Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo
a cura di Mauro Icardi
Il tema della scarsità di fosforo o per meglio dire la fine del fosforo “facile” in termini di estrazione, è stato molto ben spiegato nei due articoli scritti da Claudio Della Volpe su questo blog e pubblicati nel Novembre 2014 (qui e qui). Il fosforo ha un picco del tutto paragonabile al più famoso e conosciuto picco del petrolio. Oltre a questo l’estrazione da giacimenti di sempre minore qualità ha fatto si che si verificasse un problema di contaminazione del minerale di fosforo con metalli dalla comprovata tossicità quali il cadmio.
Per il recupero del fosforo si sta rivolgendo l’attenzione alle acque reflue e ai residui degli allevamenti zootecnici.
Nel 1996 un’indagine condotta da Federgasacqua stimò che la concentrazione media di fosforo presente nelle acque reflue in ingresso agli impianti di depurazione in Italia fosse pari a 5,7 mg/lt. Questo dato fu ricavato prendendo in esame 85 impianti di depurazione presenti sul territorio italiano che trattavano reflui di tipo civile.
In realtà dopo la riformulazione dei detergenti per ridurne la quantità di fosforo il valore più attendibile si ridusse a valori che oscillano tra 1,7 e 2,9 mg/lt. Questo dato si ottenne considerando l’apporto giornaliero per abitante equivalente/giorno di fosforo pari a 1-1,4 g e fissando un valore di circa 350 lt/abitante equivalente di acqua scaricata in fognatura.
Un modo di recuperare fosforo da acque reflue e destinarlo al possibie riuso agricolo è quello di precipitarlo come struvite. Il processo è stato usato per abbattere l’azoto ammoniacale in particolare in reflui che ne contenessero concentrazioni elevate, per esempio il percolato di discarica. Il processo chimico produce un composto cristallino, costituito da ioni Magnesio, Ammonio e Fosfato (da qui l’acronimo MAP), che può essere utilizzato come fertilizzante fosfatico e/o azotato a lento rilascio. Questo trattamento chimico fisico ha mostrato però una maggior efficacia in termini di abbattimento del fosforo rispetto all’azoto (per il fosforo i rendimenti di abbattimento sono dell’ 80-90% per l’azoto spesso le condizioni operative reali raggiungono valori di abbattimento del 50-60%).
La struvite è un fosfato esaidrato di ammonio e fosforo. (NH4MgPO4·6H2O).Magnesio, ammonio e fosforo sono presenti nella composizione della struvite in eguali concentrazioni molari. La cristallizzazione avviene secondo la seguente reazione :
Mg2+ + NH4+ +H2PO4– +6H2O —à MgNH4PO4 .6H2O + 2H+
Negli impianti di depurazione biologica la struvite spesso cristallizza spontaneamente formando incrostazioni in areatori e scambiatori di calore.
La scarsa solubilità dei cristalli di questo prodotto è la caratteristica che lo rende un prodotto ad azione prolungata nel tempo se utilizzato come concime.
Nel settore del trattamento acque si stanno effettuando ricerche volte ad ottimizzare la precipitazione della struvite dal surnatante proveniente dalla sezione di digestione anaerobica, evitando così l’accumulo di fosforo nella sezione di sedimentazione primaria dove vengono di solito convogliati i flussi di acque di processo provenienti dal trattamento dei fanghi.
In Olanda l’universita di Wageningen avviò un esteso programma di ricerca sul recupero del fosforo dagli effluenti che venne presentato nel novembre del 2010 al workshop internazionale sulla gestione dei reflui zootecnici.
In Danimarca la società municipale Aarhus Water Ltd ha installato un reattore separato nel proprio impianto nel quale vengono trattate le acque reflue e recuperata la struvite. In questo modo Il processo di precipitazione raffina il fosforo, eliminando i metalli pesanti e le sostanze nocive per l’ambiente. E’ il caso di dire che si sono presi i classici due piccioni con una fava: si è recuperato fosforo che si doveva comunque abbattere dall’acqua reflua e si sono quasi del tutto eliminati i problemi di sporcamento delle apparecchiature della linea fanghi. La stessa tecnologia è stata poi impiegata nell’impianto di recupero del fosforo progettato e costruito appositamente a questo scopo e inaugurato nel novembre 2013.
Ida Auken, ex-Ministro per l’Ambiente danese, inaugura l’impianto di recupero di fosforo ad Aarhus, in Danimarca, nel Novembre del 2013
La tecnologia di recupero di azoto e fosforo come struvite esiste dagli anni 80 ma ha avuto scarsa diffusione. L’aumento del prezzo del fosforo sul mercato e l’orientamento generale volto ad ottimizzare l’efficienza energetica ed il riutilizzo dei nutrienti ,hanno reso possibile e commercialmente conveniente la costruzione di questo tipo di impianti.
L’unione europea ha dato il via ad un altro progetto di recupero denominato PHOSFARM che prevede di recuperare da residui quali letame o digestato ( residuo del processo di digestione anaerobica) il fosforo sia organico che inorganico. La prima parte del processo utilizza l’enzima fosfatasi per digerire le molecole organiche dove i composti organici del fosforo sono presenti principalmente nella fase solida, o in quella particolata nel caso di acque reflue. La parte successiva del processo prevede la precipitazione del fosforo inorganico dalle frazioni liquide del digestato o dai reflui provenienti dalle acque di lavaggio delle stalle. La fase successiva prevede la miscelazione dei due tipi di ammendanti per ottenere miscele adatte a diversi tipi di piante o a particolari esigenze colturali.
E’ ormai sempre più evidente come la” materia seconda” stia diventando sempre più ricercata e su di essa si concentrino gli sforzi dei ricercatori, ma non solo. Anche di molte aziende operanti nel settore del trattamento rifiuti e di quello delle acque. Soprattutto le più avvedute. Perché la materia prima sta diventando ormai rara e costosa. Depuratori e discariche sono destinati a diventare le nuove fabbriche del futuro.
http://ec.europa.eu/environment/water/workshop_manure.html
La Chimica e la Società 
Interessantissimo Mauro. C’entra poco ma per curiosità, essendo io stato un veterinario, vorrei citare il fatto che il fosforo, in forma di struvite, precipita sovente, da urine non sufficientemente acide, nelle uretre dei gatti maschi sterilizzati. Ostruendole e creando rischi di morte per uremia acuta. Saluti.
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