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Recuperación de fósforo a partir de lodos mediante precipitación de estruvita

21/07/2022

Recuperación de fósforo a partir de lodos mediante precipitación de estruvita



Autor: FLOWEN

Blog: flowen.com.pe

 

¿De dónde proviene el fósforo?

 
Las fuentes principales de fósforo son extraídas de yacimientos de fosforita (recurso no renovable) cuyas mayores reservas están principalmente en Estados Unidos, China y Marruecos pero que tiene a Rusia como el mayor exportador de fertilizantes del planeta.
 
Según la ONU “Las fuentes naturales de fósforo podrían agotarse dentro de 50-100 años debido a la sobrepoblación y la demanda de alimentos por ello se debe apostar por tecnologías que aprovechen de forma sostenible este recurso”. Haciendo cada vez más costosa su importación. Perú si bien tiene departamentos como Piura con yacimientos de rocas fosfóricas como Bayóvar, el más importante del país, se sigue importando fosfatos naturales de Marruecos.
 
 
 
 
Se estima que “4 kg de fósforo son necesarios para producir 1kg de alimento proveniente de sembríos” (Van Dijk et al.,2015), aunque parte de este fósforo, principalmente como fosfato(PO4-3) y P2O5, se pierde en la producción, procesado de alimentos y gran parte en el escurrimiento de parcelas que llegan a parar muchas veces sin tratamiento a cuerpos de agua, produciendo en conjunto con el nitrógeno (nitrito, nitrato, amoniaco) eutrofización, en resumen el fósforo es un elemento necesario para el aseguramiento alimentario mundial pero de no controlarse los efluentes agrícolas, industriales, domésticos (mayores fuentes de P no controlada a la naturaleza), afectan km2 de cuerpos de agua como el lago Titicaca entre Perú y Bolivia.
 
 
 


La estruvita en el tratamiento de aguas residuales

 
La estruvita, es un viejo conocido, que, desde hace varios años acarrea problemas en las plantas de tratamiento de aguas residuales, ya que precipita e incrusta las tuberías, sobre todo en la línea de lodos después de la digestión anaerobia.
 
¿La razón? Pues al tener liberación de fosfato (PO4) y magnesio (Mg) de parte de los Organismos acumuladores de fósforo (PAO) y concentraciones elevadas de amonio (NH4) a la salida del digestor anaerobio, producen la incrustación de estruvita (MgNH4PO4) en las líneas que recirculan el licor o sobrenadante del digestor al tratamiento biológico, además su formación depende también de otros factores como pH, alcalinidad, dureza magnésica.
 
 
 
 
Teniendo en consideración que la estruvita contiene 5.7% de N y 12.6% de P y baja concentración de metales pesados en comparación con las rocas fosfatadas, que son suministro para la industria de fertilizantes; la estruvita es una potencial fuente de fósforo reciclado, y que a nivel industrial se encuentra en residuos orgánicos y sobre todo en plantas de tratamiento de aguas residuales.
 
 
 
 
Entonces, ¿Podemos generar estruvita de forma controlada dentro de una PTAR?
 
Son 3 los métodos más conocidos para recuperar fósforo (P) reciclado, siendo el más usado en los últimos 5 años el de precipitación de estruvita con 19 diferentes empresas que actualmente usan dicho principio, plasmando el proceso en sus equipos patentados.
 
 
 


Principio de la obtención de estruvita
 

  1. Para maximizar el porcentaje de fósforo en el lodo y con él la concentración de fosfato en la estruvita, se genera la biodesfosfatación (que es la asimilación de fosfato por bacterias acumuladoras de fósforo o PAO que se genera por la recirculación alternada de ambientes aerobio y anaerobio), con la finalidad de tener hasta un 10-15% de fosfatos en masa en el lodo excedente, frente a un 2% que se obtendría en un proceso de lodos activados convencional sin biodesfosfatación.
     
  2. Para evitar la precipitación de la estruvita en el digestor anaeróbico y la incrustación de la línea de lodos, se agregará previamente un tanque anaerobio seguido de un espesador de lodos a la línea, para que el fósforo asimilado por las bacterias acumuladoras de fósforo (PAO) se libere como fosfato en dicho tanque y el sobrenadante rico en fosfato del espesador se lleve a un tanque de precipitación donde se produce la estruvita.
     
  3. Como el lodo en el tanque anaerobio no se ha digerido completamente después de pasar por el espesador este se lleva al digestor de lodos donde la concentración de fosfato es baja por lo que disminuye hasta en un 90% la precipitación no deseada de estruvita, bajando los costos por mantenimiento de la PTAR.
     
  4. Finalmente, el sobrenadante del digestor de lodo se lleva al precipitador donde se junta con la línea rica en fosfato y se le adiciona magnesio, ya que este es el elemento limitante en la formación de estruvita. Además, para favorecer la precipitación se debe tener un pH entre 9-10 por lo que añadiremos hidróxido de sodio (NaOH).
 
El último proceso es la cristalización que depende de muchas variables principalmente de la velocidad de mezcla, pH, temperatura, grado de super saturación y presencia de otros iones en la solución como el calcio. Las condiciones de precipitación son responsables de la variedad en el tamaño de los cristales a obtener que pueden ser usados directamente como fertilizante.
 
 

 

Ventajas de la estruvita
 

  • Su baja solubilidad, actúa por tanto como fuente de fósforo de lenta liberación incluso en agroecosistemas sometidas a precipitaciones anuales medias y altas.
     
  • Disminuye las posibles pérdidas de fósforo por lixiviación.
     
  • La estruvita no solo contiene Fósforo sino también nitrógeno y magnesio con resultados significativos sobre todo en cereales como maíz, ballico, trigo, cebada y hortalizas como col, lechuga, tomate, guisantes.
     
  • Disminución del coste ambiental por perdidas de recursos naturales debido a la eutrofización y crea nuevo nicho de mercado.
     
  • Disminución en el costo de mantenimiento de la PTAR, fuente de ingresos después de comercializar a terceros el fertilizante.
 
Las plantas de tratamiento deben enfocarse bajo el concepto de reaprovechamiento de recursos como el fósforo (cuasi no renovable) más allá de cumplir con una normativa. Todo apunta a que las tecnologías del futuro estarán basadas en el reaprovechamiento de recursos y energías renovables, tal cual ocurre con el nuevo proyecto de unión europea “Re-Power “que busca diversificar sus proveedores de recursos energéticos, biogás, priorizando la economía circular.
 
 
Jesús Echevarria Arizaga

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