Función de los principios de economía circular en la recuperación de nutrientes y la gestión de las aguas residuales

Recuperación de nutrientes en el tratamiento de aguas residuales

El agua residual contiene cantidades significativas de nitrógeno y fósforo — nutrientes que, cuando se descargan en las vías fluviales, alimentan las floraciones de algas y la eutrofización. Sin embargo, estos mismos nutrientes son recursos finitos. El rock fosfato, la fuente principal de fertilizantes fósforos, es un recurso no renovable que se enfrenta a la depuración.

Por qué el nitrógeno y el fósforo mate

El nitrógeno y el fósforo son esenciales para el crecimiento de las plantas, pero su sobreutilización y pérdida para el medio ambiente generan graves daños ecológicos. La euforia conduce a zonas muertas en lagos y zonas costeras, como la zona hipotética del Golfo de México. Al recuperar estos nutrientes en las plantas de tratamiento, podemos cerrar el bucle, devolviéndolos a la agricultura como fertilizantes seguros y de liberación lenta en lugar de permitirles contaminar los cuerpos de agua.

Métodos de recuperación de nutrientes

Se han desarrollado varias tecnologías para extraer nutrientes de las aguas residuales, cada una con ventajas y aplicaciones específicas.

• Precipitación verdadera] — El magnesio de cristalización, el amonio y el fosfato en struvite (MgNH4PO4·6H2O), un fertilizante de liberación lenta. Este método recupera tanto el fósforo como el nitrógeno y reduce el escalado en tuberías.
• Desnudamiento y absorción de nitrógeno] — Convertir ammonio en corrientes de desechos de alta resistencia (por ejemplo, el digestor se centra) en gas amoníaco, y luego capturarlo en una solución ácida para formar fertilizante de sulfato de amonio.
• Eliminación biológica de nutrientes (BNR)] — Utilizando poblaciones bacterianas específicas para convertir y capturar nitrógeno y fósforo dentro de biosólidos. Mientras que la BNR es principalmente para la eliminación, el procesamiento posterior puede recuperar estos nutrientes para la aplicación de la tierra.
• Ion exchange and membrana filtertion — Tecnologías emergentes que capturan selectivamente iones de amonio o fosfato usando resinas o membranas, permitiendo la recuperación de alta pureza.
• Sistemas basados en las algas] — Cultivar las algas en aguas residuales para absorber nutrientes; la biomasa recolectada puede utilizarse como biofertilizante o materia prima para la producción de biogás.

Entre ellos, la recuperación de la uva es la más madura comercialmente, con instalaciones en instalaciones de todo el mundo, incluyendo la planta de reclamación de agua de la manta en Chicago y la masa de la planta de Despond en el Reino Unido. Estos sistemas demuestran que la recuperación de nutrientes no es sólo teórica sino operacionalmente viable.

Gestión circular de aguas residuales más allá de los nutrientes

Mientras la recuperación de nutrientes es un centro, un sistema de aguas residuales verdaderamente circular captura múltiples corrientes de valor. Las modernas instalaciones de recuperación de recursos hídricos (WRRFs) tratan el agua a una calidad adecuada para reutilizar, capturar energía de la materia orgánica y producir biosólidos que enriquecen el suelo.

Recuperación integrada de recursos

Una planta circular de aguas residuales produce:

• Agua reclamada] — Adecuado para riego, procesos industriales o reutilización de agua potable después del tratamiento avanzado, reduciendo la extracción de agua dulce.
• Biogas] — Capturado de la digestión anaeróbica de lodos, usado para generar calor y electricidad. Algunas plantas logran autosuficiencia energética o incluso producción de energía neta positiva.
• Biosolids] — Los sólidos tratados ricos en materia orgánica y nutrientes, aplicados a las tierras agrícolas como acondicionador de suelo.
• calor — Recovered from effluent via heat pumps, providing district warmth or building warmth.

Beneficios de los sistemas de aguas residuales circulares

La adopción de principios de economía circular en la gestión de las aguas residuales ofrece múltiples ventajas:

• Protección ambiental] — Reducir la contaminación de nutrientes, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de fertilizantes evitados y menos extracción de agua dulce.
• Economía — Menor costo de eliminación, ingresos de fertilizantes y ventas de energía, y menor dependencia de importación para materias primas como la roca fosfata.
• Apoyo agrícola] — Suministro fiable de fertilizantes producidos localmente, mejorando la resiliencia del sistema alimentario.
• Eficiencia energética] — La captura de biogás y calor reduce la huella de carbono y los costos operativos de la planta.
• Seguridad del agua] — El agua reclamada proporciona una fuente de agua resistente a la sequía para usos no potables, especialmente valiosos en las regiones con agua.

Retos a la aplicación

A pesar de los beneficios claros, la adopción generalizada de la recuperación circular de nutrientes enfrenta obstáculos reales.

Costos tecnológicos] — La instalación y funcionamiento de sistemas de recuperación (especialmente reactores de trivite o unidades de membrana) requiere inversión de capital. Mientras que los rendimientos de las ventas de fertilizantes pueden compensar los costos con el tiempo, muchas utilidades luchan con financiación inicial. Las plantas más pequeñas encuentran más difícil justificar los gastos sin fuertes controladores regulatorios.

barreras regulatorias y de calidad] — Los nutrientes recuperados deben cumplir con las normas de seguridad de los metales pesados y los patógenos antes de que puedan ser comercializados como fertilizantes. Las regulaciones varían por región y pueden ser lentas para adaptarse a nuevos productos. De igual modo, las regulaciones de reutilización de agua a menudo requieren un tratamiento avanzado que añade costo.

Limitaciones de infraestructura] — Los sistemas existentes de aguas residuales fueron diseñados para la eliminación, no para la recuperación. La introducción de plantas para separar corrientes de nutrientes concentradas o añadir procesos de recuperación es compleja y puede requerir una construcción importante.

Recepción de los mercados] — Las empresas agricultoras y fertilizantes pueden estar a la altura de adoptar nutrientes recuperados debido a la falta de familiaridad, la composición inconsistente o la competencia de precios con los productos sintéticos establecidos.