El laboratorio de tecnología del agua y el medio ambiente de la Universidad de Aalto emite un olor innegable a alcantarillado, y este hedor tiene sus raíces en un negocio fallido de reciclaje en África Occidental.

Mientras trabajaba en Ghana hace tres años, El investigador postdoctoral Surendra Pradhan tuvo que reconocer que su negocio de aguas residuales tenía poco sentido.

"El reciclaje es siempre encomiable, pero rara vez económicamente viable. Lanzamos varios proyectos solo para descubrir que era sorprendentemente difícil vender nuestro producto. El agricultor medio no utilizaba abono y había pocos compradores de purines que contenían desechos humanos en particular. Finalmente llegué a la conclusión de que la opción más sensata era fabricar algo para lo que ya existía un mercado ".

Escapar de un ciclo sin sentido

Pradhan comenzó a investigar el asunto y descubrió que la mejor manera de utilizar el nitrógeno de las aguas residuales era recuperarlo en forma de sulfato de amonio. que se utiliza en fertilizantes y no contiene productos químicos y farmacéuticos residuales que a menudo están presentes en la lechada. Como bonificación, el mismo proceso puede recuperar otro agente de eutrofización, fósforo, que hasta ahora tiene, como el nitrógeno, sobre todo ha sido un problema que las instalaciones de tratamiento de aguas residuales deben eliminar.

Tradicionalmente, el nitrógeno fertilizante necesario para el sulfato de amonio se ha elaborado mediante el método Haber-Bosch, un proceso desarrollado por científicos alemanes hace cien años que convierte el nitrógeno atmosférico en amoníaco. El proceso requiere altas temperaturas y presiones, y, por lo tanto, es un glotón de energía:la fabricación de fertilizantes nitrogenados representa aproximadamente el dos por ciento del consumo mundial de energía.

Pradhan y sus colegas investigadores de la Universidad de Aalto desarrollaron un método de captura de nutrientes que conduce las aguas residuales a un reactor donde su valor de pH se eleva con hidróxido de calcio para que el nitrógeno amoniacal del agua se convierta en amoniaco gaseoso. Por su parte, el amoníaco se separa a través de una membrana semipermeable, después de lo cual se disuelve en ácido sulfúrico para crear sulfato de amonio. El fósforo en el agua se precipita con sales de calcio y luego se puede utilizar como fertilizante.

"Como es el calcio, junto con el nitrógeno y el fósforo, el nutriente más importante necesario para el cultivo de cultivos en el suelo ácido de Finlandia, El uso de sustancias derivadas del calcio para elevar los niveles de pH no aumenta los costos porque acaba siendo parte del producto final. "dice la investigadora postdoctoral Anna Mikola.

La prueba del método comenzó con una versión de contenedor más pequeña y ahora ha progresado a un reactor un poco más grande. Los resultados son prometedores. Los experimentos han logrado separar hasta el 99% del nitrógeno y el 90-99% del fósforo en la orina, aunque el método consume considerablemente menos energía y productos químicos que el proceso de tratamiento de aguas residuales de nitrificación-desnitrificación comúnmente empleado.

"En él el nitrógeno, cuya recuperación en forma de fertilizante consume una enorme cantidad de energía, se pierde a los vientos. El proceso también representa la mayor parte de la energía necesaria para la purificación del agua. Nuestro objetivo es escapar de este ciclo sin sentido, "Dice Mikola.

De contenedor pequeño a remolque y piloto

Actualmente se está procesando una solicitud de patente para el método, pero aún queda mucho camino por recorrer antes de que se adopte para uso industrial. El profesor Riku Vahala dice que el equipo prefiere dar pequeños pasos hacia adelante en lugar de irrumpir en una pared a toda velocidad.

"Con demasiada frecuencia, las grandes expectativas conducen a un salto directo del laboratorio a la fábrica, lo que consume todo el dinero y erosiona la fe en toda la tecnología. Pasamos primero de una pequeña escala de contenedores a una aplicación del tamaño de un remolque y, si todo va bien, estaremos preparados para construir una instalación de demostración en dos años ".

Antes de esto, los investigadores deben averiguar cómo, por ejemplo, el método funciona con varios tipos de aguas residuales:los tipos producidos por los hogares, plantas de biogás y, decir, los puertos deportivos son radicalmente diferentes, después de todo. Los próximos experimentos se llevarán a cabo con agua de rechazo creada junto con el secado de lodos en la cámara de digestión de lodos de la planta de tratamiento de aguas residuales de Viikinmäki de la Autoridad de Servicios Ambientales de la Región de Helsinki, así como en las plantas de biogás de Gasum.

La enorme importancia del tratamiento del agua se suma al desafío.

"Cuando se trata de un problema que tiene un impacto en el medio ambiente y la salud humana, las partes involucradas no quieren correr riesgos y en su lugar prefieren emplear viejos métodos familiares, incluso si son más costosos y menos efectivos, "Vahala resume.

La forma en que el método se integrará con las operaciones en las instalaciones también permanece abierta. La tendencia en la industria es centrarse estrictamente en el negocio principal y, respectivamente, El tratamiento de aguas residuales se ha subcontratado a menudo. Además, muchas instalaciones municipales de tratamiento de aguas residuales han transferido la responsabilidad del procesamiento posterior de lodos a empresas externas. Pradhan, Mikola y Vahala creen que, una vez finalizada la tecnología, la mejor manera de presentarlo de la manera más amplia posible es a través de terceros.

"No tiene sentido que cada instalación de tratamiento de residuos, grande o pequeña, también se convierta en un vendedor de fertilizantes. Sería mucho más prudente que una o más empresas comercializaran nuestra tecnología, operaciones y también el producto final que produce, "Mikola reconoce.

Bueno para el Mar Báltico

El método tiene otros impactos ambientales positivos además del ahorro de energía. Los investigadores estiman que la recuperación de nutrientes de las aguas residuales de la comunidad permite reemplazar el seis por ciento del nitrógeno amoniacal producido industrialmente y el diez por ciento del fósforo utilizado como fertilizante. En el presente, El fósforo fertilizante se extrae de las minas, que amenazan con agotarse durante el próximo siglo a menos que la recuperación sea más eficiente. En las instalaciones de tratamiento, sin embargo, el fósforo termina en lodo, que se utiliza principalmente como medio de crecimiento para césped y arcenes de carreteras porque las normas de producción de alimentos y las preocupaciones por la imagen obstaculizan su utilización como nutriente para cultivos.

Una recuperación eficaz y económicamente atractiva también beneficiaría al mar Báltico y a otros sistemas de agua de Finlandia. La eliminación de fósforo de las aguas residuales comunitarias está en buena forma en Finlandia, pero cuando se trata de nitrógeno, las diferencias entre las instalaciones de tratamiento y las localidades son grandes. En la mayor parte, La legislación finlandesa impone la obligación de realizar una eliminación mejorada de nitrógeno solo en las zonas costeras sensibles al nitrógeno. aunque los nutrientes pueden viajar grandes distancias para eutrofizar el Mar Báltico. La capacidad de eliminación de nitrógeno de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales también puede ser insuficiente de vez en cuando debido a las oleadas de aguas residuales muy potentes que emanan de las plantas de biogás.

"También hemos participado en varios proyectos de conservación del Mar Báltico, que han revelado que algunas plantas de biogás en los Estados bálticos, Europa del Este y Bielorrusia liberan aguas residuales sin tratar en las vías fluviales desde donde fluyen río abajo hacia el Mar Báltico, "Mikola dice con tristeza.

Los intereses económicos y el aumento de la conciencia medioambiental son un buen augurio para el potencial de exportación del método. Vahala señala que la aparición de un mercado para su producto también depende en gran medida de la legislación.

"Si surge, queremos estar preparados y morder un poco para seguir adelante ".