Estudio de la recuperación de nutrientes presentes en efluentes de sistemas de digestión anaerobia en forma de estruvita

Résumé

Debido al escenario que vivimos hoy en día, en el que la mayoría de los países a nivel mundial tienen marcado como objetivo el cambio de una Economía Lineal, basada en productos de origen fósil, a una Economía Circular, basada en bioproductos, es necesario afrontar una serie de desafíos para poder llevarlo a cabo. Uno de los retos más importantes al que nos enfrentamos consiste en realizar una gestión más equilibrada y práctica de los recursos, que tenga como principal consecuencia el cierre de los ciclos de nutrientes, no solo económicamente, sino también desde el punto de vista ambiental. En los últimos doscientos años, la población mundial ha sufrido una importante aceleración en su crecimiento. Una de las principales consecuencias de dicha aceleración es el aumento constante de la demanda de alimentos, ya sean de origen agrícola o ganadero (carne, productos lácteos, etc.) a lo que, además, se suma en los últimos años un ascenso en la popularidad de los cultivos energéticos. Por tanto, debido a todos estos antecedentes, se está generando un importante estrés en la agricultura y la ganadería que, a su vez, provoca un constante incremento en la demanda de fertilizantes minerales y en la generación de residuos agroganaderos. La producción, logística y dosificación de los fertilizantes minerales precisan de un consumo intensivo de las reservas minerales (N, P y K) y de energía de origen fósil. Por ello, esta fuerte dependencia de recursos no renovables puede poner en peligro la seguridad alimentaria y el medio ambiente si no se proponen otras alternativas más sostenibles. Sin ir más lejos, uno de los minerales con peores pronósticos en cuanto a sus reservas es el fósforo, ya que se estima que, teniendo en cuenta el ritmo de crecimiento al que progresa la población y la demanda de nutrientes minerales, las reservas de fósforo se agotarán en un máximo de 300 años. A todo esto, debe sumarse el problema que supone tanto el tratamiento como la eliminación de residuos (residuos agroganaderos, aguas residuales, etc.), en cuanto a que provocan una dispersión incontrolada de nutrientes. Considerando todo lo anterior, es necesario redibujar el escenario actual mediante soluciones amparadas en los postulados de la Economía Circular, que den lugar a la mejora en la gestión y uso de los nutrientes con una minimización del impacto ambiental y garantizando, a su vez, el suministro tanto de alimentos como de energía de una manera sostenible. De entre las múltiples soluciones existentes para la gestión y uso sostenible de nutrientes, un grupo muy importante es el que se centra en el reciclado de nutrientes, como el nitrógeno y del fósforo, de residuos agroganaderos. Comúnmente, estos residuos se utilizan para la producción de biogás, pero, además del propio biogás, las plantas de digestión anaerobia producen digestato, que es una corriente líquida residual, rica en materia orgánica, así como en macro y micronutrientes. Por tanto, los nutrientes contenidos en el digestato pueden extraerse y concentrarse mediante la aplicación de diferentes tecnologías y procesos que dan lugar a un producto final con mayores concentraciones de nutrientes que el digestato sin procesar, adecuado para su uso como biofertilizante, cerrando así el ciclo de los nutrientes. Una de las técnicas más prometedoras para la recuperación del fósforo y el nitrógeno, contenidos en el digestato procedente de la digestión anaerobia de residuos agroganaderos, es la precipitación en forma de estruvita, que es una sal de fosfato, amonio y magnesio (MgNH4PO4·6H2O). De este modo, se obtendrá un producto final, que es un fertilizante de liberación lenta con nutrientes valiosos para las plantas, sin originar ningún impacto en el medio ambiente. Habida cuenta de las ventajas potenciales que puede presentar la precipitación de nitrógeno y fósforo procedente de residuos agroganaderos en forma de estruvita, en esta Tesis se ha abordado el estudio del proceso de recuperación de los nutrientes presentes en el digestato procedente de la digestión anaerobia del purín de cerdo a escala de laboratorio. Con los resultados obtenidos se ha desarrollado un sistema de cristalización de estruvita en lecho fluidizado a escala piloto y se ha evaluado su viabilidad desde el punto de vista técnico. Por otro lado, se ha demostrado el poder agronómico de la estruvita obtenida mediante la fertilización de césped, así como su comparativa con un fertilizante tradicional y una estruvita comercial. Finalmente, se ha realizado un estudio sobre la viabilidad económica de la tecnología de obtención de estruvita para valorar la posibilidad de su implantación a nivel industrial.