Defensa de tesi doctoral d’Emma Company Masó “Towards waste valorisation: phosphorous and potassium resource recovery for fertiliser production” by Emma Company Masó

L’agricultura necessita retornar al sòl els nutrients que s’extreuen amb les collites per mantenir-ne la fertilitat. Fins ara, això s’ha assolit per mitjà de fertilitzants minerals, que s’obtenen a partir de recursos no renovables, o bé aplicant dejeccions ramaderes i/o fangs de depuradora. Tanmateix, una gestió inadequada dels corrents residuals provoca pèrdues de nutrients per volatilització o lixiviació, tot contribuint a la contaminació de masses d’aigua superficials i subterrànies. Davant d’aquest escenari, cal un canvi de paradigma basat en l’economia circular per recuperar els nutrients presents als residus. La tesi doctoral d’Emma Company se centra en la recuperació de fòsfor (P), potassi (K) i nitrogen (N) dels purins de porc i de les aigües residuals urbanes per produir estruvita i K-estruvita, dos fertilitzants d’alliberació lenta. L’estudi investiga la precipitació química com a mètode de recuperació de nutrients i explora la precipitació electroquímica que, a diferència de la primera, no requereix l’addició de reactius químics externs.

El treball experimental es va iniciar als laboratoris del grup de recerca “Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental” (LEQUIA) de la Universitat de Girona. Posteriorment, es van fer validacions en dues plantes pilot (una de precipitació química i una altra de precipitació electroquímica) ubicades en instal·lacions industrials: una granja de porcs (Mas Monellots) i la depuradora urbana de Terrassa. Tot plegat, amb l’objectiu de demostrar la transferibilitat i operativitat dels processos de precipitació en condicions reals.

Els resultats principals són els següents:

• Demostració de la viabilitat de recuperar K i P en forma de K-estruvita dels purins de porc. A partir de l’efluent desnitrificat, mitjançant l’addició de fonts externes de magnesi (Mg) i P, es va assolir el 90% de recuperació de K. A partir del fang, mitjançant el pretractament d’acidificació amb àcid oxàlic per mobilitzar els nutrients insolubles del fang i alhora bloquejar els ions de Ca²⁺ que interfereixen en la recuperació d’estruvita, es van assolir eficiències de solubilització del fosfat del 75%.
• Desenvolupament de sistemes electroquímics de control del pH capaços d’afavorir la precipitació de nutrients sense necessitat d’afegir reactius químics. Es van aconseguir eficiències de recuperació de fòsfor superiors al 90%.
• Optimització del disseny electroquímic mitjançant l’ajust de paràmetres de disseny i integrant el control electroquímic del pH i la cristal·lització en un únic electro-cristal·litzador tubular. D’aquesta manera, es va millorar l’eficiència de recuperació de nutrients fins 1,62 grams de matèria seca per litre tractat i es va reduir el consum energètic del procés fins a un mínim de 0,12 kWh per kg de fòsfor recuperat.
• Desenvolupament d’estratègies per evitar l’oxidació anòdica del clorur durant la precipitació electroquímica en corrents residuals.

Aquests resultats constitueixen un pas important cap a la valorització eficaç de les aigües residuals i la producció sostenible dels anomenats “fertilitzants de segona generació”, que contenen microorganismes beneficiosos pel sòl i els cultius. En definitiva, la tesi demostra que la recuperació de residus mitjançant la precipitació pot contribuir a reduir la dependència de recursos minerals, disminuir l’impacte ambiental associat a la gestió dels residus i avançar cap a models més sostenibles de consum i de producció agrícola.

Publicació principal: Emma Company et al, Exploring the recovery of potassium-rich struvite after a nitrification-denitrification process in pig slurry treatment, Science of The Total Environment, 847, 2022, 157574, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157574.