ES3039161T3 - Method for phosphate recovery from a stream - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método y sistema para la recuperación de fosfato de una corriente, como una corriente de residuos, aguas residuales u otra corriente de lodos. El método comprende los siguientes pasos: - proporcionar una corriente de entrada con una cantidad inicial de fosfato; - dosificar/controlar la sal de hierro en la corriente de forma que se formen precipitados en ella, donde estos precipitados comprenden estructuras similares a vivianitas que representan más del 60 % de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada; y preferiblemente también los siguientes pasos: - separar las estructuras similares a vivianitas de la corriente; y - recuperar los fosfatos de las estructuras similares a vivianitas separadas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DECRIPCIÓN

Método para la recuperación de fosfato de una corriente

La invención se refiere a un método para recuperar fosfato a partir de una corriente de aguas residuales, aguas negras, estiércol u otra corriente de lodos.

Es sabido por la práctica que hay que eliminar el fósforo de las aguas residuales para evitar la eutrofización en las aguas superficiales receptoras de efluentes. Las técnicas convencionales incluyen la eliminación biológica mejorada de fósforo (EBPR) y la eliminación química de fósforo (CPR).

La recuperación convencional de fósforo a partir de aguas residuales implica la producción de estruvita en plantas EBPR y/o la recuperación de fósforo a partir de cenizas de lodos. Se sabe que la precipitación de estruvita permite recuperar el fósforo. Sin embargo, la eficacia de la recuperación de fósforo en forma de estruvita suele ser sólo del 10-50% de la carga total de fósforo influente. Además, la precipitación de estruvita se limita a las plantas que utilizan EBPR. La incineración que implica recuperación de fósforo de las cenizas de los lodos es relativamente cara. Además, los lodos pueden aplicarse a terrenos agrícolas. Sin embargo, hay áreas con tierras agrícolas que tienen un excedente de fósforo debido a los excedentes de estiércol. Además, la composición elemental de los lodos/estiércol puede no coincidir con la demanda de los cultivos.

El documento EP 2 666 759 A1 describe un método de síntesis de fosfato ferroso a partir de materiales de desecho.

El documento CN 104445555 describe un método de eliminación de fósforo de aguas residuales y un método para preparar fosfato ferroso.

El documento US 5 888 404 A describe un método para el tratamiento de lodos de aguas residuales que comprende al menos un metal procedente de un coagulante para el tratamiento de aguas residuales, y fósforo y metales pesados para recuperar dicho metal y fósforo, y descargar dichos metales pesados.

La patente CA 2252 656 A1 describe que las aguas residuales que contienen fosfato pasan a través de una cámara de tratamiento anaeróbico que contiene material de disolución reductora de hierro (RID), como sólidos de oxihidróxido férrico.

La patente US 2007/187329 A1 describe sistemas y métodos para el tratamiento de agua contaminada.

Franzreb Met al.ACTA HYDROCHIMICA ET HYDROBIOLOGICA, VCH, WEINHEIM, DE, vol. 26, n.24, 1 de julio de 1998, describe la configuración de un separador magnético de carrusel.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método para la recuperación de fosfato/fósforo de una corriente que obvie o al menos reduzca los problemas mencionados anteriormente y sea más eficaz y/o más eficiente en comparación con los métodos convencionales.

Este objeto se consigue con el método para la recuperación de fosfato/fósforo a partir de una corriente como, por ejemplo, un flujo de residuos, aguas residuales u otra corriente de lodos según la reivindicación 1.

Las corrientes pueden comprender fosfato (PO<4>) que es la molécula principal en las corrientes relevantes que comprende el elemento Fósforo (P). Estas corrientes están relacionadas con flujos de aguas residuales (húmedas), aguas negras, estiércol u otras corrientes. Por ejemplo, en una realización de la invención, una planta de tratamiento de aguas residuales contiene lodos activados que se ponen en contacto con las aguas negras de entrada (después de eliminar primero las partículas mediante un clarificador primario). El lodo, que comprende principalmente biomasa microbiana, crece a partir de la oxidación aeróbica de los compuestos orgánicos disueltos o coloidales en las aguas negras. Para eliminar el fosfato de la disolución, se añade una sal de hierro a la mezcla de lodos activados y aguas negras. El precipitado formado formará parte del lodo. Preferiblemente, los lodos se retienen en la planta de tratamiento de aguas residuales mediante un clarificadorsedimentador secundario. El sobrenadante de este clarificador es el agua tratada, y el lodo activado sedimentado se devuelve al tanque aireado. Debido al crecimiento de la biomasa y a la acumulación de sustancias inorgánicas, es necesario eliminar una parte de los lodos sedimentados. Se trata de los lodos activados residuales. Este lodo activado residual se digiere anaeróbicamente para reducir el volumen y recuperar energía en forma de biogás. Durante esta digestión anaeróbica se forma vivianita (en parte debido a la reducción de Fe(III) a Fe(II)). Se demostró que la fracción del fosfato presente como vivianita, después de la digestión, depende de la relación molar entre el hierro y el fosfato en los lodos activados residuales, y por lo tanto de la cantidad de hierro que se añadió en la planta de lodos activados antes de la digestión anaeróbica. Los lodos digeridos se introducen en un separador magnético para separar las estructuras magnéticas similares a la vivianita del resto de los lodos digeridos (en gran parte compuestos orgánicos). Se ha demostrado que esto permite la recuperación del fosfato.

Dosificar y/o controlar las sales de hierro en la corriente permiten la formación de precipitados en la corriente. Más específicamente, la dosificación de sales de hierro en la corriente permite la formación de vivianita (que<es un mineral de fosfato de Fe(II): Fe>3<(II) [PO>4]2<•>8<H>2<O) o estructuras similares a la vivianita. Las estructuras>similares a la vivianita incluyen la vivianita pura y también estructuras que incluyen algunas impurezas como magnesio o calcio.

Dosificar y/o controlar es ajustar y/o medir y/o determinar la cantidad de sal de hierro, donde la cantidad de sal de hierro está en el intervalo de 0 M a una disolución saturada, preferiblemente manteniendo una relación específica. Por ejemplo, una que se describirá más adelante.

En una realización preferida en la actualidad, el fosfato se elimina de las aguas residuales en las plantas de tratamiento de aguas negras. En los experimentos se observa que a menudo se forma una mezcla de precipitados de fosfato de Fe (III) y estructuras similares a la vivianita. Después de la etapa de digestión anaerobia/anóxica preferida (por ejemplo, para la producción de biogás durante el tratamiento de estiércol/aguas negras) todo el Fe(III) se transforma en Fe(II) y pueden formarse estructuras similares a la vivianita. En los experimentos mencionados, estas estructuras similares a la vivianita se forman eficazmente cuando no hay oxígeno y las bacterias están activas. También sin esta etapa anaeróbica/anóxica puede ocurrir la formación de vivianita. Sin embargo, en los experimentos mencionados se demostró que en una realización preferida de la invención la formación de vivianita se ve favorecida durante la digestión anaerobia/anóxica.

Las estructuras similares a la vivianita pueden constituir una valiosa fuente de fósforo como tal. Opcionalmente, las estructuras se tratan adicionalmente para recuperar los fosfatos de las estructuras. Según la invención el método comprende además los pasos de:

- separar las estructuras similares a la vivianita de la corriente; y

- recuperar los fosfatos de las estructuras similares a la vivianita separadas.

Según la invención, la recuperación del fosfato se consigue eficazmente, ya que más del 60% (y hasta el 90%) de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada se incorpora a las estructuras similares a la vivianita. Esto permite una eliminación eficaz del fósforo de la corriente. Según el método de la invención, esta eliminación se consigue separando las estructuras similares a la vivianita de la corriente. Esta separación de las estructuras similares a la vivianita permite eliminar los fosfatos de la corriente. Como efecto adicional, esto obvia (indirectamente) o al menos reduce el problema asociado con la eutrofización de las aguas superficiales receptoras de efluentes debido a la dosificación de hierro. En otras palabras, la dosificación de Fe más alta (de lo normal) también puede ayudar a reducir las concentraciones de fosfato en el efluente de las plantas de tratamiento de aguas negras.

Como la etapa siguiente en el método de recuperación de fosfatos según la invención, los fosfatos se recuperan de las estructuras similares a la vivianita separadas. Esto permite reciclar el fósforo. Además, la recuperación de fósforo es deseable debido a la disponibilidad limitada de fósforo, de manera que un flujo de aguas residuales puede actuar como fuente secundaria de fósforo, por ejemplo. Esto hace que corrientes como las corrientes residuales, las aguas residuales y el estiércol, sean una fuente alternativa de fósforo. Esto también permite un uso circular del fosfato, que es un componente importante de los fertilizantes. Esto mejora la sostenibilidad de la producción mundial de alimentos, en donde el fósforo es un nutriente esencial.

Además, al "capturar" más del 60%, preferiblemente hasta aproximadamente el 90% o más, de la cantidad de fosfato en las estructuras similares a la vivianita, se consigue una velocidad de eliminación y/o recuperación mejorada en comparación con los métodos convencionales alternativos, incluida la precipitación de estruvita. Se sugiere que, en presencia de hierro, la vivianita, incluidas sus estructuras, se forma preferiblemente sobre otras fases de fosfato inorgánico. Más específicamente, en presencia de suficiente hierro, la formación de estructuras similares a la vivianita está limitada por el fosfato orgánico y el sulfuro de la corriente. Las estructuras similares a la vivianita que se forman lo hacen sustancialmente en forma de cristales y/o agregados con un tamaño sustancialmente en el intervalo de 10-100 pm. Dependiendo de la corriente inicial y los componentes de la misma, la pureza de las estructuras similares a la vivianita puede ser relativamente alta, lo que permite la aplicación de las estructuras en diferentes procesos. En la realización preferida actualmente los fosfatos se recuperan desde las estructuras similares a la vivianita para permitir el uso ara una producción fertilizante, por ejemplo. Opcionalmente, las estructuras similares a la vivianita pueden utilizarse como pigmento de color y en la producción de baterías de litio-hierro, por ejemplo.

Opcionalmente, además o como alternativa, las partículas de vivianita separadas (o la vivianita producida sintéticamente) también podrían reciclarse en la corriente residual para permitir un mayor crecimiento. De este modo, las partículas de vivianita formadas (de mayor tamaño) podrían separarse más fácilmente de las aguas residuales, por ejemplo, utilizando un separador como un separador (electro)magnético. Este proceso de "crecimiento" también se denomina siembra. Además, podrían contemplarse otras posibilidades, como la posibilidad de producir ácido fosfórico de calidad alimentaria a partir de la vivianita.

Las velocidades de eliminación y recuperación mejoradas de fosfatos a partir de una corriente, como un lodo de aguas negras, obvia o al menos reduce la necesidad de incineración del lodo que permite la recuperación de los fosfatos y las inversiones de capital que están asociadas a ello. Además, el método según la invención presente no depende del uso inmenso de sustancias químicas con respecto a algunos de los procesos convencionales. Más específicamente, las estructuras similares a la vivianita se separan de la corriente y la corriente concentrada resultante puede someterse a un tratamiento posterior que puede implicar un tratamiento químico dedicado. Este tratamiento permite el uso circular del hierro. También en este caso se consigue una reducción significativa del uso de productos químicos.

En la realización preferida actualmente de la invención las estructuras similares a la vivianita comprenden más del 70%, preferiblemente más del 80%, y lo más preferiblemente aproximadamente el 90% o incluso más, de la cantidad inicial de fosfato de la corriente de entrada. Esto mejora preferiblemente la eficacia de la eliminación y/o recuperación de fosfato a partir de una corriente. Las medidas con el método según la invención muestran incluso que más del 80%, como aproximadamente 90%, de la cantidad total de fosfato en un lodo de aguas negras está unido a la vivianita. Esto mejora significativamente las eficacias de recuperación de fosfato en comparación con las tecnologías tradicionales de estruvita, por ejemplo.

Las sales de hierro también se denominan como sales de Fe (II)/Fe (III). Preferiblemente, las sales de hierro que se añaden a la corriente comprenden una o más de cloruro de hierro y sulfato de hierro. Los experimentos demostraron que el uso de estas sales de hierro específicas logra una eliminación y/o recuperación eficaz mediante la formación eficaz de los precipitados deseados en la corriente.

En una realización actualmente preferida de la invención, la etapa de dosificación de sal de hierro a la corriente comprende la adición de una cantidad de hierro con una relación molar de hierro a fósforo de al menos 1,3, preferiblemente al menos 1,5.

Al dosificar la sal de hierro de acuerdo con la relación molar preferida, el fosfato de la corriente de entrada se incluye eficazmente en las estructuras similares a la vivianita. El cloruro de hierro puede incluir cloruro férrico y/o ferroso. El intervalo preferido actualmente es de 1,3 a 1,9, siendo el valor real más preferido de aproximadamente 1,5.

Opcionalmente, se añade alguna sal de hierro adicional a la corriente para unir el sulfuro en la corriente de entrada antes de unir realmente el fosfato en la corriente. Preferiblemente, la cantidad de sulfuro y/o fosfato se conoce para mejorar la dosificación eficaz de las sales de hierro y evitar la dosificación insuficiente y/o excesiva. Esto puede mejorar aún más la eficacia de la eliminación del fosfato y/o la recuperación del fosfato. Especialmente la cantidad relativamente alta de sales de hierro dosificadas en comparación con las plantas de tratamiento convencionales permite no sólo la eliminación de fosfato sino también la recuperación eficaz de fosfato.

Más específicamente, en una realización actualmente preferida, la dosificación de la sal de hierro está controlada por un controlador (de dosificación) en respuesta a una medición de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada. Como ya se ha mencionado, mediante la medición de la cantidad de fosfato en la corriente de entrada se puede lograr una dosificación específica de la sal de hierro a la corriente. De este modo se evita una dosificación insuficiente y/o excesiva y se mejora la eficacia global. Se entenderá que, además o como una alternativa, también podrían contemplarse otras mediciones, como la medición después de una fase anaeróbica.

A modo de ejemplo, después de una fase anaeróbica preferida en la actualidad, se puede medir el hierro (Fe) total y el fósforo (P) total. A continuación, en respuesta a la medición o mediciones, se ajusta la dosificación de hierro para alcanzar la relación Fe:P deseada en los lodos que se mencionó anteriormente para una recuperación óptima del P. Esta relación óptima está preferiblemente entre 1,3 y 1,9. En aplicaciones (comerciales) esto podría controlarse aproximadamente una vez por semana u otros intervalos de tiempo. En la práctica, puede ocurrir que la cantidad de fósforo orgánico sea por alguna razón extraordinariamente alta. Esto puede limitar la formación de vivianita, porque el fósforo orgánico no está disponible para la formación de vivianita y/o que el sulfuro ocurriéndose esté dando en altas concentraciones (lo que requeriría más sobredosificación de hierro porque después de que sustancialmente todo el sulfuro haya reaccionado a sulfuro de hierro la formación de vivianita comienza a una velocidad eficaz). Por lo tanto, en estas circunstancias, una evaluación/medición de la presencia de fósforo orgánico y sulfuro durante la fase anaeróbica puede mejorar aún más la eliminación/recuperación.

Según la invención, la separación de las estructuras similares a la vivianita de la corriente comprende la separación magnética de las estructuras con un separador magnético y/o electromagnético.

El uso de un separador magnético y/o electromagnético consigue una separación eficiente y eficaz de las estructuras similares a la vivianita de la corriente. Dicho separador puede implicar un canal alrededor del cual se proporcionan los imanes o electroimanes que atraen las estructuras similares a la vivianita, mientras que otro material no magnético continúa viajando a través del canal de tal manera que el material separado magnéticamente se separa del material no magnético. Opcionalmente, esto puede incluir el uso de placas, paredes o superficies perfiladas, como son los componentes conocidos de los separadores magnéticos de alto gradiente, como el separador de Jones, por ejemplo. Esto permite una separación eficaz y eficiente de las estructuras magnéticas similares a la vivianita de la corriente.

Además, las estructuras similares a la vivianita se separan de la corriente con un separador por gravedad que separa los materiales pesados de alta densidad de los materiales ligeros de baja densidad.

Usar la diferencia de densidad entre las estructuras similares a la vivianita y los otros componentes de la corriente permite una separación eficaz de las estructuras similares a la vivianita. Este separador por gravedad puede ser, por ejemplo, un (hidro)ciclón.

En una realización más preferida de la invención, la etapa de recuperar los fosfatos, y posiblemente el hierro, de las estructuras similares a vivianita separadas comprende tratar a las estructuras similares a la vivianita para producir precipitados de óxido de hierro.

En otra realización preferida de la invención, las partículas similares a la vivianita se concentran a partir de la corriente mediante separación magnética o, adicionalmente, separación por gravedad tras una etapa del proceso que libera (libera) las partículas similares a la vivianita de partículas orgánicas, como fibras, que se adhieren a las partículas similares a la vivianita o las enredan. En general, el cizallamiento intenso de la fase líquida mediante rotores o chorros de alta velocidad promoverá la liberación de partículas de diferentes tipos que están incrustadas en el líquido. La liberación de las partículas similares a la vivianita de las partículas orgánicas, a su vez, promoverá la eficacia de la posterior separación magnética y/o por gravedad.

Mediante la formación de precipitados de óxido de hierro a partir de las estructuras similares a la vivianita, los fosfatos pueden recuperarse eficazmente. Preferiblemente, el tratamiento de las estructuras similares a la vivianita implica la realización de un tratamiento alcalino. Este tratamiento alcalino puede implicar el uso de hidróxido de sodio (sosa cáustica, hidróxido de potasio (potasa cáustica).

En una realización actualmente preferida, el tratamiento alcalino implica la adición de hidróxido de potasio que permite la producción de una disolución de fosfato de potasio. Dicha recuperación de fosfato que implica tratamiento alcalino permite una recuperación eficaz que permite la reutilización eficaz del fosfato y el potasio en la disolución de fosfato de potasio que puede aplicarse como un fertilizante, por ejemplo.

En otra realización preferida de la invención, el método comprende además la etapa de tratar el óxido de hierro con ácido clorhídrico para producir cloruro de hierro.

Mediante la realización de una etapa de tratamiento adicional, el óxido de hierro producido puede reaccionar con el ácido clorhídrico para producir cloruro de hierro. Preferiblemente, esta producción de cloruro de hierro permite una etapa de reciclado del cloruro de hierro resultante para la etapa de dosificación de la sal de hierro en la corriente. Esto mejora la eficiencia global del método para la recuperación de fosfato mediante el reciclaje del hierro en el método. Además, el óxido de hierro puede utilizarse como tal en otros procesos (existentes), por ejemplo, como alternativa al mineral de hierro.

En una realización actualmente preferida, la corriente de entrada es un flujo hacia un sistema de tratamiento anaeróbico, como un digestor. Esta combinación de etapas del proceso mejora la eficiencia global del mismo.

En una realización actualmente preferida, el hierro se añade al lodo en el reactor y reacciona para formar vivianita en el digestor. La ventaja es que esto permitirá empezar con lodos que contienen una baja concentración de material recuperable.

En una realización actualmente preferida, la corriente como tal consiste en lodos de aguas negras y/o lodos industriales y/o cualquier otro tipo de lodos. La ventaja de este proceso es que no se limita a un tipo específico de lodo. Esto mejora la eficiencia general del proceso.

En una realización actualmente preferida, el pH de la corriente como tal está en el intervalo de 6 - 10, preferiblemente en el intervalo de 6 - 9, más preferiblemente en el intervalo de 7 - 8. La ventaja de un amplio intervalo de pH es que la corriente como tal no necesita ser pretratada. La ventaja de un amplio intervalo de pH es que la corriente como tal no necesita ser pretratada. El efecto es que se requieren menos productos químicos y que el proceso global mejora en eficiencia. Sorprendentemente, el método funciona mejor de lo esperado en el intervalo de pH de 7 - 8.

Se describe adicionalmente en este documento, pero no se reivindica: un sistema para la recuperación de fosfato de una corriente, siendo capaz el sistema de realizar el método en una o más de las realizaciones según la invención, en donde el sistema comprende:

- un reactor que comprende

- una entrada para una corriente entrante que contiene una cantidad inicial de fosfato;

- un dosificador de sal de hierro configurado para dosificar la sal de hierro en el reactor de forma que se formen precipitados en la corriente, donde estos precipitados comprenden estructuras tipo vivianita que representan más del 60 % de la cantidad inicial de fosfato en la corriente entrante; y

- una salida.

El sistema proporciona los mismos efectos y ventajas que los descritos para el método. Preferiblemente, el sistema comprende además:

- un separador para separar las estructuras tipo vivianita de la corriente; y

- un sistema de tratamiento para tratar las estructuras tipo vivianita y producir precipitados de óxido de hierro.

Más específicamente, el sistema permite una recuperación eficiente y eficaz del fosfato a partir de una corriente que implica un separador magnético/electromagnético o, además, un separador por gravedad. El sistema de tratamiento puede permitir la realización de diferentes etapas de tratamiento, preferiblemente incluido el tratamiento alcalino.

En una realización actualmente preferida, el sistema comprende además un controlador de dosificación y un sistema de medición de fosfato que están configurados para controlar la dosificación de sal de hierro en respuesta a una medición de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada, por ejemplo. Esto mejora aún más la eficacia global de la dosificación de la sal de hierro que previene la infradosificación y/o la sobredosificación de hierro en la corriente. Opcionalmente, además o como una alternativa, también se puede medir la cantidad de sulfuro para mejorar aún más la dosificación. Como se ha mencionado anteriormente, también pueden contemplarse otras mediciones de acuerdo con la presente invención.

Como se ha mencionado anteriormente, alternativamente y/o además de la medición de sulfuro, se puede medir el hierro (Fe) total y el fósforo (P) total.

Otras ventajas, características y detalles de la invención se dilucidan sobre la base de realizaciones preferidas de la misma, en donde se hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

<- la figura>1<muestra el método según la presente invención;>

<- la figura>2<muestra una realización del sistema capaz de llevar a cabo el método de la figura>1<;>

- la figura 3 muestra un separador magnético que puede utilizarse en el sistema de la figura 2; y

- la figura 4 muestra la vivianita con un SEM-EDX.

El proceso 2 (figura 1) comienza con el suministro de la corriente 4 que comprende una cantidad de fosfato. En<la realización ilustrada, la etapa de medición>6<mide la cantidad de fosfato y/o sulfuro. La etapa de cálculo>8 determina la cantidad óptima de hierro o sal de hierro que debe dosificarse en la corriente. En la etapa de<dosificación>10<se añade hierro a la corriente para permitir la formación>12<de precipitados que comprenden>estructuras similares a la vivianita. En la etapa de separación 14, las estructuras similares a la vivianita se separan y se retiran de la corriente. Las estructuras similares a la vivianita se someten a un tratamiento posterior para recuperar el componente de fósforo, como un tratamiento alcalino 16. Por ejemplo, este tratamiento puede proporcionar una disolución de fosfato potásico que puede utilizarse 18 como fertilizante. Los precipitados de<óxido de hierro pueden tratarse>20<con ácido clorhídrico dando lugar a la corriente de reciclado de hierro>22 que puede utilizarse en la etapa de dosificación 10. La corriente de reciclado 22 puede horno obviar la necesidad de hierro externo o al menos reducir significativamente esta necesidad.

El sistema de recuperación 24 (figura 2) comprende un reactor 26 que recibe la corriente 4 de entrada. En la realización ilustrada, en el reactor 26 se mantienen condiciones anaeróbicas/anóxicas. Desde el reactor 26, el flujo 28 se dirige hacia el separador 30. Los lodos/residuos 32 salen del sistema 24.

En la realización ilustrada, las estructuras similares a la vivianita 34 resultantes se suministran al reactor alcalino 36 para permitir el postratamiento, o bien las estructuras similares a la vivianita 34 se aplican directamente. El fosfato recuperado, por ejemplo, en forma de fosfato de potasio, abandona el reactor 36 en el flujo 38 y puede utilizarse como fertilizante, por ejemplo. El óxido de hierro abandona el reactor 36 como flujo 40 y puede tratarse en el reactor ácido 42, o utilizarse como tal. Este tratamiento permite un flujo de reciclado 22 de sal de hierro que proporciona hierro al dispositivo de dosificación 44 permitiendo la corriente de dosificación 46 al reactor 26. Por lo tanto, el dispositivo de dosificación 44 recibe hierro o sales de hierro del flujo de reciclado 22 y del flujo de entrada externo 48.

En una de las realizaciones preferidas, se determina la proporción deseada, se miden las concentraciones reales y se calcula la dosificación deseada para dosificar la cantidad requerida y óptima de la sal de hierro para mantener y/o alcanzar la proporción preferida.

En la realización ilustrada, el sensor 50 mide la composición de la corriente en el reactor 26, por ejemplo la cantidad de fosfato. La señal de medición 52 se envía al controlador 54, que determina el ajuste o ajustes de control 56 del dispositivo 44 de dosificación. Esto puede implicar el muestreo periódico de los lodos, por ejemplo, semanalmente, y el análisis de la muestra. Se entenderá que también pueden medirse otros componentes con uno o varios de los sensores 50, como la cantidad de sulfuro que se mide preferentemente en un digestor. Preferiblemente, el controlador 54 también proporciona ajustes de control 58 al dispositivo de dosificación de ácido 60 que suministra ácido, como ácido clorhídrico, al reactor ácido 42.

En una planta de tratamiento de aguas negras, el reactor 26 comprende un reactor receptor (una planta de tratamiento de aguas negras, una planta de tratamiento de aguas residuales) que recibe el efluente rico en fosfatos. Preferiblemente, el efluente pobre en fosfatos abandona el sistema a través de una salida (no mostrada). El efluente rico en fosfatos 28 se suministra a un digestor anaeróbico que, en la realización ilustrada, es parte del reactor 26. El hierro se añade opcionalmente al efluente rico en fosfatos. Opcionalmente, se añade hierro al reactor receptor y/o al digestor anaeróbico.

Se entenderá que también podrían preverse otras configuraciones de aplicación de la presente invención de acuerdo con la invención. Por ejemplo, como se ha mencionado, puede añadirse hierro antes de la fase anaeróbica para alcanzar el intervalo Fe:P preferido y reducir aún más el nivel o niveles de fósforo en flujo descendente.

El separador 30 (figura 3) comprende un bastidor o carcasa 62, que está hecho preferiblemente de acero o de otro material magnetizable, para guiar el flujo magnético, un primer imán 64 y, ventajosamente, un segundo imán 66. Los imanes 64, 66 están dispuestos a una distancia en donde el conjunto 68 está previsto. El montaje 68 comprende la primera placa 70 (magnetizable) y la segunda placa 72 que en la realización ilustrada están provistas con el perfil 74. En la realización ilustrada el perfil 74 serrado tiene una altura H de aproximadamente 1-2 mm y una anchura W de aproximadamente 3-4 mm. Las placas 70, 72 se proporcionan a la distancia D en el intervalo de 0,1-1 mm, preferiblemente en el intervalo de 0,2-0,4 mm. Se entenderá que otra configuración para el separador 30 o técnicas de separador adicionales pueden aplicarse de acuerdo con la invención.

El método según la invención se aplica a diferentes corrientes de entrada con diferentes características/composición. En los experimentos, los lodos permanecen en condiciones anaerobias o anóxicas durante varios días, por ejemplo, durante aproximadamente 20-30 días. La cantidad de estructuras similares a la vivianita se ha determinado mediante espectroscopia Mossbauer y mediciones XRD semicuantitativas. La tabla ilustra que el fósforo unido a la vivianita aumenta con la relación molar Fe:P en el lodo. Por ejemplo, una relación molar de aproximadamente 1,11 da como resultado que más del 60% del fósforo entrante está unido a la vivianita, mientras que se miden porcentajes superiores, de alrededor del 80%, con relaciones más altas.

Esto indica una eliminación/recuperación eficaz y eficiente del fósforo de una corriente. Los resultados se muestran en la tabla 1. La tabla 1 muestra que la fracción del fosfato presente como vivianita, después de la digestión, depende de la relación molar entre el hierro y el fosfato en el lodo activado residual, y por lo tanto de la cantidad de hierro que se añadió en la planta de lodo activado plana antes de la digestión anaeróbica. A continuación, el lodo digerido se alimentó a un separador magnético para separar las estructuras magnéticas similares a la vivianita del resto del lodo digerido (en su mayor parte compuestos orgánicos). Las tablas 3 y 4 muestran la fracción de fosfato recuperada por la separación magnética frente a la cantidad total de fosfato en los lodos digeridos.

Tabla 1: Porcentaje de fosfato presente como vivianita o estructuras similares a la vivianita en lodos residuales activados di eridos con diferentes relaciones Fe:P

La tabla indica que según Mossbauer (al 300 K), para la relación Fe:P más alta de 2,36, una cantidad significativa de P está ligada en la vivianita.

En otro montaje experimental, las estructuras similares a la vivianita se separan mediante un separador (figura 3). Este separador tiene seis canales con un radio de aproximadamente 1,3 mm y una longitud de 40 mm con un volumen de cavidad de aproximadamente 0,41 cm3. La corriente tiene una viscosidad de aproximadamente 0,003 Pa.s, una susceptibilidad estimada de la vivianita de 1,0 • 10-7 m3/kg, y una densidad de la vivianita de unos 2300 kg/m3. Durante la separación, la intensidad del campo magnético en la cavidad fue de aproximadamente 1 • 10+06 A/m con un gradiente de campo de aproximadamente 500 T/m. Las partículas están sometidas a dos fuerzas que compiten entre sí, una fuerza de fricción como resultado de la fuerza magnética que empuja/atrae la estructura similar a la vivianita hacia la pared del canal, y una fuerza de arrastre producida por la corriente. Las partículas no magnéticas sólo sentirán la fuerza de arrastre y serán expulsadas de la cavidad. Por otro lado, las partículas similares a la vivianita, que son magnéticas, resistirán el arrastre y se pegarán a las paredes. Las partículas similares a la vivianita que se recogen de este modo son expulsadas de la cavidad en una fase posterior. Se realizaron varias mediciones y cálculos para diferentes configuraciones. Los resultados se muestran en la tabla 2.

Tabla 2: Efecto del caudal y del tamaño de la cavidad en las fuerzas de arrastre y de adherencia magnética

Los experimentos con el separador muestran que es posible separar la vivianita y las estructuras similares a la vivianita de un flujo con un separador magnético. Esta separación es eficazmente posible debido a que las estructuras similares a la vivianita están presentes relativamente puras y como partículas "libres". Experimentos no optimizados ya indican que se puede separar más del 60% (expresado como % de P unido a vivianita) de la vivianita y de las estructuras similares a la vivianita. Se entenderá que esta separación también sería posible con un separador electromagnético o un separador por gravedad. La separación permite una eliminación eficaz y que permite una recuperación eficaz del fosfato/fósforo de una corriente.

Se realizó otro experimento de separación magnética por vía húmeda de la vivianita utilizando el siguiente protocolo: se tamizaron los lodos (1 mm), proporcionando un caudal de 4 - 20 mL/min durante 30 segundos, se enjuagaron con agua a 4 - 20 mL/min durante 30 segundos, se enjuagó el material con agua destilada seguido por secado al vacío. Se utilizaron diferentes tipos de lodos, por ejemplo, lodos holandeses, alemanes y finlandeses. Opcionalmente, el material podía recircularse, por ejemplo, para aumentar la pureza. Los resultados se muestran en las tablas 3 y 4.

Tabla 3: Porcentaje de fosfato presente como vivianita o estructuras similares a vivianita y porcentaje de peso seco constituido por sólidos volátiles (VS), para 3 diferentes lodos activados residuales digeridos que difieren en la relación molar Fe:P.

Tabla 4: Porcentaje de hierro y fosfato en los lodos activados residuales digeridos que se recupera de los lodos a granel en un separador magnético (p. ej., figura 3), operado a diferentes caudales; el factor de enriquecimiento de hierro y fosfato por separación magnética; y el porcentaje de sólidos volátiles del peso seco para la fracción r m n i m n .

Los resultados demuestran que la concentración de los distintos materiales que pueden recuperarse no limita el rendimiento. Se pueden utilizar tanto concentraciones bajas como altas de hierro y fósforo.

También pueden recuperarse otros metales. Cuando se aumentan los caudales se recupera entre un 52% y un 62,2% de vivianita. Los resultados se muestran en las tablas 5 y 6. La recuperación de Fe y P se muestra en la Tabla 5.

Tabla 5: Concentraciones de diferentes elementos en la fracción separada magnéticamente recuperada de dos

Tabla 6: Composición de la fracción separada magnéticamente para dos lodos activados residuales digeridos diferentes

Para separar los distintos componentes presentes en los lodos se utilizó otro experimento que utiliza distintos tipos de lodos, lodos holandeses muestreados en Dokhaven y lodos finlandeses muestreados en Espoo. Se han aplicado caudales diferentes a ambos tipos de lodos. La recuperación de hierro (Fe) para los lodos holandeses fue a 4 mL/min del 38%, a 8 mL/min del 44%, a 16 mL/min del 45% y a 20 mL/min del 39%. La recuperación de fósforo (P) para los lodos holandeses fue a 4 ml/min del 32%, a 8 ml/min del 38%, a 16 ml/min del 36% y a 20 ml/min del 31%. La recuperación de hierro (Fe) de los lodos finlandeses fue a 4 ml/min del 53%, a 8 ml/min del 49%, a 16 ml/min del 31% y a 20 ml/min del 31%. La recuperación de fósforo (P) en los lodos finlandeses fue a 4 ml/min del 53%, a 8 ml/min del 51%, a 16 ml/min del 39% y a 20 ml/min del 37%.

El enriquecimiento aumenta con el caudal para ambos tipos de lodos y elementos. La separación se hace más selectiva con el aumento del caudal. Caudales mayores reducen la parte de material no y/o menos magnético susceptible de ser retenido.

Aún otro experimento que utiliza distintos tipos de lodos demostró que, durante la separación magnética, el contenido orgánico disminuye en alrededor de la mitad, lo que se ve corroborado por la reducción de la protuberancia amorfa. Así pues, la vivianita puede recuperarse de los lodos mediante separación magnética.

Además, los experimentos muestran el efecto de la relación molar Fe:P en la eficacia de la eliminación/recuperación del fosfato de la corriente. Además, los experimentos muestran que es posible una recuperación eficaz mediante la separación eficaz de las estructuras similares a la vivianita de la corriente.

Se realizaron otros experimentos de separación utilizando un separador magnético de alto gradiente pulsante vertical (VPHGMS) a escala de banco. Este separador utiliza una matriz de varillas de acero de 1 mm de diámetro colocadas en un campo magnético de 1 Tesla creado por bobinas electromagnéticas. Se crea un flujo de agua constante de 4 L/min se crea sobre la matriz y se crea una pulsación vertical en el flujo de agua con una frecuencia de 20 Hz. Una muestra de lodo de 500 gramos se alimenta por lotes al flujo de agua y, en consecuencia, es arrastrada sobre la matriz junto con el agua. Las partículas magnéticas quedan retenidas en la matriz, mientras que las partículas no magnéticas son expulsadas de la máquina con el flujo de agua. Una vez que el flujo de agua que sale de la máquina está limpio a la vista y no salen sólidos no magnéticos, se detiene el flujo, se desconecta el campo magnético y la fracción magnética es expulsada de la matriz y capturada. Esta fracción magnética se denomina el concentrado.

El resultado del experimento de separación se muestra en la Tabla 7.

Los resultados muestran que se recupera el 57% del fósforo de los lodos de alimentación. El contenido de fósforo elemental del concentrado es del 10,7%.

El concentrado se estudió con un microscopio electrónico de barrido (SEM) combinado con espectroscopia de rayos X de energía dispersiva (EDX). Los resultados del SEM-EDX indican que el concentrado tiene una composición homogénea y está formado principalmente por vivianita (Figura 7, en donde se observaron estructuras cristalinas en forma de aguja que son típicas de la vivianita).

La vivianita pura tiene un contenido de fósforo elemental del 12,35%. Si suponemos que todo el fósforo del concentrado está unido a la vivianita, como indica el SEM-EDX, el contenido de vivianita del concentrado es del 86,6%.

La presente invención no se limita en modo alguno a las realizaciones preferidas descritas anteriormente. Los derechos que se persiguen se describen en las reivindicaciones siguientes, dentro de cuyo ámbito pueden contemplarse numerosas modificaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método para la recuperación de fosfatos a partir de una corriente, comprendiendo el método las etapas de:

- proporcionar una corriente de entrada que comprende una cantidad inicial de fosfato, en donde la corriente de entrada es un flujo de aguas residuales, aguas negras, estiércol u otra corriente de lodo; - dosificar y/o controlar la sal de hierro en la corriente de manera que se formen precipitados en la corriente, en donde los precipitados comprenden estructuras similares a la vivianita que comprenden más del 60% de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada; y

- separar las estructuras similares a la vivianita de la corriente, en donde la separación de las estructuras similares a la vivianita de la corriente comprende la separación magnética de las estructuras con un separador magnético y/o electromagnético.

2. Método según la reivindicación 1 o 2, que comprende además la etapa de recuperación de los fosfatos a partir de las estructuras similares a la vivianita separadas.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, en donde las estructuras similares a la vivianita comprenden más del 70%, preferiblemente más del 80%, de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada.

4. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde las sales de hierro comprenden uno o más de cloruro de hierro y sulfato de hierro.

5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la dosificación de sal de hierro comprende añadir una cantidad de hierro con una relación molar hierro:fósforo de al menos 1,25, preferiblemente de al menos 1,5, comprendiendo preferiblemente además la etapa de controlar la dosificación de sal de hierro en respuesta a una medición de la cantidad inicial de fosfato en la corriente de entrada.

6. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde la separación de las estructuras similares a la vivianita de la corriente comprende además la separación de las estructuras con un separador por gravedad.

7. Método según la reivindicación 6, en donde el separador por gravedad comprende un (hidro)ciclón.

8. Método según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 7, en donde la etapa de recuperación de los fosfatos comprende tratar las estructuras similares a la vivianita para producir precipitados de óxido de hierro.

9. Método según la reivindicación 8, en donde el tratamiento de las estructuras tipo vivianita comprende un tratamiento alcalino para producir una solución de fosfato de potasio.

10. Método según la reivindicación 8 o 9, que comprende además la etapa de tratar el óxido de hierro con ácido clorhídrico para producir cloruro de hierro.

11. Método según la reivindicación 10, que comprende además la etapa de reciclar el cloruro de hierro en la etapa de dosificación de sal de hierro.

12. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el hierro se añade a la corriente en un reactor y reacciona para formar vivianita en un digestor.

13. Método según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la corriente comprende corriente residual y/o lodos de depuradora y/o lodos industriales.

14. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde el pH de la corriente está en el intervalo de 6 - 10, preferiblemente en el intervalo de 6 - 9, más preferiblemente en el intervalo de 7 - 8.

15. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en donde las estructuras similares a la vivianita incluyen vivianita pura y estructuras que incluyen algunas impurezas como magnesio o calcio.