Es posible convertir las aguas residuales en fertilizante y podría hacer que la agricultura sea más sostenible


Las aguas residuales drenadas de los estanques de lodos de aguas residuales masivas tienen el potencial de desempeñar un papel en una agricultura más sostenible, según investigadores de ingeniería ambiental de la Universidad de Drexel.


Por la Universidad de Drexel


Un nuevo estudio que analiza un proceso para eliminar el amoníaco de las aguas residuales y convertirlo en fertilizante sugiere que no solo es técnicamente posible, sino que también podría ayudar a reducir la huella ambiental y energética de la producción de fertilizantes e incluso podría proporcionar un flujo de ingresos para las instalaciones de tratamiento de agua. y servicios.

Una fuente sostenible de nitrógeno

La producción de nitrógeno para fertilizantes es un proceso que consume mucha energía y representa casi el 2 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. En los últimos años, los investigadores han explorado alternativas al proceso de producción de nitrógeno de Haber-Bosch, que ha sido el estándar durante más de un siglo. Una opción prometedora planteada recientemente por algunos proveedores de servicios de agua es obtener nitrógeno del amoníaco residual eliminado del agua durante el tratamiento.

«Recuperar el nitrógeno de las aguas residuales sería una alternativa deseable al proceso de Haber-Bosch porque crea una ‘economía de nitrógeno circular'», dijo Patrick Gurian, Ph.D., profesor de la Facultad de Ingeniería que codirigió la investigación. que fue publicado recientemente en la revista Ciencia del medio ambiente total .

“Esto significa que reciclamos el nitrógeno existente en lugar de desperdiciar energía y generar gases de efecto invernadero para capturar nitrógeno de la atmósfera, lo cual es una práctica más sostenible para la agricultura y puede convertirse en una fuente de ingresos para los servicios públicos”.

Una forma más limpia de limpiar

Bajo la Ley de Agua Limpia de 1972, las plantas de tratamiento de agua municipales han sido desafiadas para cumplir con los estándares de calidad del agua que descargan en las vías fluviales. El amoníaco se considera cada vez más una preocupación para los ambientes acuáticos, ya que los niveles elevados de amoníaco pueden provocar un crecimiento excesivo de la vegetación en arroyos y ríos, poniendo en peligro las especies de peces. Las opciones para eliminar el amoníaco suelen requerir mucho tiempo y espacio, y pueden ser tareas que consumen mucha energía.

Una opción que están explorando varias instalaciones en América del Norte y Europa es un proceso llamado extracción de aire. Elimina el amoníaco elevando la temperatura y el pH del agua lo suficiente como para convertir el químico en un gas, que luego se puede recolectar en forma concentrada como sulfato de amonio.

Pero decidir hacer la inversión para convertir a residuos atmosféricos requiere un estudio complejo, llamado análisis del ciclo de vida, de su viabilidad tecnológica y económica.

Explora la oportunidad

El equipo, dirigido por Gurian y Sabrina Spatari, Ph.D., del Technion Israel Institute of Technology, realiza regularmente estos análisis para evaluar el impacto ambiental y económico general de varias opciones para reciclar y reutilizar desechos o subproductos. . como soluciones sostenibles. Su análisis de este escenario de aguas residuales sugiere que existe una relación complementaria que podría resultar en un camino más sostenible tanto para los agricultores como para las autoridades de gestión del agua.

«Nuestro análisis identifica un potencial significativo para la mitigación ambiental y el beneficio económico de la implementación de la tecnología de extracción de aire en las plantas de tratamiento de aguas residuales para la producción de fertilizantes de sulfato de amonio», escribieron.

«Además de la producción de sulfato de amoníaco como producto vendible, el beneficio de reducir la carga de amoníaco en la corriente lateral antes de que se recircule a la corriente de aguas residuales en la planta de tratamiento proporciona una justificación adicional para introducir la extracción de aire.

Usando datos de la planta de tratamiento de agua en Filadelfia y varias otras en América del Norte y Europa, el equipo realizó su evaluación del ciclo de vida y estudios de viabilidad económica. Examinaron factores que van desde el costo de instalar y mantener un sistema de escape hasta la concentración de amoníaco y el flujo de aguas residuales; a las fuentes de energía utilizadas para impulsar el proceso de captura y conversión; a los costes de producción y transporte y al precio de mercado de los fertilizantes artificiales.

resultados prometedores

Los resultados del análisis del ciclo de vida muestran que la extracción de aire emite de cinco a 10 veces menos gases de efecto invernadero que el proceso de producción de nitrógeno de Haber-Bosch y utiliza de cinco a 15 veces menos energía.

Desde una perspectiva económica, el costo total de producir fertilizantes a partir de aguas residuales es lo suficientemente bajo como para que el fabricante pueda venderlos a un precio más de 12 veces más bajo que los productos químicos producidos por Haber-Bosch y aun así alcanzar el punto de equilibrio.

«Nuestro estudio sugiere que la recuperación de amoníaco puede ser rentable incluso a baja concentración», escriben. «Aunque la alta concentración de amoníaco es respetuosa con el medio ambiente y, al mismo tiempo, puede respaldar la producción marginal de sulfato de amonio con un menor impacto ambiental, especialmente para la energía del ciclo de vida, las emisiones de gases de efecto invernadero y varios indicadores del ecosistema y la salud humana en comparación con la producción de Haber-Bosch».

Además, el estudio sugiere que las plantas de tratamiento de agua pueden ahorrar energía eliminando el amoníaco con aire para reducir los niveles antes de que el agua vuelva a entrar en el proceso de tratamiento de residuos. Esto se debe a que reduciría el tiempo y el tratamiento necesarios para tratar el agua, y se combina bien con los procesos de ablandamiento que ayudan a retrasar la deposición química en la infraestructura de la planta de tratamiento.

Si bien el equipo reconoce que la separación del aire produciría fertilizante en cantidades más pequeñas que el proceso industrial Haber-Bosch, recolectar y reciclar cualquier cantidad de recursos ayuda a mejorar la sostenibilidad de la agricultura comercial y evita que se conviertan en contaminantes del agua. .

«Esto indica que eliminar el aire para recuperar el sulfato de amonio puede ser una pequeña parte, pero un paso importante, hacia la recuperación y el reciclaje de la gran cantidad de nitrógeno que usamos para apoyar la agricultura mundial», dijo Spatari.

«Y, significativamente, presenta una alternativa a la producción química que no tiene el mismo nivel de efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente que el proceso actual. Esta investigación sugiere que los proveedores de suministro de agua también podrían considerar invertir en tecnologías que capturarían fósforo y reciclarlo.” para uso agrícola”.

Más información: Saurajyoti Kar et al., Evaluación del ciclo de vida y análisis tecnoeconómico de la recuperación de nitrógeno mediante la extracción de amoníaco del tratamiento de aguas residuales, Ciencia del medio ambiente total (2022). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.159499



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