Recuperación de Fósforo

El fósforo es un recurso limitado que se extrae de la minería, pero es probable que las reservas se agoten en el futuro. Resulta crucial encontrar métodos para recuperar y reutilizar el fósforo presente en las aguas residuales.

Ciclo del Fósforo

  • Aproximadamente el 17% del fósforo utilizado termina en las aguas residuales.
  • Este fósforo se encuentra principalmente en forma de estruvita (MgNH4PO4).

Estruvita: Un Fertilizante de Liberación Lenta

  • La estruvita es un fertilizante de liberación lenta que puede utilizarse para mejorar el crecimiento de las plantas.
  • Se necesita una elevada concentración de fósforo (PO4 > 50-60 mg P/l) para conseguir rendimientos aceptables en la formación de estruvita.
  • La estruvita se obtiene en el sobrenadante de la digestión en EDAR con eliminación biológica de P.
  • Someter el agua de deshidratación a un proceso de cristalización de estruvita evita los retornos de fósforo a la línea de aguas.
  • En ocasiones, la concentración de fósforo no es muy elevada debido a la precipitación incontrolada.
  • Se debe minimizar el fósforo que llega a la digestión anaerobia.
  • Se pueden implementar estrategias de gestión alternativa de las corrientes de la línea de fangos para extraer el fósforo antes de la digestión.

Diseño y Situación Actual de la Tecnología

  • La cristalización de estruvita se lleva a cabo en un cristalizador.
  • Esta tecnología ha sido implantada a escala industrial desde hace bastantes años, pero en muy pocas EDAR, principalmente en el sur de Madrid.

Acciones Futuras

  • Es necesario continuar la investigación e innovación para solucionar los principales problemas de implantación de esta tecnología, como el secado, la instrumentación y el control del proceso.
  • Se debe involucrar a las administraciones y empresas del sector para:
    • Fomentar la inversión en la recuperación de fósforo.
    • Potenciar la venta de los productos generados, como la estruvita.

Eliminación de Fósforo

Tipos de Eliminación Biológica

  • Eliminación por requisito nutricional en un fango activado:
    • Tiene lugar en todas las EDAR.
    • Representa entre el 1,2% y el 2% en peso de la biomasa formada.
    • La eliminación del 15-25% del P es insuficiente para cumplir el requisito de vertido a zona sensible.
  • Eliminación por las bacterias PAO (organismos acumuladores de polifosfato):
    • Proceso llamado EBPR (Enhanced Biological Phosphorus Removal).
    • El polifosfato puede representar hasta un 35% del peso de estas bacterias.
    • Necesaria una configuración especial.
    • Ojo, si sales con fósforo disuelto a 0, los procesos biológicos que vayan detrás no van a funcionar porque los bichitos se van a morir (para que estén vivos y felices necesito nitrógeno, fósforo y carbono).

Ventajas de la Eliminación Biológica de P

  • No hay costes de reactivos.
  • Menor producción de fangos.
  • El fango biológico tiene mejores propiedades de sedimentabilidad.
  • Ausencia de concentraciones altas de Fe/Al.
  • Fango con alto porcentaje de fósforo.
  • Permite la recuperación del fósforo.

Desventajas de la Eliminación Biológica de P

  • Coste de agitación del reactor anaerobio.
  • Dificultad para mantener un rendimiento estable.
  • El fósforo almacenado en forma de Poly-P es liberado en los procesos de digestión, retornando con los sobrenadantes en la línea de fangos.
  • Precipitación incontrolada de estruvita en las tuberías de la línea de fangos.

Esquema para la Eliminación del Fósforo

  • Anaerobio – aerobio.

Optimización de Procesos en EDAR

Pregunta 1: Aumento del Rendimiento de Nitrificación

Para aumentar el rendimiento del proceso de nitrificación se puede modificar el Tiempo de Retención Celular (TRC) en el sistema. El TRC controla la cantidad de biomasa en el reactor, el rendimiento de depuración, la eliminación de DQO y la nitrificación, el consumo de O2 y la sedimentabilidad. También se puede modificar el caudal de purga, ya que están directamente relacionados: a mayor caudal de purga, menor TRC.

Pregunta 2: Reducción de la Carga Másica

Para reducir la carga másica en el proceso de fangos activados, se debe aumentar el TRC. Esto se consigue reduciendo el caudal de purga de los fangos del reactor. Al reducir la purga, se acumulan más microorganismos en el reactor, lo que aumenta el volumen de biomasa presente. Como resultado, se incrementa la concentración de sólidos en el reactor. Es importante tener en cuenta que esto también puede requerir un mayor volumen de reactor y un mayor consumo de oxígeno, lo que implica un mayor coste económico.

Pregunta 3: Aumento del Tiempo de Retención Celular

Para aumentar el TRC, se debe reducir el caudal de purga de los fangos del reactor. Esto permite la recirculación de los microorganismos y su acumulación en el reactor. Como resultado, aumenta la relación entre la carga orgánica alimentada al reactor y los microorganismos presentes (carga másica). Para un mismo volumen de tanque, habrá una mayor concentración de sólidos.

Pregunta 4: Efecto del Aumento del Caudal de Purga

  • TRH (Tiempo de Retención Hidráulico): Se mantiene constante porque depende del volumen del reactor y del caudal de entrada, que no se ha modificado.
  • TRC (Tiempo de Retención Celular): Disminuirá porque al aumentar el caudal de purga se reduce la cantidad de sólidos retenidos en el sistema.
  • Consumo de Oxígeno: Aumentará. Un mayor caudal de purga reduce la edad del lodo (θc), lo que incrementa la producción de biomasa nueva (QΔX) y eleva la tasa de crecimiento microbiano (μ), aumentando así el consumo de oxígeno y los niveles de oxígeno disuelto (OD) en el sistema.

Definición de Parámetros de Bacterias Heterótrofas

  • YH: Rendimiento, materia celular producida por unidad de MO degradada.
  • Ks: Constante de semisaturación (mg/l), es la concentración de alimento para la cual la velocidad se reduce a la mitad.
  • fD,H: Fracción de materia celular que tras su muerte queda como residuo orgánico no biodegradable (debris).