OV Fertilitzacio Tractaments Consolidats Nitrificacio
Nitrificació-desnitrificació
El tractament de nitrificació-desnitrificació (NDN) es basa en un procés biològic que té com a objectiu l’eliminació
del nitrogen de la fracció líquida del purí, present majoritàriament en forma de nitrogen amoniacal (NH4+),
transformant-lo a nitrogen molecular (N2), un gas innocu i inert que constitueix gairebé el 80% de l’atmosfera. Així
doncs, previ a aquest tractament, cal dur a terme una separació sòlid-líquid del purí. És la única tecnologia de
tractament que permet eliminar efectivament el nitrogen amoniacal, però això comporta de fet la pèrdua d’un recurs
amb valor com a fertilitzant. És per aquest motiu que la Decisió d’Execució (UE) 2017/302 de la Comissió Europea,
que va entrar en vigor el 21/02/2017, sobre les millors tècniques disponibles (MTD) per al tractament de les
dejeccions a escala d’explotació ramadera estableix que el tractament per NDN no és aplicable a les
naus/explotacions noves, i només és permesa en explotacions existents.
Subetapa 1: NH4+ + 1,5 O2 —> NO2- + 2H + H20
Subetapa 2: NO2 + 0,5 02—> NO3
Total: NH4+ + 2 O2 -> NO3 + 2 H+ + H2O
Durant la nitrificació, per cada gram de N-NH4+ oxidat a NO3- es
consumeixen 4,6 g de 02 i 7,1 g d'alcalinitat (CaCO3). En
particular, durant la subetapa 1 es consumeix el 75% del O2 i el
100% de l'alcalinitat.
Desnitrificació
Si nitrat: 0,20 NO3- + 1,20 H + e- —> 0,10 N2 + 0,60 H2O (1 eq.
de e- equival a 8 g DQO)
Si nitrit: 0,33 NO2- + 1,33 H+ + e- —> 0,17 N2 + 0,67 H2O
Durant la desnitrificació, per cada gram de N-NO, recita a N2 es
consumeixen 2,9 g de DQO si no es té en compte la formació deis
fangs biológica (-5-6 g DQO en cas de considerar-la) i es produeixen
4,3 g d'alcalinitat (CaCO3). Si es considera la reducció de
l'intermedi NO2 a N2, els requeriments en DQO són aproximadament un
40% inferiors.
El tractament per NDN consta d’una primera fase aeròbia (que requereix oxigen)
coneguda com a nitrificació, on el nitrogen amoniacal és oxidat a nitrit (NO2-)
i posteriorment a nitrat (NO3-), i d’una segona fase anòxica (en absència
d’oxigen i presencia de nitrat) o desnitrificació en què es requereix presència
de matèria orgànica i on el nitrat es transforma a nitrogen molecular. Durant la
nitrificació, l’oxidació de l’amoni a nitrat és duta a terme pels bacteris
nitrificants que utilitzen el carboni inorgànic per créixer (microorganismes
autòtrofs), essent el nitrit un intermedi d’aquesta reacció. Durant la
desnitrificació, en canvi, el nitrat acumulat en la fase anterior és reduït a
nitrogen molecular pels bacteris desnitrificants gràcies a la presència de
carboni orgànic, normalment expressat en termes de demanda química d’oxigen
(DQO), disponible per al seu creixement (microorganismes heteròtrofs).
Planta de nitrificació-desnitrificació mitjançant
aeració intermitent en un únic reactor (SBR), que consta d’un dipòsit de
recepció dels purins (A), un separador sòlid-líquid de cargol-premsa (B),
una zona d’emmagatzematge de la fracció sòlida (C) i de la fracció líquida
(D), un reactor de nitrificació-desnitrificació (E), i la bassa
d’emmagatzematge de l’aigua tractada (F).
Parts de la planta NDN
Infraestrucctura:
reactors biològics: un o diversos reactors, en funció de si el sistema és
seqüencial o continu, correctament dimensionats d'acord amb el cabal de la
fracció líquida a tractar, la concentració de nitrogen total i els temps de
retenció hidràulic i cel·lular necessaris (entre 10 i 20 dies), correctament
impermeabilitzats i si pot ser aïllats tèrmicament.
Equips:
sistema d'aeració: per al subministrament d'oxigen al reactor durant la fase de
nitrificació, dimensionat segons les característiques de la fracció líquida a
tractar i les característiques del reactor. Sistema d'agitació: per garantir la
suspensió de la biomassa durant les fases anòxiques de desnitrificació.
Elements de control:
Mesuradors de l'oxigen dissolt i del potencial redox per garantir una correcta
aeració i anòxia durant els processos de nitrificació, així com del pH i la
temperatura per tal que es mantinguin dins dels rangs òptims del procés.
Sota condicions d’operació adients, el rendiment global d’eliminació de nitrogen
està al voltant del 50-70%. La resta del nitrogen és separat amb la fracció
sòlida durant el pretractament, assimilat pel fang biològic, o bé romandrà en el
líquid efluent o serà emès a l’atmosfera en forma d’amoníac (NH3) o òxid de
dinitrogen (N2O). Si el rendiment s’avalua sobre la fase líquida tractada,
aleshores aquesta pot arribar a ser superior al 90%. No obstant això,
l’eficiència del procés dependrà en gran mesura de les condicions d’operació
aplicades. El rendiment d’eliminació reconegut com a tecnologia consolidada dins
el marc català és del 60%.
Distribució de la concentració de nutrients (N, P
i K) de l’efluent d’un NDN procedent de diferents instal·lacions (informació no
publicada).
Per cada metre cúbic de fracció líquida tractada, es generen uns 5-10 kg en pes
sec de fangs biològics. En aquest cas, estaríem parlant d’un fertilitzant de
Tipus 2 (relació C/N baixa), que pot ser aplicat directament al conreu o tractat
mitjançant el compostatge o l’assecament solar. Per a l’aplicació directa de
l’efluent del tractament per NDN com a fertilitzant s’ha de tenir en compte la
baixa concentració de nitrogen respecte de fòsfor i potassi. Segons quina sigui
la intensitat de nitrificació i/o el procés de separació dels fangs del reactor,
la relació N/P o N/K pot variar sensiblement. En els sistemes de NDN més
intensius, la relació N/P i N/K es pot arribar a 3 i 10, respectivament. En
altres paraules, per cada quilo de nitrogen, també s’apliquen 3 kg de fòsfor
(P2O5) i 10 kg de potassi (K2O). En canvi, en sistemes menys intensius, la
relació N/P i N/K no és tan gran, al voltant d’1 per la relació N/P i de 3,1 per
la relació N/K. Per tant, per a una fertilització més ajustada, el nutrient
limitant a l’hora d’ajustar la dosi ja no és el nitrogen sinó que serà el fòsfor
o el potassi.
Cal tenir en compte que durant el procés de NDN es produeixen òxids de nitrogen,
principalment òxid de dinitrogen, com a productes intermediaris de les reaccions
bioquímiques del procés. Aquests compostos s’emeten a l’atmosfera quan les
condicions d’operació no són les òptimes i tenen un elevat impacte com a gas
d’efecte hivernacle. Si l’aeració no és prou eficient, també es poden produir
emissions de metà, un altre gas d’efecte hivernacle. En cas contrari, si
l’aeració és excessiva, s’afavoreix la volatilització d’amoníac. Factors com ara
l’aeració durant la nitrificació, que pot contribuir a desplaçar el pH dins el
reactor fora del rang habitual i afavorir l’acumulació de compostos nitrogenats
parcialment oxidats, o bé la disponibilitat de matèria orgànica fàcilment
biodegradable per a desnitrificar, poden afectar aquestes emissions no
desitjades.
Granja de porcí d'engreix de 4.000 places que genera 2.400 m3 de purí a l'any
equivalent a 18.850 kg N/any.
Concepte
Cost Total
Cost anual equivalent(CAE)
Obra civil (el reactor biológic, les basses per recollir
la fracció líquida separada i l'efluent líquid tractat, i el sócol
per acumular la fracció sólida)
50000
3361
Maquinària (separador sólid-líquid, agitadors, bombes,
sistemes de control)
170000
19929
Funcionament (Additius: 0,2 kg d'un producte
polielectrólit concentrat per cada tova de purí a un cost de(3,25
€/kg ); i consum eléctric: 15 kWh/dia (0,1246€/kWh))
