Tractament d’estiércol i digestat per recuperar fertilitzants

Granges de bestiar, granges lleteres i granges avícoles produeixen una gran quantitat d’aigües residuals que contenen grans quantitats de residus orgànics. Altres processos de tractament d’aigües residuals també generen llots, que també poden ser tractats per obtenir subproductes valuosos, com fertilitzants, que poden ser reutilitzats en activitats agrícoles com a fertilitzants o per a compostatge. La valorització dels residus a través de la seva transformació en un producte valuós, com fertilitzants o aigua neta, és un clar exemple d’economia circular.

Dissenyem i construïm plantes de gestió de llots amb fems i digestat que transformen els residus en recursos reutilitzables i subproductes, com:

• Aigua neta i reutilitzable.
• Fertilitazants.
• Biogàs que es pot utilitzar per generar energia tèrmica.

Els subproductes més àmpliament recollits per a la seva transformació en fertilitzants són:

• Llot de processos de tractament d’aigües residuals aeròbiques.
• Digestat produït en plantes de biometanització.

És important assenyalar que els llots procedents del tractament d’aigües residuals poden contenir gèrmens patògens i paràsits perillosos per als humans, com la salmonel·la, Escherichia coli, àscaris, etc. Per tant, el seu ús està regulat per directives.

El nostre sistema ofereix nombrosos beneficis ambientals i econòmics:

• Proporcionem una solució a un problema ambiental en transformar un producte de residu que d’una altra manera seria difícil i costós de tractar en una font d’autosuficiència i ingressos per a les granges.
• L’autosuficiència en aigua, energia i fertilitzants provinents d’aigües residuals i llots redueix els costos operatius i de gestió de residus.
• Producció pròpia de fertilitzants ecològics i d’alta qualitat que es poden vendre si hi ha excedent. També es poden generar ingressos per la venda d’energia excedent.

Aquest procés circular es basa en el reciclatge de productes, optimitza l’ús de recursos minerals, recupera i incorpora els subproductes produïts, minimitza les emissions i redueix la dependència de fonts d’energia no renovables.

El procés de biodigestió es duu a terme principalment per a la producció de biogàs, que pot ser utilitzat com a combustible, a partir de diferents residus orgànics, entre els quals s'inclouen els excrements animals.

A més de l'obtenció de biogàs, la biodigestió també permet reduir el potencial contaminant dels excrements que s'utilitzen per generar aquest biogàs, disminuint la demanda química d'oxigen (DQO) i la demanda biològica d'oxigen (DBO) fins a un 90%.

Com a resultat d'aquest procés es genera un residu anomenat digestat, que presenta un alt grau de concentració de nutrients i matèria orgànica, i és ideal per ser utilitzat com a fertilitzant.

El digestat és un subproducte semilíquid i pot aplicar-se de forma directa, o prèvia separació en dues fraccions, sòlida i líquida, fet que n'augmenta l'eficàcia.

Els avantatges que presenta el digestat com a fertilitzant són:

• Respecte als residus orgànics abans de la seva digestió, els digestats són més aptes per a ús agrícola, generen menys olors, i presenten una major qualitat higiènica.
• El digestat presenta un major grau de mineralització en passar el nitrogen i fòsfor orgànic a mineral després de la fermentació. Això el fa assimilable a un fertilitzant mineral. L'augment dels preus d'aquests últims constitueix una oportunitat per als digestats.

El següent diagrama mostra els principals processos i tecnologies involucrats en una planta dissenyada per convertir els residus generats a les granges en recursos valuosos i subproductes:

1. Tractament del digestat: Els productes de rebuig (fang líquid (*) + fems animal) s’envien als dipòsits de matèries primeres per al seu emmagatzematge i barreja.

2. Digestió anaeròbica del fems: La barreja de residus s’envia als digestors biològics anaeròbics per al seu tractament, la qual cosa resulta en l’extracció de biogàs i un digestat, del qual se separa una fracció líquida (88%) i una sòlida (2%).

3. Producció i tractament de biogàs a les granges: El biogàs s’envia a la planta de cogeneració per convertir-lo en electricitat i calor. Alternativament, es pot produir biometà purificant el biogàs.

4. Concentració i producció de fertilitzants: La fracció líquida del digestat, que conté nutrients orgànics i minerals valuosos, travessa diverses fases de concentració mitjançant sistemes mecànics i tèrmics, gràcies a les quals s’obté un fertilitzant líquid concentrat que es pot vendre, així com aigua neta que es pot descarregar o reutilitzar.

Un cop els purins han estat barrejats amb biomassa i transformats en biogàs en un biodigestor, aquest biogàs es transforma en energia elèctrica en un combustor. Després d’aquest procés de valorització s’obté un efluente no abocament a causa de la seva alta concentració de sals d’amoníac, conegut com a digestat.

Els processos de separació mecànica, seguits per un sistema de membranes, aconsegueixen separar la part sòlida, que seria la que s’aprofitaria com a fertilitzant, i la part líquida, que hauria de ser gestionada com a residu.

El problema d’aquest procés, sense afegir cap etapa addicional, és que no s’obté un fertilitzant de màxima qualitat, ja que no és plenament eficaç a l’hora de separar els líquids dels sòlids i concentrar la matèria orgànica.

A aquesta qualitat inferior del fertilitzant, s’hi uneixen altres dues desavantatges:

• Desaprofitar una gran part dels sòlids i de la matèria orgànica continguts en el digestat, que no s’aconsegueixen separar, la qual cosa significa que s’està obtenint una quantitat molt menor de fertilitzant, i per tant reduint els ingressos que es podrien obtenir per la seva venda.
• Augment de la quantitat de residu a tractar, ja que tota aquesta matèria que no s’aprofita per produir fertilitzant és un residu que ha de ser tractat per un gestor i això té un cost econòmic, és a dir, s’estan convertint el que podrien ser ingressos en una despesa.

Per aquests motius, es pot concloure que és més rendible i eficient reduir el volum del digestat a la mateixa planta i recuperar aquesta gran quantitat de fertilitzant que es perd.

Per a això, el digestat es tracta en un evaporador al buit, que permet recuperar un 97% d’aigua neta, alhora que s’obté un concentrat que pot ser convertit novament en fertilitzant estabilitzat en un dipòsit de compostatge.

El vídeo següent mostra el procés de valorització i tractament de purins procedents de porc i vaca mitjançant una planta de producció de biogàs amb evaporació de digestat.

Amb un evaporador al buit podem separar entre un 90% i un 99% de l’aigua dels sòlids i la matèria orgànica, la qual cosa permet obtenir un elevat concentrat de fertilitzant.

La major producció de fertilitzant que s’obté i els estalvis derivats d’entregar una quantitat menor de residus al gestor, compensen àmpliament la inversió inicial corresponent a adquirir l’evaporador al buit, sent aquesta la solució més econòmica i eficient a mig termini.

Les seves avantatges són nombroses:

• La recuperació del fertilitzant s’incrementa i s’estalvien quantitats importants de diners en no enviar digestat líquid al gestor de residus.
• L’aigua neta (condensat) obtinguda en el procés d’evaporació es pot usar com a aigua de barreja al principi del procés de biogàs, o ser abocada sense perill si es prefereix.
• El producte fertilitzant combinat encara es pot assecar més i convertir-se en fertilitzant sec.
• Una planta d’evaporació és més eficient eliminant aigua del digestat que si s’asseca en una planta d’assecat.
• Augment de les vendes de fertilitzant, que milloren la rendibilitat de la planta de biogàs.
  El digestat és una substància que embruta, la qual cosa allarga el temps de l’operació. Els evaporadors de superfície ratllada garanteixen una operació sense aturades.
• Els evaporadors poden concentrar el digestat fins a alts nivells de concentració. S’obtenen concentrats viscosos d’alta densitat.

Per a la recuperació del fòsfor en forma de fertilitzant sòlid, es pot cristal·litzar en forma d’estruvita, un fertilitzant mineral de llarga durada format per magnesi, fòsfor i nitrogen, amb baix contingut en metalls i que, a poc a poc, aporta els nutrients al sòl afavorint la seva absorció per les plantes i reduint les pèrdues superficials que poden acabar a les masses d’aigua.

D’altra banda, la producció de fertilitzants líquids rics en amoni pot ser viable mitjançant un procés d’adsorció-desorció amb zeolites i contactors de membranes. De vegades, per aconseguir una relació concreta entre els nutrients principals, serà necessari eliminar l’excés de nitrogen, que es podrà dur a terme mitjançant un procés en condicions microaeròfiles amb baix consum energètic.

Una altra via de transformació de residus en fertilitzants consisteix, en un primer pas, a barrejar el residu amb altres residus orgànics i altres fertilitzants minerals per ajustar els nivells de nutrients (N/P/K) a valors comercials. I, en un segon pas, la barreja resultant s’introdueix en un evaporador al buit per evaporar l’aigua i transformar la matèria en un sòlid estable i de fàcil utilització.

L'aplicació de fertilitzants és una pràctica agrària insubstituïble que té com a objectiu primordial mantenir la fertilitat del sòl, no havent-se de limitar a la restitució dels elements extrets per la collita, sinó també a aquells elements que els sòls perden per rentat, retrogradació i erosió.

Els fertilitzants permeten restituir als sòls aquests elements nutritius extrets, posant a disposició dels cultius els nutrients que precisen.

Els fertilitzants complexos NPK són productes que contenen dos o tres nutrients primaris (N, P, K) i que, a més, poden contenir nutrients secundaris (Ca, Mg, S) i micronutrients (Zn, Cu, B, etc.). S'apliquen per equilibrar i potenciar el contingut del sòl amb elements nutritius, considerant les necessitats del cultiu que es durà a terme i el rendiment que s'espera aconseguir. Els fertilitzants poden trobar-se en estat sòlid (forma granular) o líquid, aquest últim cada cop més freqüent.

Actualment, ens trobem amb un consum cada cop més elevat de fertilitzants, alhora que es genera una ingent quantitat de residus, molts d'ells amb un important contingut de nutrients (N/P/K). En aquest context, és necessari potenciar sistemes d'economia circular que permetin la producció de fertilitzants a partir de residus, valoritzant i incorporant al circuit els subproductes generats, minimitzant les emissions i reduint la dependència de les fonts d'energia no renovables.

S'han publicat estudis que han demostrat que la incorporació de cal viva a aquests fangs elimina els patògens. L'addició de cal al fang redueix olors i el nivell de patògens en crear un pH alt que és hostil a l'activitat biològica. Els gasos que es desprenen durant la descomposició anaeròbica de la matèria orgànica contenen nitrogen i sofre i són la font principal de males olors de fang. Quan s'afegeix la cal, els microorganismes que intervenen en la descomposició són fortament inhibits o destruïts en aquest medi fortament alcalí. Els patògens passen per un procés similar.

Durant el procés de tractament de fangs mitjançant cal viva és necessari mantenir el pH per sobre de 12, durant un temps mínim de 2 hores, per assegurar la destrucció dels patògens i proporcionar l'alcalinitat residual suficient perquè el pH no baixi de 11. Permetent, així, el temps suficient per a l'emmagatzematge o disposició del fang estabilitzat.

La quantitat de cal necessària per estabilitzar el fang està determinada pel temps del mateix, la seva composició química i la concentració de sòlids. A grans trets, el rang va des del 6 fins al 51%. Tenint en compte que els fangs primaris són els que menys quantitat de cal requereixen i els fangs activats els que en fan servir més.

Existeixen altres mètodes de tractament de fangs, com ara: la digestió aeròbica i anaeròbica, però el tractament amb cal proporciona més avantatges a l'hora de reutilitzar-lo, ja que ens dóna un major volum de producte aprofitable a més de proporcionar als terrenys àcids la neutralització necessària sense cost extra.

L'alta dosificació de cal també afecta les característiques físiques i químiques del fang. Aquestes reaccions provoquen una disminució del nitrogen, que actua com a limitant per a la quantitat de fang que es pot aplicar al terreny, per la qual cosa permet una major quantitat de fang per unitat de superfície, al mateix temps que millora la capacitat de perdre humitat i el caràcter dels fluids de líquid secundaris.
Una altra avantatge d’aquest sistema és que pot ser una bona alternativa quan es necessita un suport per a un altre mètode de tractament de fangs, ja que el sistema d’estabilització per cal pot iniciar-se i finalitzar-se ràpidament. Per això, pot suplementar instal·lacions ja existents quan el volum de fangs excedeix els nivells de disseny, per substituir la incineració quan hi ha escassetat de combustible o quan s’estan duent a terme tasques de manteniment.

Aquest mètode de tractament de fangs és més econòmic que altres mètodes, també constitueix un mitjà eficaç i segur per a l’eliminació final dels fangs, evitant els riscos per a la salut humana i els danys ambientals. Un cop els fangs han estat tractats i estabilitzats poden ser descarregats amb tota seguretat. Resulten ideals per a l’agricultura, ja que el seu fort contingut en cal fa que sigui un adob de qualitat ideal per a sòls àcids, que conté matèries orgàniques i fertilitzants.