Tratamiento de estiércol y digestato para recuperar fertilizantes

Granjas de ganado, granjas lecheras y granjas avícolas producen una gran cantidad de aguas residuales que contienen grandes cantidades de desechos orgánicos. Otros procesos de tratamiento de aguas residuales también generan lodo, que también puede ser tratado para obtener subproductos valiosos, como fertilizantes, que pueden ser reutilizados en actividades agrícolas como fertilizantes o para compostaje. La valorización de los residuos a través de su transformación en un producto valioso, como fertilizantes o agua limpia, es un claro ejemplo de economía circular.

Diseñamos y construimos plantas de gestión de lodos con estiércol y digestato que transforman los residuos en recursos reutilizables y subproductos, como:

• Agua limpia y reutilizable.
• Fertilizantes.
• Biogás que se puede utilizar para generar energía térmica.

Los subproductos más ampliamente recogidos para su transformación en fertilizantes son:

• Lodo de procesos de tratamiento de aguas residuales aeróbicas.
• Digestato producido en plantas de biometanización.

Es importante señalar que los lodos procedentes del tratamiento de aguas residuales pueden contener gérmenes patógenos y parásitos peligrosos para los humanos, como la salmonela, Escherichia coli, áscaris, etc. Por lo tanto, su uso está regulado por directivas.

Nuestro sistema ofrece numerosos beneficios ambientales y económicos:

• Proporcionamos una solución a un problema ambiental al transformar un producto de desecho que de otra manera sería difícil y costoso de tratar en una fuente de autosuficiencia y ingresos para las granjas.
• La autosuficiencia en agua, energía y fertilizantes provenientes de aguas residuales y lodos reduce los costos operativos y de gestión de residuos.
• Producción propia de fertilizantes ecológicos y de alta calidad que se pueden vender si hay excedente. También se pueden generar ingresos por la venta de energía excedente.

Este proceso circular se basa en el reciclaje de productos, optimiza el uso de recursos minerales, recupera e incorpora los subproductos producidos, minimiza las emisiones y reduce la dependencia de fuentes de energía no renovables.

El proceso de biodigestión se lleva a cabo principalmente para la producción de biogás, que puede ser utilizado como combustible, a partir de diferentes residuos orgánicos, entre los que se incluyen los excrementos animales.

Además de la obtención de biogás, la biodigestión también permite reducir el potencial contaminante de los excrementos que se utilizan para generar dicho biogás, disminuyendo la demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta en un 90%.

Como resultado de este proceso se genera un residuo llamado digestato, que presenta un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica, y es ideal para ser utilizado como fertilizante.

El digestato es un subproducto semilíquido y puede aplicarse de forma directa, o previa separación en dos fracciones, sólida y liquida, lo cual aumenta su eficacia.

Las ventajas que presenta el digestato como fertilizante son:

• Respecto a los residuos orgánicos antes de su digestión, los digestatos son más aptos para uso agrícola, generan menos olores, y presentan una mayor calidad higiénica.
• El digestato presenta un mayor grado de mineralización al pasar el nitrógeno y fósforo orgánico a mineral tras la fermentación. Esto lo hace asimilable a un fertilizante mineral. El alza en los precios de estos últimos constituye una oportunidad para los digestatos.

El siguiente diagrama muestra los principales procesos y tecnologías involucrados en una planta diseñada para convertir los residuos generados en las granjas en recursos valiosos y subproductos:

1. Tratamiento del digestato: Los productos de desecho (lodo líquido (*) + estiércol animal) se envían a los tanques de materias primas para su almacenamiento y mezcla.

2. Digestión anaeróbica del estiércol: La mezcla de desechos se envía a los digestores biológicos anaeróbicos para su tratamiento, lo que resulta en la extracción de biogás y un digestato, del cual se separa una fracción líquida (88%) y una sólida (2%).

3. Producción y tratamiento de biogás en las granjas: El biogás se envía a la planta de cogeneración para convertirlo en electricidad y calor. Alternativamente, se puede producir biometano purificando el biogás.

4. Concentración y producción de fertilizantes: La fracción líquida del digestato, que contiene valiosos nutrientes orgánicos y minerales, atraviesa varias fases de concentración mediante sistemas mecánicos y térmicos, gracias a lo cual se obtiene un fertilizante líquido concentrado que se puede vender, así como agua limpia que se puede descargar o reutilizar.

Una vez que los purines han sido mezclados con biomasa y transformados en biogás en un biodigestor, este biogás es transformado en energía eléctrica en un combustor. Tras este proceso de valorización se obtiene un efluente no vertible debido a su alta concentración de sales de amoniaco, conocido como digestato.

Los procesos de separación mecánica, seguido por un sistema de membranas, consiguen separar la parte sólida, que sería la que se aprovecharía como fertilizante, y la parte líquida, que habría de ser gestionada como residuo.

El problema de este proceso, sin añadir ninguna etapa adicional, es que no se obtiene un fertilizante de máxima calidad, ya que no es plenamente eficaz a la hora de separar los líquidos de los sólidos y concentrar la materia orgánica.

A esta calidad inferior del fertilizante, se unen otras dos desventajas:

• Desaprovechamiento de una gran parte de los sólidos y de la materia orgánica contenidos en el digestato, que no se consiguen separar, lo cual significa que se está obteniendo una cantidad mucho menor de fertilizante, y por tanto reduciendo los ingresos que se podrían obtener por su venta.
• Aumento de la cantidad de residuo a tratar, ya que toda esta materia que no se aprovecha para producir fertilizante es un residuo que ha de ser tratado por un gestor y eso tiene un coste económico, es decir, se están convirtiendo lo que podrían ser ingresos en un gasto.

Por estos motivos, se puede concluir que es más rentable y eficiente reducir el volumen del digestato en la misma planta y recuperar esa gran cantidad de fertilizante que se pierde.

Para ello, el digestato es tratado en un evaporador al vacío, que permite recuperar un 97% de agua limpia, a la vez que se obtiene un concentrado que puede ser convertido nuevamente en fertilizante estabilizado en un depósito de compostaje.

El siguiente vídeo muestra el proceso de valorización y tratamiento de purines procedentes de cerdo y vaca mediante una planta de producción de biogás con evaporación de digestato.

Con un evaporador al vacío podemos separar entre un 90% y un 99% del agua de los sólidos y la materia orgánica, lo cual permite obtener un elevado concentrado de fertilizante.

La mayor producción de fertilizante que se obtiene y los ahorros derivados de entregar una cantidad menor de residuos al gestor, compensan sobradamente la inversión inicial correspondiente a adquirir el evaporador al vacío, siendo esta la solución más económica y eficiente a medio plazo.

Sus ventajas son numerosas:

• La recuperación del fertilizante se incrementa y se ahorran importantes cantidades de dinero al no enviar digestato líquido al gestor de residuos.
• El agua limpia (condensado) obtenida en el proceso de evaporación se puede usar como agua de mezcla en el principio del proceso de biogás, o ser vertida sin peligro si se prefiere.
• El producto fertilizante combinado todavía se puede secar más y convertirse en fertilizante seco.
• Una planta de evaporación es más eficiente eliminando agua del digestato que si se seca en una planta de secado.
• Aumento de las ventas de fertilizante, que mejoran la rentabilidad de la planta de biogás.
  El digestato es una sustancia que ensucia, lo cual alarga el tiempo de la operación. Los evaporadores de superficie rascada garantizan una operación sin paradas.
• Los evaporadores pueden concentrar el digestato hasta altos niveles de concentración. Se obtienen concentrados viscosos de alta densidad.

Para la recuperación del fósforo en forma de fertilizante sólido, se puede cristalizar en forma de estruvita, un fertilizante mineral de liberación lenta formado por magnesio, fósforo y nitrógeno, con bajo contenido en metales y que, poco a poco, aporta los nutrientes al suelo favoreciendo su absorción por las plantas y reduciendo las pérdidas superficiales que pueden acabar en las masas de agua.

Por otro lado, la producción de fertilizantes líquidos ricos en amonio puede ser viable mediante un proceso de adsorción-desorción con zeolitas y contactores de membranas. En ocasiones, para conseguir una relación concreta entre los nutrientes principales, será necesario eliminar el excedente de nitrógeno, que se podrá llevar a cabo mediante un proceso en condiciones microaerofílicas con bajo consumo energético.

Otra vía de transformación residuos en fertilizantes consiste, en un primer paso, en mezclar el residuo con otros residuos orgánicos y otros fertilizantes minerales para ajustar los niveles de nutrientes (N/P/K) a valores comerciales. Y, en un segundo paso, la mezcla resultante se introduce en un evaporador al vacío para evaporar el agua y transformar la materia en un sólido estable y de fácil utilización.

La aplicación de fertilizantes es una práctica agraria insustituible que tiene como objetivo primordial mantener la fertilidad del suelo, no debiendo limitarse a la restitución de los elementos extraídos por la cosecha, sino también a aquellos elementos que los suelos pierden por lavado, retrogradación y erosión.

Los fertilizantes permiten restituir a los suelos estos elementos nutritivos extraídos, poniendo a disposición de los cultivos los nutrientes que precisan.

Los fertilizantes complejos NPK son productos que contienen dos o tres nutrientes primarios (N, P, K) y que, además, pueden contener nutrientes secundarios (Ca, Mg, S) y micronutrientes (Zn, Cu, B, etc.). Se aplican para equilibrar y potenciar el contenido del suelo con elementos nutritivos, considerando las necesidades del cultivo que se va a llevar a cabo y el rendimiento que se espera conseguir. Los fertilizantes pueden encontrar en estado sólido (forma granular) o líquido, este último cada vez más frecuente.

Actualmente, nos encontramos con un consumo cada vez más elevado de fertilizantes, a la vez que se genera una ingente cantidad de residuos, muchos de ellos con un importante contenido de nutrientes (N/P/K). En este contexto, es necesario potenciar sistemas de economía circular que permitan la producción de fertilizantes a partir de residuos. valorizando e incorporando al circuito los subproductos generados, minimizando las emisiones y reduciendo la dependencia de las fuentes de energía no renovables.

Se han publicado estudios que han demostrado que la incorporación de cal viva a estos lodos elimina los patógenos. La adición de cal al lodo reduce olores y el nivel de patógenos al crear un pH alto que es hostil a la actividad biológica. Los gases que se desprenden durante la descomposición anaeróbica de la materia orgánica contienen nitrógeno y azufre y son la fuente principal de malos olores de lodo. Cuando se añade la cal los microorganismos que intervienen en la descomposición son fuertemente inhibidos o destruidos en ese medio fuertemente alcalino. Los patógenos pasan por un proceso similar.

Durante el proceso de tratamiento de lodos mediante cal viva es necesario mantener el pH por encima de 12, por un tiempo mínimo de 2 horas, para asegurarse la destrucción de los patógenos y proporcionar la suficiente alcalinidad residual para que el pH no descienda a menos de 11. Permitiendo, así, el tiempo suficiente para almacenamiento o disposición del lodo estabilizado.

La cantidad de cal necesaria para estabilizar el lodo está determinada por el tiempo del mismo, su composición química y la concentración de sólidos. A grosso modo, el rango va desde el 6 hasta el 51%. Teniendo en cuenta que los lodos primarios son los que menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean.

Existen otros métodos de tratamiento de lodos, como: la digestión aeróbica y anaeróbica, pero el tratamiento con cal proporciona mayores ventajas a la hora de reutilizarlo, ya que nos da mayor volumen de producto aprovechable además de proporcionarles los terrenos ácidos la neutralización necesaria sin costo extra.

La alta dosificación de cal también afecta a las características físicas y químicas del lodo. Estas reacciones provocan una disminución del nitrógeno, que actúa como limitante para la cantidad de lodo que puede aplicarse al terreno, por lo que permite una mayor cantidad de lodo por unidad de superficie, al mismo tiempo mejora la capacidad de perder humedad y el carácter de los fluidos de líquido secundarios.
Otra ventaja de este sistema es que puede ser una buena alternativa cuando se necesita un respaldo para otro método de tratamiento de lodos, ya que el sistema de estabilización por cal puede iniciarse y finalizarse rápidamente. Por lo que, puede suplementar instalaciones ya existentes cuando el volumen de lodos excede los niveles de diseño, para reemplazar la incineración cuando hay escasez de combustible o cuando se estén llevando a cabo labores de mantenimiento.

Este método de tratamiento de lodos es más económico que otros métodos, también constituye un medio eficaz y seguro para eliminación final de los lodos, evitando los riesgos para la salud humana y los daños ambientales. Una vez los lodos han sido tratados y estabilizados pueden ser descargados con toda seguridad. Resultan ideales para la agricultura, ya que su fuerte contenido en cal hace de él un abono de calidad ideal para suelos ácidos, que contiene materias orgánicas y fertilizantes.