Recuperação de nutrientes de esgoto sanitário via produção de estruvita utilizando magnésia industrial de baixo custo

Francieli Inês Grigolo , Suellen Cadorin Fernandes , Gabriel Cristiano Walz , Cleder Alexandre Somensi e Danieli Eloisa Grigolo

Resumo
O crescimento da população global desde a Revolução Industrial tem gerado desafios significativos para a segurança alimentar, exigindo aumento na produção de fertilizantes industriais. Contudo, a produção desses fertilizantes enfrenta desafios ambientais, como o alto consumo de energia e dependência de recursos finitos como o fósforo. Este estudo propõe uma abordagem alternativa e sustentável para recuperar nutrientes do esgoto sanitário através da precipitação da estruvita, um composto de fosfato, amônia e magnésio. Utilizou-se um resíduo industrial como fonte alternativa de magnésio, comparando-o ao tradicional cloreto de magnésio. A pesquisa foi realizada em uma estação de tratamento de esgoto com reator anaeróbio de fluxo ascendente, considerando parâmetros como ponto de coleta, proporções molares de fósforo, nitrogênio e magnésio, e faixa de pH. Em condições ótimas (pH 11 e concentração molar de 1:1:3), o cloreto de magnésio alcançou notáveis 91,25% de remoção de nitrogênio e 37,75% de fosfato. Por outro lado, o resíduo industrial também demonstrou eficácia, destacando que seu uso elimina o custo de destinação. Em condições ideais (pH 13 e proporção 1:1:2), o resíduo atingiu uma remoção de 65,69% de fosfato, enquanto a remoção de nitrogênio amoniacal foi de 4,71%. A condição mais eficaz para a remoção de nitrogênio foi de 59,90% em pH 12 e proporção 3:1:1, com remoção de 31,09% de fosfato. Esses resultados destacam a eficácia do método, abrindo perspectivas para uma gestão ecoeficiente de nutrientes no tratamento de esgoto. A comparação entre o resíduo e o cloreto de magnésio destaca a viabilidade em condições específicas, reforçando a proposta de uma abordagem sustentável na recuperação de nutrientes.

Palavras-chave
Estação de tratamento de esgoto sustentável; Fosfato; Nitrogênio; Economia circular.

Abstract
Nutrient recovery from sewage via struvite production using low-cost industrial magnesia. The growth of the global population since the Industrial Revolution has generated significant challenges for food security, necessitating an increase in industrial fertilizer production. However, the production of these fertilizers faces environmental challenges, such as high energy consumption and dependence on finite resources like phosphorus. This study proposes an alternative and sustainable approach to recover nutrients from sewage through the precipitation of struvite, a compound of phosphate, ammonia, and magnesium. An industrial waste was used as an alternative source of magnesium, compared to traditional magnesium chloride. The research was conducted at a sewage treatment plant with an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, considering parameters such as collection point, molar ratios of phosphorus, nitrogen, and magnesium, and pH range. Under optimal conditions (pH 11 and a molar concentration of 1:1:3), magnesium chloride achieved notable removals of 91.25% nitrogen and 37.75% phosphate. On the other hand, the industrial waste also demonstrated effectiveness, with its use crucially eliminating disposal costs. Under ideal conditions (pH 13 and a ratio of 1:1:2), the waste achieved 65.69% phosphate removal, while ammoniacal nitrogen removal was 4.71%. The most effective condition for nitrogen removal was 59.90% at pH 12 and a ratio of 3:1:1, with 31.09% phosphate removal. These results highlight the method's effectiveness, opening perspectives for eco-efficient nutrient management in sewage treatment. The comparison between the waste and magnesium chloride underscores the feasibility under specific conditions, reinforcing the proposal for a sustainable approach to nutrient recovery.

Keywords
Sustainable wastewater treatment plant; Phosphate; Nitrogen; Circular economy.

DOI
10.21438/rbgas(2024)112926


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ISSN 2359-1412