Uciążliwość zapachowa/Metody oceny skuteczności dezodoryzacji

Metody oceny skuteczności dezodoryzacji

Miarą skuteczności dezodoryzacji może być np. stopień zmniejszenia:

• stężenia określonego zanieczyszczenia lub określonych zanieczyszczeń emitowanych gazów (wpływ zmian stężenia na zapach jest trudny do przewidzenia – bywa niekorzystny),
• intensywności zapachu gazu,
• odrazy, przy tej samej lub większej intensywności (poprawa hedonicznej jakości zapachu,
• zapachowego stężenia zanieczyszczeń w punkcie emisji,
• stężenia zapachowego w określonym punkcie otoczenia źródła odorantów w różnych sytuacjach meteorologicznych (oznaczanego metodami olfaktometrii terenowej lub obliczanego metodą modelowania dyspersji),
• największej odległości od źródła odorantów, w której ich zapach jeszcze jest wyczuwalny (w różnych sytuacjach meteorologicznych)
• intensywności w określonym punkcie otoczenia źródła odorantów (lub zmiana hedonicznej jakości zapachu),
• liczby skarg ludności otoczenia zakładu lub negatywnych opinii o jakości powietrza, wyrażanych w czasie badań socjologicznych.

Konsekwencje praw psychofizycznych

Skuteczność wyrażana jako stopień zmniejszenia stężenia zanieczyszczeń w strumieniu emitowanych gazów (w punkcie emisji) bardzo różni się od wyrażanej jako względna zmiana intensywności niepożądanego zapachu tych gazów. Wynika to z:

• logarytmicznego charakteru zależności intensywności zapachu od stężenia zapachowego (prawo Webera–Fechnera),
• zależności współczynnika Webera-Fechnera (k_W) od składu mieszaniny odorantów, który zmienia się pod wpływem zastosowanych czynników (poszczególne składniki mieszanin ulegają adsorpcji, absorpcji lub reakcjom utleniania w różnym stopniu).

Jeżeli można przyjąć, że współczynnik k_W zanieczyszczeń strumienia wpływającego i wypływającego z instalacji jest taki sam, obowiązują zależności:

$S_{wlot}=k_{W}\cdot log\,c_{od,wlot}$

$S_{wylot}=k_{W}\cdot log\,c_{od,wylot}$

${\frac {S_{wlot}}{S_{wylot}}}={\frac {log\,c_{od,wlot}}{log\,c_{od,wylot}}}$

co pozwala zależność między skutecznością dezodoryzacji wyrażoną jako względna zmiana intensywności zapachu (η_S), a wartościami stężenia zapachowego przed i po dezodoryzacji:

$\eta _{S}\,\%=100\%\,{\frac {S_{wlot}-S_{wylot}}{S_{wlot}}}=100\%\,[1-{\frac {log\,c_{od,wylot}}{log\,c_{od,wlot}}}]$

Konsekwencją tej zależności są sytuacje, w których mimo usunięcia np. 60–70% odorantów intensywność zapachu oczyszczanego gazu zmienia się w stopniu niezauważalnym.

• 
  Zależność między wartościami skuteczności dezodoryzacji, wyrażonymi jako względne zmiany intensywności zapachu (η_S%) i stężenia zapachowego (η_cod%); założenie: k_{W, wlot} = k_{W, wylot}.
• 
  Zależność intensywności zapachu (S) od względnej zmiany stężenia zapachowego (η_cod%); S według 10-stopniowej skali wzorców n-butanolowych, założenie: k_W = 1,5

---

Przykład

Jaka jest skuteczność dezodoryzacji η_S i η_cod, jeżeli c_odwlot = 1000 ou_E/m³, c_{od, wylot} = 100 ou_E/m³, a k_wlot = k_wylot = 2?

Obliczenia:

> Względna zmiana stężenia zapachowego:

100% · (1000 − 100) / 1000) = 90%

> Względna zmiana intensywności zapachu:

– intensywność przed dezodoryzacją: S_wlot = 2 · log 1000 = 6

– intensywność po dezodoryzacji: S_wylot = 2 · log 100 = 4

– względna zmiana S: 100% · (6 − 4) / 6 = 33%

---

Bezpośrednio odczuwalne efekty procesów dezodoryzacji mogą być bardziej zaskakujące wówczas, gdy nie można zaniechać uwzględniania zmian współczynnika Webera-Fechnera. Nieprzewidywalne zmiany parametrów równania Webera-Fechnera mogą mieć korzystny lub niekorzystny wpływ na sensorycznie ocenianą skuteczność procesu – możliwy jest np. wzrost intensywności zapachu strumienia wylotowego z instalacji (η_S < 0) przy równoczesnym zmniejszeniu się stężenia zapachowego (η_cod > 0), a zmniejszenie się intensywności zapachu nie zawsze oznacza obniżenie stężenia zapachowego.

Położenie prostych Webera-Fechnera dla gazu wlotowego (linia czerwona) i wylotowego (linia niebieska) a skuteczność dezodoryzacji η_cod i η_S; S – intensywność zapachu, Z – stopień rozcieńczenia próbki czystym powietrzem

Wyznaczanie współczynnika Webera-Fechnera przed i po dezodoryzacji – przykład

Wartości współczynnika Webera-Fechnera zanieczyszczeń strumienia wlotowego i wylotowego wyznacza się metodą skalowania intensywności zapachu, np. stosując roztworową skalę wzorców n-butanolowych. Pomiary są wykonywane zespołowo. Ocenia się poziomy intensywności zapachu próbek pobranych z obu strumieni (stężenie c_od,0), a następnie rozcieńczanych czystym powietrzem w różnym stopniu (Z). Współczynnik k_W jest współczynnikiem kierunkowym prostej:

$S=S_{0}-k_{W}\,log\,Z$

Równanie prostej wynika z zależności:

$S=k_{W}\,log\,c_{od}=k_{W}\,log{\frac {c_{od,0}}{Z}}$

$S=k_{W}\,log\,c_{od,0}-k_{W}\,log\,Z=S_{0}-k_{W}\,log\,Z$.

Konsekwencje rozprzestrzeniania się w otoczeniu emitora

Bezpośrednim wynikiem modelowania dyspersji odorantów są wartości stężenia zapachowego c_od,60m (średnie odniesione do 60 minut) we wszystkich węzłach siatki obliczeniowej w różnych sytuacjach meteorologicznych (określona siła i kierunek wiatru oraz stan równowagi atmosfery). Zbiór obliczonych wartości c_od,60m może być przekształcony w odpowiedni zbiór przewidywanych intensywności zapachu (S), jeżeli znany jest współczynnik Webera-Fechnera (k_W) danej mieszaniny odorantów.

Podstawą dalszych obliczeń jest róża wiatrów, wyznaczona dla obszaru, na którym działa emitor, czyli wieloletnia statystyka sytuacji meteorologicznych. Prawdopodobieństwo występowania każdej z sytuacji w skali roku pozwala określić prawdopodobieństwo występowania określonych stężeń zapachowych, a więc również:

Efekty dezodoryzacji dezodoryzacji (η_cod 58% i η_S = -4%) jako zmiana powierzchni obszaru, na którym zapach może być co najmniej chwilowo wyczuwalny. W punktach leżących na izoliniach stężenie c_od,60m = 0,1 ou_E/m³ występuje przez 0,2% godzin roku (percentyl 99,8 jest równy 0,1 ou_E/m³); kolor czerwony – przed dezodoryzacją, kolor niebieski – po dezodoryzacji

• wartości c_od,60m średnie w skali roku (mało istotne z punktu widzenia uciążliwości zapachowej, zawsze << 1 ou_E/m³),
• wartości c_od,60m maksymalne w skali roku (stężenia w czasie sporadycznych incydentów, rzadko decydujących o wrażeniu uciążliwości),
• dowolne wartości percentyla zbioru (np. c_od,60m,98 – stężenie, poniżej którego znajduje się 98% wyników obliczeń), stanowiących podstawę wielu |standardów zapachowej jakości powietrza),
• częstości występowania – w każdym z punktów – określonych "incydentów odorowych", np. % godzin w skali roku, w czasie których zapach jest:
  • wyczuwalny – średnia wartość stężenia zapachowego (odniesiona do 60 min.) c_od,60m = 0,1 ou_E/m³; prawdopodobne chwilowe osiąganie/przekraczanie wartości dziesięciokrotnie większej, czyli progu wyczuwalności (z def. 1 ou_E/m³),
  • rozpoznawalny – średnia wartość stężenia zapachowego c_od,60m = ok. 1 ou_E/m³; chwilowe osiąganie/przekraczanie wartości 10 ou_E/m³),
  • wyraźny lub mocny (konieczne wcześniejsze doświadczalne określenie, przy jakie zapachowe stężenie odorantów odpowiada takim określeniom siły wrażeń, odbieranych przez zespół).

Zmiany odpowiednich wartości percentyla stężeń zapachowych lub częstości występowania określonych zdarzeń, które nastąpią w dowolnym punkcie terenu (np. w otoczeniu najbliższych budynków mieszkalnych) po uruchomieniu instalacji dezodoryzującej, są jedną z miar skuteczności inwestycji. Są bezpośrednio odczuwalne przez mieszkańców, co powoduje zmniejszenie się liczby zgłaszanych skarg.

Z punktu widzenia planów zagospodarowania przestrzennego istotną wymowę ma zmiana powierzchni terenu wokół emitora, na której nie są dotrzymane określone kryteria zapachowej jakości powietrza (np.standardy zapachowej jakości powietrza).

Czy znasz odpowiedzi?

• Jakie równania pozwalają określać zależność wielkości zmian intensywności zapachu od zmian stężenia zanieczyszczeń wskutek procesu dezodoryzacji? Która ze względnych zmian tych wielkości jest mniejsza?

Odpowiedź
Zależność opisują równania Webera-Fechnera i Stevensa oraz modele interakcji węchowych w mieszaninach odorantów (zob. Prawa psychofizyczne w olfaktometrii). Względne zmiany intensywności zapachu są mniejsze.

---

• Jakie dane są niezbędne, aby wykorzystać prawo Webera-Fechnera do obliczania zmiany intensywności zapachu spowodowanej określoną zmianą stężenia odorantów c [μg/m³] lub określoną zmianą stężenia zapachowego c_od [ou_E/m³]?

Odpowiedź

W olfaktometrii równanie Webera-Fechnera jest stosowane w formie: $S=k_{W}\cdot log\,c_{od}=k_{W}\cdot log\,{\frac {c}{c_{th}}}$ gdzie: kW – doświadczalnie wyznaczany współczynnik Webera-Fechnera (stała empiryczna), cod – wartość olfaktometrycznie oznaczanego stężenia zapachowego, cth – wartość olfaktometrycznie oznaczanego progu węchowej wyczuwalności danego związku chemicznego lub określonej mieszaniny odorantów (określone proporcje składników).

---

• Jaka jest skuteczność dezodoryzacji, wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zanieczyszczeń i procentowa zmiana intensywności zapachu, jeżeli:

– wlotowe stężenie VOC: c_wlot = 5000 μg/m³,

– wylotowe stężenie VOC: c_wylot = 1000 μg/m³,

– próg węchowej wyczuwalności mieszaniny wlotowej i wylotowej jest taki sam i wynosi c_th = 5 μg/m³,

– współczynnik Webera-Fechnera mieszaniny wlotowej i wylotowej jest taki sam i wynosi k = 1,6 (ocena intensywności z użyciem skali 6-st.)?

Obliczenia i odpowiedzi

> Skuteczność wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zanieczyszczeń: 100% (5000 – 1000)/500 = 80% > Stężenie zapachowe na wlocie: cod,wlot = 5000/5 = 1000 ou/m³ > Stężenie zapachowe na wylocie: cod,wylot = 1000/5 = 200 ou/m³ > Procentowa zmiana stężenia zapachowego: 100% (1000 – 200)/1000 = 80% > Intensywność zapachu na wlocie: Swlot = 1,6 log cod,wlot = 4,8 > Intensywność zapachu na wylocie: Swylot = 1,6 log cod,wylot = 3,7 > Procentowa zmiana intensywności zapachu: 100% (4,8 – 3,7)/4,8 = 23%

---

• Jaka jest skuteczność dezodoryzacji, wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zanieczyszczeń i procentowa zmiana intensywności zapachu, jeżeli:

– wlotowe stężenie VOC: c_wlot = 5000 μg/m³,

– wylotowe stężenie VOC: c_wylot = 500 μg/m³,

– próg węchowej wyczuwalności mieszaniny wlotowej i wylotowej jest taki sam i wynosi c_th = 5 μg/m³,

– współczynniki Webera-Fechnera mieszaniny wlotowej i wylotowej wynoszą k = 1,2 i k = 1,9 (ocena S j.w.)?

Obliczenia i odpowiedzi

> Skuteczność wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zanieczyszczeń: 100% (5000 – 500)/5000 = 90% > Stężenie zapachowe na wlocie: cod,wlot = 5000/5 = 1000 ou/m³ > Stężenie zapachowe na wylocie: cod,wylot = 500/5 = 100 ou/m³ > Procentowa zmiana stężenia zapachowego: 100% (1000 – 100)/1000 = 90% > Intensywność zapachu na wlocie: Swlot = 1,2 log cod,wlot = 3,6 > Intensywność zapachu na wylocie: Swylot = 1,9 log cod,wylot = 3,8 > Procentowa zmiana intensywności zapachu: 100% (3,6 – 3,8)/3,6 = - 5,6%

---

• Jaka jest skuteczność dezodoryzacji, wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zanieczyszczeń i procentowa zmiana intensywności zapachu, jeżeli:

– wlotowe stężenie VOC: c_wlot = 5000 μg/m³,

– wylotowe stężenie VOC: c_wylot = 500 μg/m³,

– wartości progu węchowej wyczuwalności mieszaniny wlotowej i wylotowej wynoszą c_th,wlot = 5 μg/m³ i c_th,wylot = 3 μg/m³,

– współczynniki Webera-Fechnera mieszaniny wlotowej i wylotowej wynoszą k = 1,2 i k = 1,9 (ocena S j.w.)?

Obliczenia i odpowiedzi

> Skuteczność wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zanieczyszczeń: 100% (5000 – 500)/5000 = 90% > Stężenie zapachowe na wlocie: cod,wlot = 5000/5 = 1000 ou/m³ > Stężenie zapachowe na wylocie: cod,wylot = 500/3 = 167 ou/m³ > Procentowa zmiana stężenia zapachowego: 100% (1000 – 167)/1000 = 83,3% > Intensywność zapachu na wlocie: Swlot = 1,2 log cod,wlot = 3,6 > Intensywność zapachu na wylocie: Swylot = 1,9 log cod,wylot = 4,2 > Procentowa zmiana intensywności zapachu: 100% (3,6 – 4,2)/3,6 = - 17%

---

• Jaka musi być skuteczność dezodoryzacji, wyrażona jako procentowa zmiana stężenia zapachowego, jeżeli trzeba obniżyć poziom intensywności zapachu gazu od S = 4,5 do nie więcej niż S = 3 (skala S j.w.), a współczynnik Webera-Fechnera przed i po dezodoryzacji jest taki sam i wynosi k = 1,5?

Obliczenia i odpowiedzi
> Stężenie zapachowe na wlocie: cod,wlot = 10Swlot/k = 104,5/1,5 = 1000 ou/m³ > Stężenie zapachowe na wylocie: cod,wylot =10Swylot/k = 103/1,5 100 ou/m³ > Niezbędna procentowa zmiana stężenia zapachowego, co najmniej: 100% (1000 – 100)/1000 = 90%

---

• Jaka jest skuteczność instalacji do dezodoryzacji emitowanych gazów, wyrażona jako względna zmiana maksymalnego stężenia zapachowego i maksymalnej intensywności zapachu, który może być sporadycznie wyczuwany w określonej sytuacji meteorologicznej w określonym miejscu otoczenia emitora (np. najbliższy budynek mieszkalny), jeżeli:

– współczynnik Webera-Fechnera, wyznaczony z użyciem skali 6-stopniowej, wynosi k = 1,6 (niezależnie od stopnia dezodoryzacji gazów),

a ponadto (dane do wykorzystania w kalkulatorze smugi Gaussa (Gaussian Plume Calculator:

warunki i wielkość emisji:

– emisja przed i po dezodoryzacji, odpowiednio: 50 g/s i 5 g/s (założenie formalne, związane z poglądowych charakterem obliczeń: po wprowadzeniu do Gaussian Plume Calculator emisji wyrażonej g/s uzyskujemy wartości stężenia przygruntowego, wyrażone w ou_E/m³)

– emitor h = 45 m, d = 2 m

– emitowane gazy: t = 200°C, v = 7 m/s

warunki rozprzestrzeniania się:

– prędkość wiatru: 2 m/s

– temperatura powietrza: 15°C

– stan równowagi atmosfery: chwiejna (stan 2, moderately unstable)

– odległość budynku od emitora w linii wiatru: ok. 635 m

Obliczenia i odpowiedź

Po wprowadzenie danych do odpowiednich okienek kalkulatora odczytujemy z tabelki stężeń maksymalnych („Graph Settings”>„Text Output”) wartości najwyższego stężenia w przygruntowej warstwie powietrza w odległości od emitora 0,635 km. Wynoszą one dla emisji 50 g/s i 5 g/s odpowiednio 85 ouE/m³ i 8,5 ouE/m³ (przypisanie jednostek – zgodnie z formalnym wstępnym założeniem). Dziesięciokrotne zmniejszenie emisji prowadzi do dziesięciokrotnego zmniejszenia stężenia maksymalnego w dowolnym miejscu otoczenia, co jest konsekwencją stosowania równania Pasquille'a (cod, xyz jest wprost proporcjonalne do qod). Względna zmiana intensywności zapachu zależy od współczynnika Webera-Fechnera. Maksymalna intensywność zapachu przed i po uruchomieniu instalacji do dezodoryzacji wynosi, odpowiednio: – S = k log c od, bez dezodoryzacji = 1,6 log 85 = 3,1 – S = k log cod, z dezodoryzacją , = 1,6 log 8,5 = 1,5

---

• Jak zmieni się – po uruchomieniu instalacji dezodoryzującej gazy emitowane z hipotetycznego zakładu przemysłowego:

– wielkość obszaru, na którym zapach jest wyczuwalny częściej niż przez 2% czasu roku,

– oraz maksymalna odległość od emitora, w której takie incydenty mogą wystąpić,

jeżeli dezodoryzacja umożliwi dziesięciokrotne zmniejszenie stężenia zapachowego na wylocie z komina?

Dane do obliczeń metodą modelowania dyspersji:

– emisja zapachowa przed uruchomieniem instalacji dezodoryzującej wynosiła 3 300 000 ou_E/s

– zakład jest położony w zasięgu stacji meteorologicznej IMiGW w Poznaniu,

– można uznać, że aerodynamiczna szorstkość terenu na obszarze o promieniu 1 km wynosi z₀ = ok. 1 m,

– gazy są emitowane przez komin o wysokości 15 m i średnicy 1,5 m

– prędkość liniowa gazów wynosi 10 m/s, temperatura ok. 300 K, a ciepło właściwe 1,3 kJ/m³·K.

Obliczenia i odpowiedź

Dysponując programem, przeznaczonym do modelowania dyspersji zgodnie z rozporządzeniem w sprawie wartości odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu: – z listy dostępnych róż wiatrów wybieramy różę Poznań (całoroczna), – do odpowiednich okienek charakterystyki emitora wprowadzamy dane charakteryzujące emitor punktowy (położenie w punkcie X=0 i Y=0 siatki o wymiarach Y od -1000 m do +1000 m i X od -1000 m do +1500 m skoku 100 m, szorstkość, wysokość i średnica komina, prędkość, temperatura i ciepło właściwe gazów), – z listy zanieczyszczeń wybieramy odoranty (w przypadku, gdy brakuje tej możliwości wybieramy inne zanieczyszczenie gazowe, przyjmując umownie, że 1 μg formalnie odpowiada 1 ou), – do odpowiednich okienek charakteryzujących emisję wpisujemy wartość qod = 3 300 000 ouE/s, – do odpowiedniej komórki tabeli, przeznaczonej do wpisywania tła zanieczyszczeń i poziomów odniesienia (poziomów założonych), wprowadzamy np. wartość 0,1 ouE/m³ (lub 100 milijednostek zapachowych w 1 m³, zgodnie z instrukcją programu) w pozycji „odoranty” (lub wybranej pozycji zastępczej), który odpowiada środowiskowemu progowi wyczuwalności zapachu, – korzystając z opcji „obliczenia > zakres pełny” (długookresowe) wybieramy rodzaj zanieczyszczania (odoranty) i wysokość receptorów – 1,5 m ponad powierzchnią gruntu – i uruchamiamy obliczenia. – powtarzamy obliczenia po zmianie wartości emisji, na spodziewaną po uruchomieniu instalacji dezodoryzującej: qod = 330 000 ouE/s. Na podstawie wyników obliczeń – uzyskiwanych w formie tabeli – sporządzamy wykresy izolinii częstości występowania stężenia cod,60m = 0,1 ouE/m³. Przed uruchomieniem instalacji do dezodoryzacji Po uruchomieniu instalacji do dezodoryzacji Odpowiedź Izolinia 2% obejmuje: – przed uruchomieniem instalacji dezodoryzującej obszar: ok. 123*100*100 m³ = 1230 tys. m² – po uruchomieniu 24*100*100 m² = 240 tys. m² Skuteczność dezodoryzacji, wyrażana jako względna zmiana wielkości obszaru narażonego na chwilowe oddziaływania zapachowe, wynosi: 100% (1230 – 240) / 1230 = ok. 80% Względna zmiana maksymalnej odległości od emitora, w jakiej – w czasie 2% godzin roku – zapach, może być chwilowo wyczuwalny: 100% (1450 – 650) / 1450 = ok. 55%

---

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Technical Guidance Note IPPC H4. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) – Horizontal Guidance for Odour, draft, part 1 – Regulation and Permitting, publ. Environment. Agency 2002

---

Powrót do spisu treści