O fósforo é um elemento chave para a vida humana e para a produção de alimentos. Atualmente, é extraído principalmente de fosforita, cujas jazidas estão concentradas em um número limitado de países, como Marrocos, China e Estados Unidos. Por outro lado, a utilização insuficiente de fósforo e as descargas de fertilizantes, detergentes e águas residuais contendo fosfato em massas de água conduzem a problemas relacionados com a eutrofização. Por estas razões, está a ser dada cada vez mais atenção ao desenvolvimento de tecnologias para a recuperação de fósforo a partir de fluxos de resíduos e à reutilização dos produtos resultantes na agricultura ou na indústria. No tratamento de águas residuais, o fósforo é removido por meio de métodos químicos ou biológicos. Como resultado, acumula-se nos sedimentos, que sofrem decomposição anaeróbica, desidratação e incineração. Assim, existem três possibilidades de recuperação de fósforo – da água retirada durante a desidratação, dos próprios sedimentos tratados anaerobicamente ou das cinzas obtidas na sua incineração. Atualmente, mais de 70 plantas de recuperação de fósforo estão em operação na Europa, América do Norte e Leste Asiático.
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Oportunidades
A recuperação da fase líquida é limitada abaixo de 50-60%, pois a quantidade restante de fósforo é removida com os sedimentos. Normalmente a taxa de recuperação está entre 10 e 40%. O produto resultante é estruvita (fosfato de amônio e magnésio) ou fosfato de cálcio. A vantagem desta abordagem é que envolve a adição de uma etapa de tratamento, o que permite fácil integração do processo em estações de tratamento de águas residuais (ETARs) existentes.
Dado que entre 90 e 95% do fósforo que entra nas ETAR cai nos sedimentos, o potencial das tecnologias para a sua recuperação nesta fase também ascende a esta percentagem. É por esta razão que o interesse nesta alternativa é maior. As lamas de ETAR também têm sido utilizadas diretamente como condicionador de solo, mas estão associadas a riscos devido ao teor de metais pesados, microrganismos patogénicos e poluentes orgânicos. Portanto, as tecnologias de recuperação de fósforo a partir de lamas devem ser capazes de lidar com estes poluentes. Os métodos mais comuns para esse fim são a cristalização e as tecnologias químicas que utilizam uma base ou ácido forte.
Na recuperação do fósforo das cinzas das lamas de ETAR incineradas, o único caso de interesse é quando não é aplicada a co-incineração com outros tipos de resíduos. Isto ocorre porque a co-incineração reduz a concentração de fósforo e aumenta os níveis de poluentes. Durante a incineração, o volume de lodo diminui significativamente e os poluentes orgânicos e patógenos também são eliminados. Normalmente, o teor de fósforo nas cinzas chega a quase 90% da quantidade total que entra na ETE. Uma vantagem desta alternativa é o pequeno volume das cinzas, permitindo seu fácil transporte.
As características das cinzas de lamas de ETAR, bem como a viabilidade de recuperação de fósforo, dependem dos processos de tratamento aplicados. Se for aplicada a remoção química do fósforo, devem ser considerados níveis elevados de alumínio e ferro. Existe potencial para que as cinzas sejam utilizadas diretamente como corretivo de solo se o teor de metais pesados atender aos valores estabelecidos na legislação. Neste caso, contudo, a biodisponibilidade do fósforo é baixa em comparação com a dos fertilizantes disponíveis comercialmente. Métodos termoquímicos são aplicados para reduzir o teor de metais pesados e aumentar a disponibilidade biológica de fósforo nas cinzas do lodo de ETAR.
Produtos
Com poucas exceções, a maioria dos processos de recuperação de fósforo envolve a sua remoção por precipitação/cristalização de fosfato de cálcio ou estruvita. O fosfato de cálcio (hidroxilapatita) é um produto com propriedades diretamente comparáveis às da fosforita. Por esta razão, a cinética da precipitação do sulfato de cálcio deve ser considerada como tendo um papel mais importante do que os fatores relacionados ao equilíbrio termodinâmico. Portanto, na maioria dos casos, não ocorre nenhuma precipitação espontânea da solução, a menos que esteja presente uma supersaturação muito elevada. Contudo, a separação do fosfato de cálcio pode ser conseguida pela adição de sementes cristalinas, por exemplo areia ou hidrato de silicato de cálcio, que podem iniciar o processo de precipitação/cristalização.
Para obter estruvita é necessário fornecer uma proporção estequiométrica de magnésio, radical amônio e fosfato de 1:1:1. Os filtrados provenientes da desidratação de lamas de ETAR são particularmente adequados para a precipitação de sulfato de magnésio-amónio, uma vez que apenas é necessário adicionar magnésio. Devido a fatores termodinâmicos, a precipitação de fosfato de cálcio e estruvita ocorre apenas em pH alcalino (valor entre 8 e 10).
A estruvita é considerada um corretivo de solo eficaz, com liberação lenta de nitrogênio e fósforo. Caracteriza-se por uma baixa solubilidade em água (0,018 g/100 ml a 25°C), o que diminui a mobilidade dos nutrientes em comparação com fertilizantes altamente solúveis. Conforme mencionado, o fosfato de cálcio é semelhante ao fosforito, o que permite sua utilização como substituto direto na produção industrial de fertilizantes. Também é possível misturar o fosfato de cálcio com outros nutrientes e aplicá-lo diretamente como corretivo de solo com baixa taxa de liberação.
Conveniência econômica
A recuperação de fósforo através de um processo de cristalização tem sido objeto de extensas pesquisas e hoje é amplamente aplicada, comprovando a viabilidade técnica do método. Verificou-se que a partir de 100 m3 de águas residuais domésticas com uma concentração média de iões fosfato de 7 mg/l, pode-se obter 1 kg de fosfato de magnésio-amónio com uma eficiência de recuperação de fósforo de 55,3%.
A viabilidade econômica do processo é determinada principalmente pelos custos operacionais e pelas receitas provenientes da realização comercial do produto final. Segundo um estudo recente, os custos operacionais da recuperação de fósforo variam entre 2,2 e 8 euros por quilograma de fósforo, dependendo do processo utilizado. Porém, quanto menor a concentração de fósforo na matéria-prima, maiores serão os custos e investimentos. Portanto, antes de empreender processos para implementação de tecnologia de recuperação de fósforo proveniente de tratamento de efluentes, é necessário analisar bem as características do fluxo de água.
Embora a viabilidade económica da cristalização do fósforo a partir de águas residuais seja severamente limitada pelos custos operacionais, ela está associada a muitos outros benefícios. A geração de sedimentos indesejados é reduzida, o que também diminui os custos de sua caracterização e disposição. Além disso, a tecnologia também proporciona uma solução alternativa para a agricultura e a indústria, bem como uma oportunidade para prevenir a eutrofização. Por conseguinte, se os pré-requisitos económicos para a recuperação do fósforo não forem suficientes, os benefícios ambientais e o cumprimento da legislação ambiental deverão ser tidos em conta.
