Procedimiento para la reducción de la concentración de amonio en deyecciones de explotaciones ganaderas.

La presente invención describe partículas sólidas con un tamaño inferior a 500 micras conteniendo Mg y P en una relación molar entre 75:1 y 1:1, obtenibles mediante un procedimiento que comprende: a) calcinar la magnesita natural o la dolomita natural a una temperatura entre 600ºC y 1000ºC durante el tiempo necesario para descomponer totalmente el carbonato de magnesio; b) hacer reaccionar el producto obtenido en la etapa a) con ácido fosfórico y, opcionalmente, adicionar agua en un intervalo desde el 15% al 500% en peso respecto al producto obtenido en la etapa a); c) opcionalmente secar el producto de la etapa b), y d) si es necesario, reducir el tamaño de partícula hasta un tamaño aproximado menor de 500 micras. La invención es útil para reducir la concentración de amonio en deyecciones de explotaciones ganaderas

Procedimiento para la reducción de la concentración de amonio en deyecciones de explotaciones ganaderas.

La presente invención se refiere a partículas sólidas que comprenden P y Mg, a un procedimiento para su preparación y a un método para reducir la concentración de amonio en deyecciones de explotaciones ganaderas.

Estado de la técnica

La reducción de la concentración del nitrógeno contenido en deyecciones de explotaciones ganaderas, comúnmente conocidos como purines, especialmente en grandes explotaciones, es un problema de gran magnitud e importancia en todo el mundo. La ganadería intensiva, que es necesaria para incrementar la productividad de las explotaciones, produce un residuo contaminante que es difícil de gestionar y es muy peligroso para el medio ambiente.

Cuando estos residuos se utilizan como fertilizantes en tierras cultivadas, la presencia de ión amonio, generalmente en concentraciones entre 2 y 10 g/L, tiene efectos muy dañinos en los sistemas acuíferos. La causa principal de estos efectos negativos es la oxidación del ión amonio a los iones solubles en agua nitrito y nitrato, que se acumulan en los acuíferos subterráneos hasta niveles peligrosos para la salud humana.

Algunos de los procedimientos habituales para el tratamiento de deyecciones de explotaciones ganaderas se basan en las etapas de metanización, compostaje de la fase sólida y finalmente, tratamiento de la fase líquida en una planta depuradora biológica. En esta última fase tiene lugar la oxidación del ión amonio a nitrito y nitrato. Posteriormente estos dos iones son oxidados a nitrógeno y oxigeno.

Actualmente, el consumo de energía del procedimiento de metanización y depuración es mucho mayor que la energía contenida en el metano producido, haciendo el procedimiento económicamente inviable.

Por otra parte, desde el punto de vista tecnológico, la separación de las fases líquida y sólida de los residuos durante el procesado de deyecciones de explotaciones ganaderas presenta problemas de operatoria. La separación por decantación de la fase sólida de la líquida es casi imposible incluso después de largos períodos de tiempo y la filtración o centrifugación necesarias para esta separación presentan dificultades requiriendo medios técnicos específicos.

Es bien conocido que la introducción de magnesio en la fase líquida de las deyecciones líquidas de explotaciones ganaderas, preferentemente en los purines de cerdo, permite precipitar el ión amonio en forma de estruvita (NH₄MgPO₄), según la siguiente reacción química:

PO₄^3- + NH₄⁺ + Mg²⁺ + 6H₂O rightarrow NH₄MgPO₄.6H₂O

El amonio en forma de estruvita deja de ser contaminante del suelo, pues su posterior oxidación y su movilidad hacia las aguas subterráneas quedan imposibilitadas. Además el ión potasio se fija también en forma de un compuesto similar nombrado K-estruvita (KMgPO₄):

PO₄^3- + K⁺ + Mg²⁺ rightarrow KMgPO₄

Finalmente, los fosfatos solubles presentes en los purines son generalmente insuficientes para que ambas reacciones se lleven a cabo completamente, por lo tanto es necesaria la adición de fosfatos externos al sistema.

En la literatura se han descrito diferentes procedimientos para adicionar magnesio en forma de cloruro, hidróxido, sulfato, óxido, carbonato o bicarbonato a los purines. Aunque el uso de estruvita para la eliminación y recuperación de fosfatos y de amonio siguiendo estos procedimientos es técnicamente factible, en la práctica no se aplica debido al elevado coste de los compuestos de magnesio. Sin embargo, es posible utilizar fuentes de magnesio tales como magnesio de baja ley que hacen al procedimiento viable económicamente.

El documento Recents Progres en Genie des Procedes 1995, vol. 9, (43, Boues Industrielles; Traitements, Valorisation), pp. 81-86 describe un procedimiento para el tratamiento de purines con ácido fosfórico y óxido de magnesio. En este documento, no se describe ninguna reacción previa entre estos dos reactivos, tampoco hay ninguna indicación sobre el origen de los reactivos ni del orden de adición de los mismos.

La ES 2264377 describe la adición de magnesio de baja ley en solución o suspensión a los purines para precipitar la estruvita en una relación molar Mg:P de 1,6. En este procedimiento, se necesita una primera etapa de aireación para eliminar los carbonatos presentes en los purines. En este documento no existe indicación alguna de la fuente de fósforo.

Existe la necesidad de desarrollar nuevos procedimientos para el tratamiento de deyecciones generados en la ganadería intensiva que sean técnicamente, así como económicamente viables, y de implementación sencilla.

Resumen de la invención

Los inventores han encontrado que ciertas partículas sólidas con una composición específica conteniendo P y Mg, y con características físicas específicas, reducen la concentración de amonio en deyecciones de explotaciones ganaderas mediante un procedimiento económico y sencillo, sin las dificultades operativas de los otros métodos conocidos. Por ejemplo, no se producen reacciones exotérmicas y, en consecuencia, no es necesario un control estricto de las cantidades de reactivos ni el control de la temperatura o de la velocidad de adición de los reactivos.

En contraposición con el uso de reactivos separados, óxido de magnesio y ácido fosfórico, de los tratamientos ya conocidos, las partículas sólidas descritas en la presente invención como reactivo sólido único son inocuas y de fácil manipulación y dosificación. En realidad, no se necesita calcular una dosis estequiométrica de partículas sólidas, dado que un exceso de las mismas no es problemático para el procedimiento de reducción de la concentración de amonio, ni tampoco para el uso subsiguiente de las deyecciones tratadas. En cualquier caso, el único efecto de la adición de un exceso de partículas sólidas de la invención a deyecciones de explotaciones ganaderas es que la fijación de los componentes contaminantes de las mismas queda asegurada. Por lo tanto, no es necesario el análisis previo o posterior de las deyecciones de explotaciones ganaderas.

Así, un primer aspecto de la presente invención está relacionado con partículas sólidas con un tamaño de partícula aproximado inferior a 500 μm, que comprenden Mg y P en una relación molar entre 75:1 y 1:1, obtenibles mediante un procedimiento que comprende: a) calcinar la magnesita o la dolomita naturales a una temperatura entre 600 y 1000ºC durante el tiempo necesario para descomponer totalmente el carbonato de magnesio; b) hacer reaccionar el producto obtenido en la etapa a) con ácido fosfórico y, opcionalmente, adicionar agua en un intervalo desde el 15 al 500% en peso respecto al producto obtenido en la etapa a); c) opcionalmente secar el producto de la etapa b), y d) si es necesario, reducir el tamaño de partícula hasta un tamaño aproximado menor de 500 μm.

La invención también comprende un procedimiento para la preparación de partículas sólidas como se han definido previamente que comprende: a) calcinar la magnesita o la dolomita naturales a una temperatura entre 600 y 1000ºC durante el tiempo necesario para descomponer totalmente el carbonato de magnesio; b) hacer reaccionar el producto obtenido en la etapa a) con ácido fosfórico y, opcionalmente, adicionar agua en un intervalo desde el 15 al 500% en peso respecto al producto obtenido en la etapa a); c) opcionalmente secar el producto de la etapa b), y d) si es necesario, reducir el tamaño de partícula hasta un tamaño aproximado menor de 500 μm.

Un tercer aspecto de la invención está relacionado con un método para reducir la concentración de amonio en deyecciones de explotaciones ganaderas hasta alcanzar la concentración de amonio deseada, que comprende poner en contacto las partículas sólidas como se definieron anteriormente con las deyecciones de explotaciones ganaderas.

Los aspectos de la presente invención serán descritos mas adelante en la sección de descripción detallada que sigue. A menos que se definan de otra manera, todos los términos científicos...

1. Partículas sólidas con un tamaño de partícula aproximado menor de 500 μm, conteniendo Mg y P en una relación molar entre 75:1 y 1:1 obtenibles mediante un procedimiento que comprende:

a) calcinar la magnesita natural o la dolomita natural a una temperatura entre 600ºC y 1000ºC durante el tiempo necesario para descomponer totalmente el carbonato de magnesio;

b) hacer reaccionar el producto obtenido en la etapa a) con ácido fosfórico y, opcionalmente, adicionar agua en un intervalo desde el 15% al 500% en peso respecto al producto obtenido en la etapa a);

c) opcionalmente secar el producto de la etapa b), y

d) si es necesario, reducir el tamaño de partícula hasta un tamaño aproximado menor de 500 μm.

2. Partículas sólidas según la reivindicación 1, que tienen un tamaño de partícula aproximado menor de 200 μm.

3. Partículas sólidas según la reivindicación 2, que tienen un tamaño de partícula aproximado menor de 100 μm.

4. Partículas sólidas según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprenden Mg y P en una relación molar 2,1:1 ó 2,2:1.

5. Partículas sólidas según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que además comprenden Si y Ca.

6. Procedimiento para la preparación de partículas sólidas como se definen en la reivindicación 1, que comprende:

a) calcinar la magnesita natural o la dolomita natural a una temperatura entre 600ºC y 1000ºC durante el tiempo necesario para descomponer totalmente el carbonato de magnesio;

b) hacer reaccionar el producto obtenido en la etapa a) con ácido fosfórico y, opcionalmente, adicionar agua en un intervalo desde el 15% al 500% en peso respecto al producto obtenido en la etapa a);

c) opcionalmente secar el producto de la etapa b), y

d) si es necesario, reducir el tamaño de partícula hasta un tamaño aproximado menor de 500 μm.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde la calcinación de la magnesita natural se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 750ºC y la calcinación de la dolomita natural se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 650ºC.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, que además comprende la etapa de secado del producto a una temperatura de 110ºC.

9. Procedimiento para reducir la concentración de amonio de deyecciones ganaderas hasta alcanzar la concentración de amonio deseada, que comprende poner en contacto las partículas sólidas definidas en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 con la deyección de explotación ganadera.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde las partículas definidas en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 se ponen en contacto con la deyección de explotación ganadera durante 24 horas.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, donde la deyección de explotación ganadera es un purín.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, que además comprende una etapa previa de digestión de la deyección de explotación ganadera.