MODELAMIENTO Y OPTIMIZACIÓN DE LA RECUPERACIÓN DE FÓSFORO MEDIANTE CRISTALIZACIÓN DE ESTRUVITA EN AGUA RESIDUAL SEMI-SINTÉTICA DE PURINES DE CERDO

Abstract

El fósforo es un elemento esencial que se encuentra presente en todas las formas de vida existentes en el planeta. En la actualidad su obtención se realiza a partir de la explotación de roca fosfórica, que es utilizada como materia prima para la elaboración de fertilizantes. Sin embargo, su excesiva explotación fomentada por mantener la intensiva industria agrícola y ganadera, que debe satisfacer la demanda de alimentos de la población, amenazan con su eventual agotamiento. Científicos y representantes del mundo industrial alertan sobre la llegada de un período crítico, denominado el “Peak del Fósforo”, que como su nombre lo indica, se alcanzaría el tope máximo de producción mundial y la demanda no podrá ser satisfecha a partir de fuentes minerales. Ante la compleja y paradójica situación en que se encuentra este recurso, coexistiendo la escasez y el exceso de contaminación por su mal uso, expertos plantean una serie de acciones que buscan asegurar su disponibilidad a través de medidas que promueven su uso eficiente y reutilización. Una de las medidas planteadas es la recuperación de fósforo a partir de aguas residuales, siendo la precipitación de estruvita una de las alternativas prometedoras para el logro de este objetivo. La estruvita es un fertilizante de lenta liberación y bajo contenido en metales tóxicos, que precipita de forma espontánea en tuberías y equipos de plantas de tratamiento de aguas residuales, bajo concentraciones equimolares de Mg+2, NH4+ y PO4-3y pH alcalino. El depósito de incrustaciones de este cristal es a menudo un serio problema, al ser responsable de las disminuciones de eficiencia de los sistemas depuradores y aumentar los costos de operación. Diversas estrategias han sido probadas para minimizar los riesgos que contrae su formación, pero resultan poco convenientes en materia de costos y poco prácticos en el largo plazo al no lograr solucionar el problema de raíz. En ausencia de una eficaz estrategia de mitigación, es que se propone su precipitación controlada.De lo mencionado anteriormente, surge la motivación para la realización de esta investigación que tiene como objetivo la formulación y optimización de un modelo empírico que permita explicar y posteriormente optimizar el fenómeno de cristalización de estruvita en agua residual semi-sintética que emula efluente de un digestor anaerobio de purines de cerdo. Como factores de estudio se escogieron el pH y la razón molar Mg+2/PO4-3 y como variable respuesta el porcentaje de recuperación de fósforo, para tiempo de residencia y concentración de calcio constantes. Durante la investigación se abarcaron 2 regiones de estudio, realizándose inicialmente un diseño factorial 22 en los niveles 0,8-1,2 de Mg+2/PO4-3 en ambas, mientras que para el pH de 7,5-8,5 en región I y 8,5-9,5 en región II. El modelo obtenido para la región I (R2=0,97), fue de primer orden con un fuerte carácter lineal por no ser significativa la interacción entre los factores estudiados. En la región II todos los efectos resultaron ser significativos y fue necesaria la realización de un diseño factorial central compuesto al obtenerse una curvatura de orden superior según verificación del modelo en el punto central y por consiguiente, se planteó un modelo de segundo orden (R2=0,88). Los resultados muestran que la razón molar Mg+2/PO4-3 es el factor más influyente, de efecto positivo en la recuperación. No así el pH, que favorece la recuperación sólo entre 7,5-8,5. A pH 9,5 no se genera una mejor respuesta obteniéndose valores de 50 ± 2% y 35 ± 2% comparados con 71 ± 6% y 36 ± 2% a pH 8,5. En base al método de superficie de respuesta, la optimización se realizó para el modelo de la región II, obteniéndose como óptimos los valores 8,58 para el pH y 1,32 de razón molar Mg+2/PO4-3, con una respuesta predicha de 75,55% para la recuperación de fósforo. Finalmente, se corroboró experimentalmente esta condición obteniéndose una eficiencia de 70,99 ± 1,49%, que para un intervalo de confianza de 87,40 – 63,70% entregada por el modelo, se cumple que predice la respuesta en el óptimo estimado y por tanto el modelo propuesto es adecuado.