Cómo convertir las aguas residuales en una mina de fósforo

Por María Villén Guzmán, Brahim Arhoun, José Miguel Rodríguez Maroto, María del Mar Cerrillo González. Universidad de Málaga.

El fósforo, como ya afirmaba el escritor Isaac Asimov en 1974, es un elemento al que podemos considerar el “cuello de botella de la vida”. Su papel en la agricultura como fertilizante lo ha convertido en un componente esencial e irreemplazable para la vida. Su agotamiento podría poner en riesgo el futuro de nuestra sociedad.

Históricamente, los agricultores ya utilizaban el fósforo contenido en el estiércol animal como fertilizante. En el siglo XIX, además de la materia orgánica, se descubrió que el uso de huesos y rocas ricas en fósforo también mejoraba las cosechas. Por ello, la industria del fertilizante empezó a interesarse por la roca fosfática como una fuente rica en fósforo. En la actualidad, la producción de fertilizantes fosfatados da lugar a la mayor parte de la demanda mundial de roca fosfática.

Las reservas mundiales de roca fosfática se encuentran bajo el control de un número limitado de países, como China y Marruecos, cuyas políticas comerciales podrían suponer un riesgo en su suministro futuro. Esto ha llevado a la Unión Europea, dependiente de la importación de este recurso no renovable e irreemplazable, a incluir la roca fosfática en su lista de materias primas críticas.

El fósforo como solución y problema

La complejidad de la química del fósforo explica que, a pesar de ser un elemento esencial para la vida, también tiene el poder de acabar con ella. Podemos decir que el fósforo ha pasado de ser un nutriente a ser un contaminante global.

El vertido continuo de fertilizantes, detergentes y aguas residuales con altas concentraciones de fósforo está provocando la reducción de la calidad de las aguas cercanas a zonas densamente pobladas.

El exceso de fósforo en las aguas puede provocar un proceso denominado eutrofización: el crecimiento descontrolado de algas. Este fenómeno afecta de forma negativa a la calidad de las aguas ya que el exceso de algas consume el oxígeno y, además, genera grandes cantidades de materia orgánica.

El reto de las depuradoras

La normativa europea relativa al tratamiento de aguas residuales urbanas (Directiva Marco del Agua 2000/60/CE junto con la Directiva del Consejo 91/271/CEE) establece unos valores máximos de concentración de fósforo en los efluentes de agua tratada, lo que se convierte en todo un reto para las estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR).

La conversión de fósforo soluble en un compuesto insoluble que se pueda separar fácilmente de la disolución acuosa es el fundamento de los métodos existentes para la eliminación de este elemento. La precipitación química de estruvita, un mineral que contiene fósforo, es el procedimiento mejor establecido en un gran número de plantas a nivel internacional. Este método se aplica al lodo que proviene de la digestión anaerobia.

Sin embargo, el diseño de numerosas plantas depuradoras de agua que actualmente se encuentran en funcionamiento en España no incluyó la digestión anaerobia de fangos en su diseño. El desarrollo de normativa cada vez más rigurosa respecto a la concentración de fósforo pone en una situación complicada a estas plantas. Por tanto, es necesario explorar nuevos métodos con los que se consiga eliminar el fósforo.

Recuperación de fósforo a partir de residuos

Ni que decir tiene que la reducción, reutilización y reciclado de fósforo a partir de residuos es clave para resolver de forma práctica y económica la problemática causada por la escasez, el riesgo de suministro y el impacto ambiental de este elemento.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas pueden representar una mina líquida para la obtención de fósforo debido a la constante y alta concentración entrante de este elemento. Este contenido proviene de:

• Excreciones humanas y animales.

• Productos de limpieza y detergentes.

• Fertilizantes que provienen del suelo.

Del laboratorio a la depuradora

En la actualidad, nuestro grupo de investigación (Grupo de Ingeniería y Gestión Ambiental del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Málaga) está llevando a cabo un proyecto que persigue aportar soluciones a los problemas relacionados con la alta concentración de fósforo en los efluentes de las EDAR. Dicho proyecto cuenta con financiación de la Junta de Andalucía y de la Unión Europea a través de las ayudas a actividades de transferencia de conocimiento entre los agentes del sistema andaluz del conocimiento y el tejido productivo.

La investigación se centra en la propuesta de mejoras en una planta real que presenta la problemática anteriormente descrita: altas concentraciones de fósforo en las aguas residuales tratadas. Para ello, llevamos a cabo el escalado del proceso desde el laboratorio a su aplicación real pasando por una planta piloto.

En una etapa inicial, desde el laboratorio identificamos el punto de la planta donde se concentraba una mayor cantidad de fósforo. A partir de estos resultados, realizamos ensayos que sirvieron de base para diseñar una planta piloto con la que poder trabajar con mayores volúmenes de aguas residuales. La investigación culminó con ensayos a pie de planta que sirvieron para confirmar el éxito de la investigación.

En las diferentes etapas del proyecto usamos varios reactivos para precipitar compuestos de fósforo. De esta forma, conseguimos establecer las bases para revalorizar el fósforo contenido en las aguas residuales como fertilizante.

Con este proyecto se fomenta la economía circular mediante el aprovechamiento del fósforo contenido en las aguas residuales. En definitiva, se recupera una materia prima crítica para la Unión Europea al tiempo que se reduce el impacto ambiental de la contaminación por fósforo en las aguas.