemente los umbrales de detección de olores, lo que sugiere desafíos para el uso beneficioso de los biosólidos. Se requiere más investigación, incluida una mayor periodización de muestreo y monitoreo de parámetros operacionales, para comprender mejor estas variaciones y los efectos de las prácticas de aplicación sobre los compuestos volátiles, apoyando el uso sostenible de los biosólidos.
1. Introducción
La digestión anaeróbica se utiliza para tratar los lodos de aguas residuales y producir biosólidos estabilizados. Sin embargo, dicho tratamiento está asociado a la emisión de compuestos sulfurados volátiles (CSVs), que resultan de la degradación anaeróbica de materia orgánica (Lehtinen y Veijanen, 2011) y proteínas (Fisher et al., 2019). Los CSVs se caracterizan por sus malos olores y umbrales de detección bajos, lo que los convierte en los principales compuestos odorantes de los biosólidos (Fisher et al., 2018b). Las emisiones de olores son cruciales para la viabilidad del uso beneficioso de los biosólidos, ya que afectan la aceptación pública y aumentan los costos operativos. Predecir los patrones de emisión de CSVs sigue siendo un desafío debido a la complejidad de las interacciones entre las emisiones, la configuración del tratamiento y las prácticas operativas (Guerrero et al., 2025), así como procesos como el transporte, carga y descarga de los biosólidos, que pueden afectar la generación de compuestos odorantes (Chen et al., 2019; Guerrero et al., 2024). Muchos aspectos siguen siendo inciertos sobre la influencia de configuraciones específicas de procesamiento y la variabilidad operativa en las emisiones odorantes de los biosólidos. Comprender estas dinámicas es esencial para avanzar en la economía circular y promover estrategias sostenibles de gestión de residuos para los biosólidos. Por lo tanto, esta investigación tiene como objetivo investigar el impacto de la configuración y operación del tratamiento de aguas residuales sobre la variabilidad temporal de las emisiones de CSVs de los biosólidos digeridos anaeróbicamente.
2. Metodología
Se recolectaron muestras de biosólidos de una instalación de tratamiento de aguas residuales en Nueva Gales del Sur, Australia, que procesa lodos primarios mediante digestión anaeróbica y deshidratación por centrifugado. Tras la deshidratación, los biosólidos se almacenan en silos sellados y luego se cargan en camiones para su reutilización beneficiosa. Se investigó la variabilidad temporal de las emisiones mediante dos periodos de tiempo distintos (fases 1 y 2) con seis semanas de diferencia en invierno, sin cambios significativos en los procesos operacionales. Se analizaron un total de 36 muestras – 24 de la fase 1 (duplicados para evaluar la variabilidad del método) y 12 de la fase 2 – las cuales fueron almacenadas para luego evaluar las emisiones en UNSW Sídney durante 15 días. Las emisiones se extrajeron utilizando una campana de flujo dinámico (US EPA), siguiendo el procedimiento indicado por la norma AS/NZS 4323.4:2009, en duplicado y en seis intervalos de tiempo: 0, 2, 5, 8, 12 y 15 días.
El análisis de los CSV se realizó utilizando GC-SCD (GC 7890A y detector de quimiluminiscencia de azufre 355, Agilent Technologies, USA) y muestras estandarizadas para su cuantificación. Para el análisis sensorial, se utilizó un puerto de detección olfatométrica (ODP, Gerstel GmbH & Co., Alemania), conectado a un TD-GC-MS (GC-MS – GC 6890 N, MS 5973NS, Agilent Technologies). Dos panelistas entrenados evaluaron los caracteres olfativos y calificaron la intensidad de 1 (débil) a 4 (fuerte). Se confirmó la sensibilidad de los panelistas con pruebas de hexanal y geosmina. Los descriptores de olores se agruparon según características similares y tiempos de retención, utilizando aquellos reportados en la literatura para describir las propiedades olfativas de los CSV identificados (Nagata, 2003). La frecuencia modificada (MF%) se calculó para determinar los eventos olfativos principales, integrando frecuencia de detección F (%) y intensidad I (%) (Brattoli et al., 2013), en las Ecuaciones (1) a (3).
 |
 |
 |
|
3. Resultados y discusión
Nueve CSVs fueron detectados frecuentemente en las fases 1 y 2 (Fig. 1), incluyendo el disulfuro de dimetilo (DMDS), sulfuro de dimetilo (DMS), trisulfuro de dimetilo (DMTS), disulfuro de carbono (CDS), metilmercaptano (MeSH), disulfuro de isopropilo metilo (MIPDS) y disulfuro de dietilo (DEDS), mientras que el 2-propanotiol (2-PT) y sulfuro de metilo etílico (EMS) fueron exclusivos de la fase 1. Otros estudios han encontrado compuestos similares en emisiones de plantas de tratamiento de aguas residuales y biosólidos (Fisher et al., 2018b; Guerrero et al., 2025; Lehtinen y Veijanen, 2011; Sivret et al., 2016). En general, las concentraciones de CSVs fueron más altas en la fase 1 (7-7600 µg/m3) que en la fase 2 (5-3930 µg/m3), aunque en la fase 2 se encontraron concentraciones más altas en días específicos para algunos compuestos, como por ejemplo en los días 2, 5 y 8 para DMTS y MeSH. Los aumentos en las emisiones observadas en la fase 1 no solo fueron más frecuentes, sino que también alcanzaron niveles de concentración más altos. Las emisiones de la fase 1 superaron las de la fase 2 entre un 14 a 1780%, y cuando la fase 2 tuvo mayores concentraciones, las diferencias fueron menores (7-70%).
Las tendencias temporales también variaron entre las fases 1 y 2 durante los 15 días de muestreo (Fig. 1). En la fase 1, DMS mostró las concentraciones más altas (5450-7600 µg/m3), seguido por DMDS (906-4260 µg/m3). En la fase 2, DMDS y DMS tuvieron concentraciones similares (326-3920 µg/m3 y 632-3330 µg/m3, respectivamente). Los picos de concentraciones también variaron: DMDS alcanzó su máximo en el día 5 (3920 µg/m3) en la fase 1 y el día 12 (4260 µg/m3) en la fase 2; DMS alcanzó su pico en el día 12 (7600 µg/m3) en la fase 1, y en el día 0 (3330 µg/m3) en la fase 2. En la fase 2, MeSH alcanzó 497 µg/m3 en el día 5, mientras que en la fase 1 no se encontró su presencia. El único compuesto con una tendencia temporal comparable entre ambas fases fue el DMTS, que mostró una disminución brusca entre el día 0 y el día 2, con fluctuaciones hasta su concentración más baja en el día 15. Las concentraciones fueran mayores en la fase 1 al principio y al final, mientras que en la fase 2 fueron más altas entre los días 2 y 8. En Figura 3 (derecha) se presentan las frecuencias de observación para olores relacionados con la PTAS. Se puede observar una mayor frecuencia en comparación con los panelistas expertos, aunque los focos de acumulación de observaciones coinciden.
 |
| Fig. 1. Concentración de los compuestos sulfurados volátiles (CsVs) detectados durante los 15 días de las emisiones de los biosólidos en las fases (a) 1 y (b) 2. |
Estos hallazgos destacan los posibles impactos de la variabilidad operativa en las emisiones de CSVs, ya que la mayoría de los compuestos mostraron variabilidad en sus concentraciones, tendencias temporales, o ambos. Otros estudios, como los de Fisher et al. (2018a) y Guerrero et al. (2025), también encontraron alta variabilidad en las emisiones de CSVs, sugiriendo que los procesos de tratamiento de biosólidos probablemente influyen en la formación de estos compuestos. La producción de CSVs ocurre a través de rutas bioquímicas, como productos intermedios o finales de reacciones de degradación, metilación, desmetilación y oxidación (Higgins et al., 2006). Estos compuestos se forman a través de ciclos complejos de producción, degradación y transformación, vinculados a los procesos de digestión anaeróbica, lo que sugiere que son susceptibles a la variabilidad operativa. Sin embargo, se necesita un monitoreo adicional de los parámetros operacionales durante un período prolongado para comprender mejor las causas de estas fluctuaciones e identificar los factores que las generan.
Entre los CSVs detectados, los compuestos odorantes de mayor preocupación fueron DMDS, DMS, DMTS y MeSH, debido a sus bajos umbrales de detección olfativa (UDT) de 8,48 µg/m3, 7,6 µg/m3, 6,2 µg/m3 y 0,14 µg/m3, respectivamente. Estos compuestos superaron consistentemente sus UDT durante todos los días de muestreo, excepto MeSH en el día 15 de la fase 2, cuando no fue detectado. Lehtinen y Veijanen (2011) también observaron que DMS, DMDS y DMTS en WWRF superaron los umbrales de olor en múltiples ocasiones, así como Fisher et al. (2018b), quienes detectaron DMS en el procesamiento de biosólidos en concentraciones mucho más altas que su UDT, por varios órdenes de magnitud. Esto sugiere que estos compuestos podrían presentar desafíos significativos para la gestión de olores durante el procesamiento de biosólidos y para su reutilización beneficiosa. La persistencia de estos compuestos, evidenciada al superar los UDT hasta el día 15, sugiere el potencial de impactos de olor si los biosólidos se reutilizan beneficiosamente en tierras agrícolas. Aunque la interacción con el suelo podría funcionar como un mecanismo de control de olores mediante dilución, se necesita más investigación para evaluar los efectos de las prácticas de aplicación en tierras sobre la liberación de compuestos volátiles. Por lo tanto, se propone un índice de molestia por olores que usa un factor de ponderación similar a lo propuesto por la VDI 3883/2, solamente que en el caso propuesto se usa la variable de “intensidad”. Los valores del índice pueden variar en una escala de 0 a 100 y se obtiene mediante promedio aritmético de todas las observaciones asociadas a una cuadrícula de evaluación. El índice I se puede calcular de manera global para un determinado periodo de evaluación o bien para determinadas semanas k, donde Nk es el número total de observaciones en la semana k, Nik es el número de observaciones asociadas a una intensidad i y Wi corresponde al factor de ponderación propuesto en Tabla 2. El índice solamente considera las molestias de una instalación determinada; otros tipos de olor (ej. olores agradables o urbanos) son ponderados con un factor Wi de cero, independiente de su intensidad.
Los CSVs no solo se caracterizan por sus bajos UDT, sino también por sus olores desagradables, con propiedades olfativas previamente documentadas (Nagata, 2003; Fisher et al., 2018a). La evaluación sensorial mediante ODP identificó cinco eventos de olor utilizados para caracterizar el perfil olfativo de los CSVs (Fig. 2). La fase 1 mostró mayores frecuencias de detección (73% en la fase 1 y 53% en la fase 2) y mayores MFs% (25-87% en la fase 1 y 35-71% en la fase 2) en comparación con la fase 2, reflejando la variabilidad temporal observada en las concentraciones y sugiriendo que esta variación es suficiente para generar diferencias en la percepción sensorial. Un MF% superior al 50% puede indicar los olores más importantes (Brattoli et al., 2011); en este estudio, los más destacados fueran azufre putrido, olor de pescado y ajo putrido en la mayoría de los días de muestreo. Aunque vincular eventos de olor con compuestos específicos es desafiante, las evaluaciones sensoriales ayudan a identificar compuestos que pueden no ser detectados analíticamente y evaluar sus propiedades olfativas. Sin embargo, algunos compuestos volátiles solo son detectados mediante análisis químico, dependiendo de los métodos utilizados (Hudson y Ayoko, 2008). Por lo tanto, es importante utilizar tantos métodos sensoriales como analíticos para evaluar de manera integral toda la gama de compuestos responsables del olor en los biosólidos.
 |
| Fig. 2. Frecuencia modificada (MF%) de los eventos de olor detectados durante los 15 días de las emisiones de los biosólidos en las fases (a) 1 y (b) 2. |
4. Conclusiones
Este estudio destaca la influencia de la variabilidad temporal en las emisiones de VSC de los biosólidos digeridos anaeróbicamente. Se observaron diferencias en los niveles de concentración y las tendencias temporales entre las fases, con la fase 1 mostrando consistentemente mayores frecuencias de detección y concentraciones, suficientes para también generar una diferencia en la percepción sensorial. DMDS, DMS, DMTS y MeSH superaron frecuentemente sus UDTs, identificando estos compuestos como los principales responsables del olor en la gestión de biosólidos. La persistencia de estos compuestos, superando sus UDT hasta el día 15, sugiere posibles desafíos en el control de la emisión de olores para el uso beneficioso de los biosólidos. Se requiere más investigación con períodos de muestreo extendidos y monitoreo de los parámetros operacionales para comprender mejor las causas de estas variaciones, así como estudios que exploren los efectos de las prácticas de aplicación de tierras sobre la liberación de compuestos volátiles para apoyar el uso sostenible de los biosólidos.
5. Referencias
Brattoli, M., Cisternino, E., Dambruoso, P., De Gennaro, G., Giungato, P., Mazzone, A., et al. 2013. Gas Chromatography Analysis with Olfactometric Detection (GC-O) as a Useful Methodology for Chemical Characterization of Odorous Compounds. Sensors 13, 16759-16800.
Chen, Y-C., Higgins, M., Murthy, S., Maas, N., Covert, K., Weaver, J., et al. 2004. Mechanisms for the production of odorous volatile aromatic compounds in wastewater biosolids. Proceedings of the Water Environment Federation, 2004: 540-553.
Fisher, R. M., Alvarez-Gaitan, J. P., y Stuetz, R. M. 2019. Review of the effects of wastewater biosolids stabilization processes on odor emissions. Critical Reviews in Environmental Science and Technology 49(17), 1515–1586.
Fisher, R. M., Barczak, R. J., Hayes, J. E., y Stuetz, R. M. 2018a. Framework for the use of odour wheels to manage odours throughout wastewater biosolids processing. Science of the Total Environment 634, 214-223.
Fisher, R. M., Le-Minh, N., Alvarez-Gaitan, J. P., Moore, S. J., y Stuetz, R. M. 2018b. Emissions of volatile sulfur compounds (VSCs) throughout wastewater biosolids processing. Science of the Total Environment 616, 622-631.
Guerrero, T.N., Fisher, R.M., Prata, A.A. y Stuetz, R. 2024. Sensory Assessment of Odour Emissions in Wastewater Treatment: Implications for Biosolids Management, Chemical Engineering Transactions 112, 73-78.
Guerrero, T. N., Le-Minh, N., Fisher, R. M., Prata Jr, A. A., y Stuetz, R. M. 2025. Odour emissions from anaerobically co-digested biosolids: Identification of volatile organic and sulfur compounds. Science of The Total Environment 959, 178192.
Higgins, M.J., Chen, Y.C., Yarosz, D.P., Murthy, S.N., Maas, N.A., Glindemann, D., et al. 2006. Cycling of Volatile Organic Sulfur Compounds in Anaerobically Digested Biosolids and its Implications for Odors. Water Environment Research 78, 243-252.
Hudson, N., Ayoko, G.A. 2008. Odour sampling 1: Physical chemistry considerations. Bioresource Technology 99, 3982-3992.
Lehtinen, J. y Veijanen, A. Odour Monitoring by Combined TD–GC–MS–Sniff Technique and Dynamic Olfactometry at the Wastewater Treatment Plant of Low H2S Concentration. Water, Air, & Soil Pollution 218, 185-196.
Nagata, Y. 2003. Measurement of odor threshold by triangle odor bag method. Measurement of Odor Threshold by Triangle Odor Bag Method, 118-127.
Sivret, E. C., Wang, B., Parcsi, G. y Stuetz, R. M. 2016. Prioritisation of odorants emitted from sewers using odour activity values. Water Research 88, 308–321.