Recuperação de fósforo através da precipitação de estruvite para a produção de fertilizantes

Abstract

Considerando que o fósforo é um elemento crítico para a vida no planeta Terra, é urgente o desenvolvimento de novas tecnologias que permitam recuperar este macronutriente e manter os fluxos no seu ciclo natural, minimizando as perdas e evitando a sua extração mineral do solo. Neste sentido, este trabalho tem como objetivo otimizar as condições de operação da tecnologia de remoção de fósforo de matrizes aquosas através da formação de estruvite. Inicialmente, os estudos incidiram em efluente sintético, mas numa fase posterior foi também avaliada a precipitação de estruvite em efluente real. A caracterização de amostras de efluente real indicou que a concentração de P varia consideravelmente nas diferentes zonas das ETAR urbanas, tendo-se verificado que a maior concentração de P ocorre após o tratamento biológico (lamas mistas). Através dos ensaios preliminares em efluente sintético verificou-se que a concentração mínima viável para a precipitação de estruvite é de 30 mg P/L e que a razão Mg/P 2 conduziu à maior recuperação de fósforo (RP) (83,7%). De forma a aproximar os estudos a um cenário real, avaliou-se a influência dos iões cálcio e sódio. O cálcio foi o que apresentou maior influência, sendo que na presença de 200 mg Ca/L foi possível recuperar 86,1% do P inicial. O precipitado obtido apresenta como única fase cristalina a estruvite, contrastando com a previsão do software Visual MINTEQ que indicava que a hidroxiapatite seria o mineral mais relevante. O sódio não interferiu com a RP, verificando-se, no entanto, uma provável diminuição no tempo de indução dos cristais. O fenómeno de seeding foi também avaliado neste trabalho, recorrendo a estruvite e cinzas de biomassa para este efeito. Nestas condições, a maior RP foi de 75,4% para partículas de tamanhos entre 53 e 63 μm. Além da cinza, estudou-se o efeito da estruvite como seed, porém não se observaram melhorias na RP, o que pode indicar um aumento no tempo de indução do processo de cristalização. Por fim, importa salientar que no efluente real as recuperações de P foram superiores aos obtidos nos testes preliminares em condições semelhantes. Obteve-se uma RP máxima de 94,5% para o efluente das lamas mistas, contrastando com os 69,9% alcançados nas mesmas condições em efluente sintético. A análise XRD indicou que o precipitado obtido continha 15% de estruvite e 23,2% de hazenite (mistura de estruvite-K e estruvite-Na), que também apresenta boas características como fertilizante.

Considering that phosphorus is a critical element for life on planet Earth, it is urgent the development of new technologies to recover this macronutrient and maintain flows in its natural cycle, minimizing losses and avoiding its mineral extraction from the soil. In this sense, this work aims to optimize the operating conditions of the technology for phosphorus removal from aqueous matrices through the formation of struvite. Initially, the studies focused on synthetic effluent, but at a later stage the precipitation of struvite in real effluent was also evaluated. Characterization of real effluent samples indicated that the concentration of P varies considerably in the different zones of urban wastewater treatment plants, and it was found that the highest concentration of P occurs after biological treatment (mixed sludge).Through preliminary tests in synthetic effluent, it was found that the minimum viable concentration for struvite precipitation is 30 mg P/L and that the Mg/P 2 ratio led to the highest phosphorus recovery (PR) (83.7%). To bring the studies closer to a real scenario, the influence of calcium and sodium ions was evaluated. Calcium had the greatest influence, and in the presence of 200 mg Ca/L, it was possible to recover 86.1% of the initial P. The precipitate obtained presents as the only crystalline phase the struvite, contrasting with the prediction of the Visual MINTEQ software that indicated that hydroxyapatite would be the most relevant mineral. Sodium did not interfere with the RP, but there was a probable decrease in the induction time of the crystals. The seeding phenomenon was also evaluated in this work, using struvite and biomass ash for this purpose. Under these conditions, the highest RP was 75.4% for particle sizes between 53 and 63 μm. In addition to ash, the effect of struvite as seed was studied, but no improvements in RP were observed, which may indicate an increase in the induction time of the crystallization process.Finally, it should be noted that in the real effluent the P recoveries were higher than those obtained in the preliminary tests under similar conditions. A maximum PR of 94.5% was obtained for the mixed sludge effluent, contrasting with the 69.9% achieved under the same conditions in synthetic effluent. XRD analysis indicated that the precipitate obtained contained 15% struvite and 23.2% hazenite (a mixture of struvite-K and struvite-Na), which also has good characteristics as a fertilizer.