Development of fluctuating plume model for the assessment of olfactory nuisance

In recent years, the smell has been widespread recognized as atmospheric pollutant: "Olfactory nuisance" has been introduced in regulations. Since odour is a sensation to be objectified, it is difficult to find a technique to measure it and specific methods are needed. To evaluate the odour impact at the receptors, the dispersion models seemed to play a crucial role: most environmental legislations are based on these models. The dispersion models return as output average hourly concentrations in the domain, but this information is not sufficient to describe the nature of odour annoyance. One of the peculiarities that characterizes the "Olfactory nuisance" is the short-term event. The hourly output concentration may not exceed the limit value, but at sub-hourly level there may have been peaks. Therefore, the concept of Peak-to-Mean was developed, in order to link the average concentrations to the peak concentrations. This thesis work aims to test the model Fluctuating Plume (Marro et al., 2015) to treat the sub-hourly events. This model is simple and analytical, and it was born for more general purposes. It was verified whether it can provide useful information in the calculation of odour fluctuations, in particular the calculation of the standard deviation of concentration, concentration intensity and Peak-to-Mean. Then, it is assumed an a priori Probability Density Function: once known average concentration and standard deviation, it is possible to calculate an appropriate percentile, necessary for the Peak-to-Mean calculation. In this work, the Gamma and Modified Weibull have been used. For the confirmation of the model, two different experimental campaigns were utilized as comparison: Uttenweiler and Sagebrush. From this comparison it was possible to deduce that the proposed model is suitable for neutral/stable meteorological conditions. In addition, it emerged that it is necessary to focus attention on the search for a universal PDF, able to describe the instantaneous concentrations naturally present in the environment. Finally, the results obtained appear in the nearby of the Peak-to-Mean constant values chosen in some of the odour legislation.

Negli ultimi anni, l’odore è stato ampiamente riconosciuto come un inquinante atmosferico: la “Molestia olfattiva” è stata introdotta nelle normative. Essendo l’odore una sensazione, sono necessari metodi specifici per misurarlo. Per valutare l’impatto olfattivo ai ricettori, i modelli di dispersione sono stati considerati cruciali: la maggior parte delle legislazioni ambientali si basa su questi modelli. I modelli di dispersione restituiscono come output concentrazioni medie orarie, ma questa informazione non è sufficiente per descrivere la natura della “Molestia olfattiva”. Questa è infatti caratterizzata “dall’evento a breve termine”. La concentrazione di output oraria potrebbe non superare il valore limite, ma a livello sub-orario potrebbero esserci stati dei picchi. Nasce così il concetto di Peak-to-Mean, per poter legare le concentrazioni medie alle concentrazioni di picco. Questo lavoro di tesi ha lo scopo di testare il modello Fluctuating Plume (Marro et al., 2015) per trattare gli eventi sub-orari. Questo è un modello, semplice ed analitico, nato per scopi più generici. Si verifica se esso possa fornire informazioni utili nel calcolo delle fluttuazioni di odore, in particolare della deviazione standard di concentrazione, dell’intensità di concentrazione e del Peak-to-Mean. Si ipotizza una Probability Density Function a priori: una volta note media e deviazione standard della concentrazione, è possibile calcolare un opportuno percentile, necessario per il calcolo del Peak-to-Mean. In questo lavoro sono state usate le PDF Gamma e Modified Weibull. Per la conferma del modello, sono state utilizzate come confronto due campagne sperimentali differenti: Uttenweiler e Sagebrush. Da questo confronto è stato possibile desumere che il modello proposto è adatto per condizioni metereologiche neutre/stabili. Inoltre, è emersa la necessità di focalizzare l’attenzione sulla ricerca di una PDF universale, in grado di descrivere le concentrazioni istantanee naturalmente presenti nell’ambiente. Infine, i risultati ottenuti hanno mostrato supporto ai valori di Peak-to-Mean costanti scelti in alcune delle legislazioni presenti sugli odori.