Caratterizzazione delle emissioni odorigene: come costruire un piano di misura utile alla progettazione

Dalla domanda tecnica al campionamento: come scegliere tra olfattometria, analisi chimica, OAV e dati di processo senza raccogliere misure corrette ma inutili

Una campagna di misura può essere eseguita correttamente, produrre risultati analiticamente affidabili e tuttavia non fornire le informazioni necessarie per prendere una decisione tecnica.

È un problema piuttosto frequente nella gestione delle emissioni odorigene.

Si definisce una serie di analisi, si effettuano i campionamenti, si ricevono concentrazioni chimiche, valori odorimetrici o speciazioni dettagliate e solo successivamente ci si domanda come utilizzare quei numeri per individuare una sorgente, comprendere un fenomeno o progettare un intervento.

La sequenza dovrebbe essere opposta.

Prima viene la decisione tecnica che deve essere presa.

Poi si definiscono:

processo → sorgente → condizione operativa → parametro → metodo di misura → dato → decisione.

Il problema, quindi, non è semplicemente stabilire quali analisi siano disponibili.

È stabilire quali informazioni servano realmente.

Il problema non è scegliere il laboratorio

Quando emerge una criticità legata agli odori, una delle prime domande è spesso:

“Che cosa dobbiamo analizzare?”

La domanda è comprensibile, ma arriva troppo presto.

Prima bisognerebbe chiedersi:

“Che cosa dobbiamo decidere a partire dalle misure?”

Un’indagine può infatti avere obiettivi molto differenti.

Si può voler:

• individuare quale sorgente contribuisca maggiormente al problema;
• comprendere quali sostanze possano essere maggiormente rilevanti dal punto di vista odorigeno;
• confrontare diverse condizioni produttive;
• raccogliere i dati necessari alla progettazione di un sistema di trattamento;
• verificare se una determinata fase di processo genera eventi anomali;
• costruire una base tecnica per una successiva valutazione dell’impatto.

Sono domande diverse.

E non necessariamente richiedono le stesse misure.

Un valore di concentrazione chimica può essere indispensabile per un bilancio di massa e poco informativo, da solo, sulla percezione odorosa della miscela.

Una misura della concentrazione di odore può descrivere il potenziale odorigeno complessivo di un campione ma non identificare quali molecole debbano essere rimosse.

Una speciazione chimica molto approfondita può identificare numerosi composti e tuttavia non rappresentare correttamente il fenomeno se il campione è stato prelevato nella fase sbagliata del processo.

La prima fase di una caratterizzazione efficace consiste quindi nel trasformare il problema generale — “abbiamo un problema di odore” — in una serie di domande tecniche verificabili.

Dalla sorgente alla decisione: la catena della caratterizzazione

Un’emissione odorigena non nasce all’interno della sacca di campionamento.

Nasce da un processo.

Per questo la caratterizzazione dovrebbe partire da una sequenza logica:

problema → processo → sorgente → condizione operativa → parametro → metodo → decisione.

Ogni passaggio condiziona quello successivo.

Se non è chiaro quale fase del processo generi il fenomeno, potrebbe non essere chiaro quale sorgente campionare.

Se non viene identificata la condizione produttiva significativa, un campionamento formalmente corretto potrebbe rappresentare una situazione che non coincide con quella responsabile del problema.

Se non è definita la domanda tecnica, diventa difficile stabilire se servano concentrazione chimica, concentrazione di odore, speciazione, portata, OAV o una combinazione di più informazioni.

La qualità della caratterizzazione dipende quindi non soltanto dalla qualità analitica del laboratorio.

Dipende dalla qualità del design della campagna di misura.

Prima delle analisi: conoscere il processo

Prima di definire un piano analitico è utile costruire una descrizione minima del processo.

Tra le informazioni da raccogliere possono rientrare:

Queste informazioni non sostituiscono le analisi.

Permettono però di interpretarle.

Un valore misurato senza conoscere la condizione di processo nella quale è stato ottenuto rischia di essere soltanto una fotografia senza didascalia.

Non esiste un parametro migliore: esiste il parametro adatto alla domanda

Concentrazione chimica, concentrazione di odore, speciazione, OAV, portata e dati di processo rispondono a domande differenti. La distinzione concettuale tra concentrazione chimica, concentrazione di odore e intensità è indispensabile, ma nella progettazione di una campagna è soltanto il punto di partenza.

Una misura chimica può essere essenziale per il bilancio di massa e per la progettazione. L’olfattometria descrive la miscela rispetto alla soglia di rilevazione. L’OAV può aiutare a interpretare la speciazione rispetto alle soglie olfattive. Nessuna di queste informazioni, utilizzata isolatamente, costituisce automaticamente una caratterizzazione completa.

La domanda operativa è quindi: quale combinazione di parametri riduce davvero l’incertezza della decisione tecnica?

Una prima matrice può essere costruita in questo modo.

Olfattometria, analisi chimica e OAV: quando servono

Nel piano di misura, l’olfattometria è particolarmente utile quando l’obiettivo è confrontare il potenziale odorigeno complessivo di sorgenti o condizioni diverse, oppure determinare la portata di odore associando concentrazione odorimetrica e portata gassosa.

La caratterizzazione chimica risponde invece a domande sulla composizione: quali sostanze sono presenti, con quali concentrazioni e carichi e quali vincoli pongono alla tecnologia di trattamento.

Gli OAV possono aiutare a leggere la speciazione in chiave odorigenica, ma restano uno strumento diagnostico. Le soglie olfattive disponibili in letteratura possono differire in funzione del metodo utilizzato e le miscele reali possono presentare mascheramento, dominanza o altre interazioni.

Un punto metodologico è particolarmente importante. La UNI EN 13725:2022 definisce il metodo per determinare concentrazione e portata di odore, ma esclude dal proprio campo la strategia di misura da applicare quando le emissioni variano nel tempo. La conformità del metodo analitico, quindi, non risolve automaticamente il problema della rappresentatività della condizione campionata.

La domanda utile non è “quale metodo è migliore?”, ma “quale combinazione di metodi descrive la condizione che dobbiamo capire, confrontare o progettare?”.

Il vero problema: il campione rappresenta il processo?

Una delle domande più importanti di una campagna di caratterizzazione viene spesso affrontata troppo tardi:

Il campione che stiamo analizzando rappresenta veramente la condizione che vogliamo studiare?

Consideriamo un processo variabile.

Durante una giornata possono alternarsi:

regime nominale → cambio produzione → picco → lavaggio → fermata → ripartenza.

Un unico campionamento effettuato durante il regime nominale potrebbe essere tecnicamente corretto ma non rappresentare l’evento che genera le segnalazioni di odore.

Il problema non riguarda soltanto i processi batch.

Anche nei processi apparentemente continui possono cambiare:

• composizione delle materie prime;
• carico produttivo;
• temperatura;
• umidità;
• ricircoli;
• stato degli impianti;
• condizioni di captazione;
• funzionamento dei sistemi di trattamento.

La rappresentatività non dipende quindi soltanto dalla durata del campionamento.

Dipende dalla capacità di collegare il campione alla condizione di processo corretta.

L’errore più frequente: campionare la condizione più semplice

La posizione più accessibile non è necessariamente la sorgente più importante.

La fase più stabile non è necessariamente quella responsabile dell’odore.

Il turno più comodo non è necessariamente quello più rappresentativo.

Campionare soltanto la condizione più semplice da organizzare può produrre dati perfettamente validi dal punto di vista analitico e scarsamente utili dal punto di vista diagnostico.

Prima di fissare una campagna è quindi utile chiedersi:

• quando viene segnalato il problema?
• quali fasi produttive sono attive in quel momento?
• quali sorgenti cambiano maggiormente durante il ciclo?
• esistono picchi di breve durata?
• esistono lavorazioni discontinue?
• il campione medio rischia di diluire un evento breve ma significativo?
• la condizione scelta rappresenta realmente ciò che dovrà affrontare il sistema di trattamento?

Queste domande trasformano il campionamento da attività analitica isolata a parte della diagnosi ingegneristica.

Caso tecnico anonimizzato: quando il confronto “prima/dopo” può diventare fuorviante

Un caso reale, qui anonimizzato e con valori arrotondati, mostra perché la confrontabilità delle condizioni può essere più importante del semplice numero di campionamenti.

In uno stabilimento del settore alimentare, una linea con macinazione e raffreddamento ad aria generava un flusso contenente aerosol organico e composti volatili odorigeni. A valle erano presenti dispositivi di separazione meccanica e filtrazione a coalescenza prima dell’emissione al camino.

A seguito di segnalazioni di molestia olfattiva erano state eseguite più campagne odorimetriche, anche prima e dopo attività di manutenzione. L’aspettativa era intuitiva: dopo la manutenzione il valore al camino avrebbe dovuto diminuire.

In una campagna successiva accadde invece il contrario. I valori misurati al camino passarono, come ordine di grandezza, da circa 6 × 10⁴ a quasi 2 × 10⁵ ouE/m³; in una condizione il valore a monte del trattamento superava 3 × 10⁵ ouE/m³. La portata reale della linea risultava inoltre variabile, nell’ordine di 3.000–3.500 m³/h.

Guardando soltanto il valore in uscita, la conclusione sarebbe stata immediata: il sistema stava funzionando peggio. Ma tra le campagne erano cambiati contemporaneamente il carico odorigeno a monte, la portata effettiva, lo stato degli elementi filtranti, la pulizia delle condotte, le condizioni termiche e la possibilità di condensazione e successiva rievaporazione di materiale organico.

I campioni potevano quindi essere analiticamente validi senza essere direttamente confrontabili. Il caso viene utilizzato qui per mostrare il problema della confrontabilità delle campagne, non per attribuire l’efficienza odorimetrica al solo separatore: in presenza di aerosol o goccioline occorre inoltre considerare con cautela il campo di applicazione del metodo odorimetrico.

L’interpretazione è cambiata quando la domanda è diventata: “Le due campagne descrivono realmente la stessa condizione di processo e lo stesso stato dell’impianto?”

Da qui è nata la necessità di definire una nuova condizione di prova controllata: stato di pulizia noto, elementi filtranti in condizioni definite, portata misurata, condizioni operative documentate e campionamento associato allo stato reale del processo.

Il principio è semplice: un campione può essere corretto e un’analisi può essere corretta, ma il confronto può essere sbagliato. Per progettare o verificare un intervento, ogni risultato deve poter essere ricondotto alla condizione che rappresenta.

Dalla concentrazione al carico: quando la portata diventa indispensabile

Una concentrazione descrive ciò che è presente in un volume di gas. Nella progettazione, però, spesso occorre sapere quanto contaminante o quanto odore viene effettivamente trasferito nell’unità di tempo.

Per i composti chimici questo significa associare concentrazione e portata per ricavare il carico massico, utilizzando condizioni di riferimento coerenti. Per gli odori significa affiancare alla concentrazione di odore la portata gassosa e determinare la portata di odore (OER, Odour Emission Rate).

La UNI EN 13725:2022 include la determinazione della portata di odore da sorgenti fisse e richiede la misura della velocità del gas per determinare la portata volumetrica. Due sorgenti con la stessa concentrazione di odore, ma portate molto differenti, non sono quindi necessariamente equivalenti come priorità emissiva.

Per confrontare sorgenti o definire una base di progetto, il dato utile diventa quindi una combinazione di concentrazione, portata, condizioni operative e variabilità. Ancora una volta, non serve raccogliere più numeri: serve raccogliere quelli necessari alla decisione specifica.

Una campagna di misura dovrebbe nascere da una matrice decisionale

Prima del campionamento è possibile costruire una semplice matrice.

1. Qual è il problema?

Esempio:
segnalazioni discontinue di odore.

2. Quale decisione deve essere presa?

Esempio:
capire quale fase produttiva debba essere controllata prioritariamente.

3. Quali sorgenti sono potenzialmente coinvolte?

Mappare:

• emissioni convogliate;
• aspirazioni di processo;
• aperture;
• sfiati;
• stoccaggi;
• fasi discontinue.

4. Quali condizioni devono essere rappresentate?

Per esempio:

• regime;
• massimo carico;
• cambio prodotto;
• avviamento;
• lavaggio;
• evento anomalo.

5. Quali informazioni servono?

Per esempio:

• concentrazione di odore;
• portata;
• speciazione;
• concentrazioni chimiche;
• dati produttivi;
• temperatura;
• umidità.

6. Quale tecnica risponde alla domanda?

Solo a questo punto si definiscono:

• campionamenti;
• analisi;
• numero di condizioni;
• punti di misura;
• eventuali repliche;
• correlazione con i dati di processo.

Checklist preliminare prima di una campagna di caratterizzazione

Prima di commissionare le analisi può essere utile verificare almeno i seguenti punti.

Processo

• Quale processo genera potenzialmente l’emissione?
• È continuo o discontinuo?
• Esistono differenti ricette, materie prime o prodotti?
• Quali condizioni rappresentano il normale funzionamento?
• Esistono picchi o transitori?

Sorgenti

• Quali emissioni sono convogliate?
• Esistono sorgenti diffuse o fuggitive?
• Tutte le sorgenti potenzialmente rilevanti sono state considerate?
• Le portate sono note o misurabili?

Problema

• Il fenomeno è continuo o episodico?
• In quali momenti viene osservato?
• Esiste una correlazione con produzione, turno, ricetta o fase del processo?

Obiettivo

• Dobbiamo individuare una sorgente?
• Confrontare sorgenti?
• Identificare sostanze?
• Dimensionare un sistema?
• Verificare una determinata condizione?
• Costruire una baseline?

Misure

• Serve un dato chimico?
• Serve un dato odorimetrico?
• Serve conoscere la portata?
• Serve una speciazione?
• Gli OAV possono aggiungere informazioni diagnostiche?
• Servono dati di processo associati al campionamento?

Rappresentatività

• La condizione campionata coincide con quella di interesse?
• Il campionamento intercetta eventuali picchi?
• Un valore medio potrebbe nascondere un evento significativo?
• È documentata la condizione produttiva durante ogni campionamento?

Se alcune di queste domande rimangono senza risposta, può essere prematuro definire il piano analitico definitivo.

Il dato deve portare a una decisione

Una caratterizzazione tecnica efficace dovrebbe permettere, al termine della campagna, di rispondere chiaramente ad almeno una domanda.

Per esempio:

questa è la sorgente prioritaria;

oppure:

questa fase produttiva determina il picco;

oppure:

questi composti devono essere considerati nella progettazione;

oppure:

queste sono le condizioni di portata, concentrazione, temperatura e umidità che il trattamento deve affrontare.

Se, terminata la campagna, rimane soltanto una raccolta di certificati analitici senza una relazione chiara tra dato e decisione, il problema potrebbe non essere la qualità delle analisi.

Potrebbe essere stato definito male il piano di misura.

Dalla misura alla progettazione

La caratterizzazione di un’emissione odorigena non dovrebbe essere considerata una fase separata dalla progettazione.

È la sua base.

Una tecnologia di trattamento deve confrontarsi con una sorgente reale, caratterizzata da:

• composizione;
• concentrazione;
• portata;
• temperatura;
• umidità;
• variabilità;
• condizioni operative;
• eventuali picchi;
• obiettivo prestazionale.

Per questo la progettazione non dovrebbe iniziare dalla domanda:

“Quale tecnologia possiamo installare?”

ma dalla domanda:

“Abbiamo descritto correttamente il problema che quella tecnologia dovrà risolvere?”

Una misura non è utile perché è sofisticata.

È utile quando riduce l’incertezza necessaria a prendere una decisione.

Conclusioni

Nella caratterizzazione delle emissioni odorigene, concentrazione chimica, concentrazione di odore, speciazione, OAV e dati di processo non sono strumenti alternativi da scegliere in astratto.

Sono informazioni differenti che devono essere combinate in funzione dell’obiettivo.

La sequenza corretta è:

problema → domanda tecnica → processo → sorgente → condizione operativa → parametro → metodo → decisione.

Invertire questa sequenza significa rischiare di raccogliere dati corretti ma non decisivi.

Per questo una campagna di caratterizzazione dovrebbe iniziare prima del laboratorio.

Inizia dalla comprensione del processo e dalla definizione della decisione che dovrà essere presa.

Solo allora è possibile stabilire quali misure siano realmente necessarie.

È un passaggio fondamentale dell’ingegneria delle emissioni odorigene:

non misurare tutto ciò che è possibile misurare; misurare ciò che serve a comprendere e progettare.

Riferimenti tecnici essenziali

• UNI EN 13725:2022 — Emissioni da sorgente fissa — Determinazione della concentrazione di odore mediante olfattometria dinamica e della portata di odore.
• Thiele V. et al. — Indoor air quality — An overview of methods for measuring odor detection thresholds of single substances, Respiratory Physiology & Neurobiology, 2023.
• Bax C., Sironi S., Capelli L. — How Can Odors Be Measured? An Overview of Methods and Their Applications, Atmosphere, 2020.