Assessment of potential odor problems on McCook Reservoir, Chicago, IL

Abstract

The City of Chicago and neighboring communities are served by combined sewer systems, which carry both stormwater and raw sewage. The combined sewer overflows (CSOs) could exceed the capacity of the wastewater treatment plant (WWTP) to process water. To avoid hazardous flooding and retain CSO systems without exceeding the treatment capacity of the plant, the U.S. Army Corps of Engineering has designed a series of retention ponds, including the McCook Reservoir. Because of the proximity of large populations near the reservoir, it is necessary to determine if sediments accumulated in the McCook Reservoir may generate odor problems around its surroundings. The objective of this research is to determine if odor problems may occur after emptying the McCook Reservoir. To achieve these objectives, experiments involving sediment characterization, olfactometry tests (OT), and H2S flux determinations were conducted. Experiments were conducted using sediments with similar characteristics to those found at the McCook Reservoir. All tests were performed under different water contents and sediment-aging times. OT involved measuring the dilution ratios and H2S concentration at the point when odor was detected. The flux of odor-causing compounds from the sediments was determined using a flux chamber, which was designed to control and provide accurate measurements of pressure, air flow, temperature, and H2S concentrations. Potential odor problems were quantified statistically through the measurement of the threshold odor numbers (TON) and the H2S concentration of exposed sediments at different environmental conditions. Results show that the TON and H2S flux tend to decrease with increasing of sediment aging times. This tendency, together with (i) the high results obtained of TON and H2S concentrations during earlier aging times, (ii) the observations obtained in odor intensity tests, (iii) the relation found between the H2S average flux and sediment aging times; and (iv) the decreasing tendency in average flux with a water layer above the sediment, propose the possibility that there will be potential odor problems in the McCook vicinity during a earlier sediment aging times. This suggests the possibility of exploring new odor control techniques as the addition of water content to the sediment to increase water content and thus reduce odor problems in the vicinity of the Reservoir.

La ciudad de Chicago y comunidades vecinas son servidas por sistemas de alcantarillados combinados, que arrastran aguas turbulentas y aguas residuales crudas. Los desbordamientos de los alcantarillados combinados (CSOs) pueden exceder la capacidad de la planta de tratamiento de aguas residuales (WWTP) para procesar el agua. Para evitar inundaciones peligrosas y para retener el sistema de CSO sin exceder la capacidad de la planta de tratamiento el “U.S. Army Corps of Engineering” ha diseñado una serie de charcas de retención, incluyendo la reserva de McCook. Debido a la proximidad de grandes poblaciones cerca de esta reserva, es necesario determinar si los sedimentos acumulados en ésta pueden generar problemas de olores a sus alrededor. El objetivo de esta investigación fue determinar si pueden ocurrir problemas de olores después de vaciar la reserva. Para lograr estos objetivos, se hicieron experimentos que implicaban la caracterización del sedimento, pruebas de olfactometría (OT) y determinaciones de flujo másico de H2S (moles de H2S/min). Se utilizaron sedimentos con características similares a aquellos encontrados en la reserva de McCook bajo diferentes contenidos de agua y tiempos de envejecimiento en los sedimentos. Las pruebas de OT se hicieron midiendo las razones de diluciones y la concentración del H2S a la cual el olor fue detectado; y el flujo de los componentes causantes de olor de los sedimentos fue determinado usando una cámara de flujo, el cual fue diseñado para controlar y proporcionar medidas exactas de presión, flujo de aire, temperatura, y concentraciones del H2S. El potencial a problema de olores fue cuantificado estadísticamente a través de la medida del número de diluciones para detectar olor (TON) y de la concentración del H2S de los sedimentos expuestos a diferentes condiciones ambientales. Resultados demuestran que los tiempos de envejecimiento afectó la medida de TON causando una reducción con el aumento en los tiempos de envejecimiento del sedimento. Esta tendencia, junto a (i) los altos resultados de TON obtenidos y las altas concentraciones de H2S durante los primeros tiempos de envejecimiento; (ii) las observaciones obtenidas en las prueba de intensidad del olor; (iii) la relación encontrada entre el flujo promedio de H2S y los tiempos del envejecimiento del sedimento; y (iv) la disminución en el flujo promedio con la capa de agua, proponen la posibilidad de que potenciales problemas de olores pueden ser generados en la vecindad de McCook durante un corto período de tiempo de envejecimiento del sedimento. Esto sugiere la posibilidad de explorar técnicas donde la adición de alto contenido de agua puede causar reducción en problemas de olores.