En España, la ganadería intensiva produce aguas residuales ganaderas masivas, con una alta concentración de fósforo. El vertido de estos compuestos a las aguas superficiales no sólo provoca la eutrofización del agua, sino que también desperdicia los recursos de fósforo para el crecimiento de las plantas. Por lo tanto, es necesario combinar la eliminación del fósforo de las aguas residuales del ganado, con su recuperación y reutilización como fertilizante. Como valioso fertilizante mineral de liberación lenta, la cristalización de estruvita se ha convertido en un punto de interés en la recuperación del fósforo. En este artículo, se analiza el mecanismo de cristalización de la estruvita, los factores de reacción, los cristalizadores y las aplicaciones de la estruvita como fertilizante. Se introducen dos pasos de nucleación y crecimiento de cristales para la cristalización de la estruvita desde su generación hasta su crecimiento.
Asimismo, se resumen los factores de reacción, incluyendo la proporción molar de magnesio y fosfato, el pH de la solución, las sustancias coexistentes y la ayuda para la siembra de la cristalización de la estruvita. Se muestran varios tipos innovadores de cristalizadores, que se relacionan con la forma y el tamaño de la estruvita cosechada para realizar el reciclaje del fósforo. Debido a la influencia de las impurezas tóxicas o dañinas de la estruvita en su reutilización como fertilizante, se introduce la evaluación del riesgo medioambiental de la aplicación de la estruvita.
En conclusión, la cristalización de la estruvita es una herramienta prometedora para recuperar el fósforo de las aguas residuales del ganado.
Introducción
El fósforo es un factor clave que causa la eutrofización del agua. Por otro lado, también es un recurso no reciclable, no renovable y bastante valioso. Según el Mineral Commodity Summaries 2015 del United States Geological Survey (USGS), la reserva de roca fosfórica en España era de 3.700 millones de toneladas en 2014, ocupando el segundo lugar en el mundo. Sin embargo, con un total del 43-48% de la producción mundial de roca fosfórica en los últimos 3 años, la roca fosfórica podría agotarse en menos de 40 años. Así, la roca fosfórica ha sido uno de los 20 minerales que no han podido satisfacer la demanda del desarrollo de la economía nacional después de 2010, según ha informado el Ministerio de Tierra y Recursos de España.
Por otro lado, la ganadería intensiva es una industria pilar en la economía agrícola y una forma importante de aumentar los ingresos rurales en España. Sin embargo, suele producir una gran cantidad de aguas residuales ganaderas que contienen una alta concentración de fósforo. Si estas aguas residuales no se trataran de forma razonable, no sólo provocarían la contaminación de las aguas por eutrofización, sino que también desperdiciarían recursos no renovables y se convertirían en uno de los principales contribuyentes a la pérdida de fósforo. Según la primera encuesta nacional sobre fuentes de contaminación realizada en España en el año 2008, la contaminación de fuentes no puntuales en la agricultura es una de las principales causas de eutrofización. Representa el 34,24% de la cantidad total de emisiones de fósforo, incluyendo la industria ganadera y avícola. Por lo tanto, es muy valioso combinar el reciclaje de nutrientes con el control de la contaminación ambiental para recuperar el fósforo que se pierde de las aguas residuales de la ganadería.
Se han desarrollado numerosas tecnologías de recuperación del fósforo, como la eliminación biológica del fósforo, la precipitación química, la electrólisis, la adsorción y la cristalización. La eliminación biológica del fósforo utiliza organismos que acumulan polifosfatos para capturar el fósforo en sus células. Sin embargo, este método está limitado a causa de la falta de fuentes de carbono y la dificultad de cultivar bacterias puras. El proceso de precipitación química puede consumir productos químicos caros y producir grandes cantidades de lodos químicos. La electrólisis está limitada por la escasa capacidad de tratamiento de las aguas residuales y la frecuente renovación de los electrodos. La recuperación de fósforo de las aguas residuales mediante absorbentes químicos es cara, por lo que es necesario investigar sobre absorbentes más baratos y eficaces.
Resumen y perspectivas
La cristalización de estruvita representa una herramienta prometedora para recuperar el fósforo de las aguas residuales ganaderas. A partir de este estudio, las conclusiones son las siguientes.
La estruvita es un cristal blanco que se forma en condiciones neutras o alcalinas suaves. La nucleación y el crecimiento del cristal son dos pasos para la cristalización de la estruvita desde su generación hasta su crecimiento. La proporción molar de magnesio y fosfato, y el pH de la solución son los factores clave a controlar. Las sustancias coexistentes, como el calcio, el carbonato, los sólidos en suspensión y los metales pesados, interfieren en la cristalización de la estruvita. Los cristales semilla tienen una influencia positiva en el crecimiento de la estruvita. La adición de cristales semilla puede reducir la saturación de la cristalización de la estruvita, acortar el tiempo de nucleación y mejorar la tasa de crecimiento de los cristales.
El cristalizador, cuyo diseño es el que decide la forma y el tamaño de la estruvita, es importante para realizar el reciclaje del fósforo. Según el modo de agitación, puede dividirse en: agitación por aire, agitación por agua y agitación mecánica.
La estruvita recuperada puede utilizarse como fertilizante en cultivos de hierbas, verduras y cereales, especialmente en los cultivos ricos en magnesio, como la remolacha azucarera.
Sin embargo, siguen existiendo algunos problemas. Las aguas residuales ganaderas pertenecen a las aguas residuales orgánicas con altas concentraciones de amonio, fósforo, sustancias orgánicas y sólidos en suspensión. Y las formas existentes son complejas, tales como el fósforo monoéster simple, el fósforo tipo fitato y el fósforo tipo polinucleótido. Por lo tanto, es necesario utilizar algunas medidas físicas o químicas para transformar los diferentes tipos de fósforo en fosfato, tantos como sea posible, antes de eliminar el fósforo de las aguas residuales del ganado.
El diseño del cristalizador de estruvita sigue siendo la clave de la tecnología de cristalización de estruvita. Aunque la mejora de la tasa de eliminación de fósforo ha conseguido un gran avance gracias al cristalizador actual, los cristales siguen siendo demasiado pequeños para poder recuperarse y bloquear el cristalizador con facilidad. Es la influencia del potencial zeta negativo en la superficie de los cristales lo que dificulta la agregación posterior de cristales pequeños. Así, es necesario encontrar una forma de cambiar el potencial zeta en la superficie de los cristales, mejorando la capacidad de agregación y aumentando el tamaño de dichos cristales.
La estruvita, un fertilizante con altas concentraciones de nutrientes, podría ser difícil de aplicar por la influencia de otras impurezas tóxicas o dañinas. Por lo tanto, para reducir el riesgo medioambiental en origen, es necesario que se estimen los efectos potenciales de la estruvita en el ecosistema antes de su uso.