Desorció (stripping)
Procés de tractament de la fracció líquida d'un digerit o de la fracció líquida d'un tractament de separació d'alt rendiment (rendiment de distribució del nitrogen a la fracció sòlida de més de del 35%), l'objectiu del qual és recuperar el nitrogen amoniacal. El procés consisteix en una primera etapa, anomenada desorció (stripping), on es transfereix el nitrogen en forma d'amoni contingut a les dejeccions a un corrent d'aire en condicions de pH i temperatura adients. A continuació, l'aire amb l'amoníac passa a una columna en contracorrent a una de solució àcida, que absorbeix l'amoníac, obtenint-se una solució amoniacal concentrada.
L’stripping d’amoníac (NH3) és una operació de separació fomentada en la difusió de l’amoníac dissolt a la fase líquida (purí fresc o digerit) des de la fase líquida a la fase gas (aire). L’stripping és un procés controlat per l’equilibri, on la força impulsora del procés és la diferència entre la concentració de l’amoníac al purí i la concentració d’amoníac que tindria un líquid que estigués en equilibri amb el gas en un punt determinat. És a dir, la difusió de l’amoníac del purí a l’aire té lloc gràcies a un gradient de concentració entre ambdues fases perquè en posar en contacte les fases aquestes tendeixen a l’equilibri.
La concentració de nitrogen amoniacal total (NAT) al purí és la suma de dues espècies que es troben en equilibri: (i) amoni (NH4+) -forma àcida- i (ii) amoníac (NH3) forma bàsica-. Aquestes dues espècies estan en equilibri i el desplaçament d’aquest equilibri depèn principalment del pH, la temperatura i la força iònica (concentració d’ions al medi).
Infraestructures:
Columna d’stripping: correctament dimensionada d’acord amb el cabal de purí a tractar, la concentració de nitrogen amoniacal total, la temperatura i el pH de treball.
Columna d’absorció química: correctament dimensionada d’acord amb el cabal d’aire a tractar.
Separador sòlid-líquid: separador per obtenir un corrent líquid amb una baixa concentració de sòlids.
Bassa d’alimentació: bassa pulmó per emmagatzemar el purí després del separador sòlid-líquid (influent de la columna d’stripping)
Bassa de sortida: bassa per emmagatzemar el purí després de ser tractat a la columna d’stripping.
Dipòsits reactius: dipòsits on emmagatzemar el compost bàsic (p. ex. NaOH, Ca(OH)2) i àcid (p. ex H2SO4, HNO3) per controlar el pH de la columna d’stripping i la columna d’absorció, respectivament.
Dipòsit sal d’amoni: dipòsit per emmagatzemar la solució de sulfat d’amoni o nitrat d’amoni un cop assoleixi la concentració desitjada a la columna d’absorció.
Equips:
Bombes de líquid: bomba per alimentar el purí a la columna d’stripping i per fer circular el líquid a la columna d’absorció.
Sistema d’aeració: bufador per subministrar el cabal d’aire necessari a la columna d’stripping, dimensionat segons la relació cabal de líquid-gas i les característiques de la columna d’stripping i d’absorció.
Bombes de dosificació: bombes de dosificació base i d’àcid per controlar el pH de la columna d’stripping i d’absorció, respectivament.
Elements de control:
Sensors: mesuradors de pH, temperatura i conductivitat per tal de garantir una correcta operació del procés.
Additius i altres materials:
Hidròxid de sodi (NaOH): compost bàsic necessari per ajustar el pH del purí a l'entrada de la columna d'stripping.
Àcid sulfúric (H22O4): compost àcid necessari per ajustar el pH de la columna d'absorció.
Antiespumant: additiu necessari per controlar la formació d'espumes.
Els sistemes desorció (stripping) i absorció tracten fraccions líquides, i per tant, els rendiments indicats a la taula següent són relatius a la fracció líquida del digerit o de purins després de passar per un sistema de separació d'alt rendiment1 (entrada del sistema stripping-absorció). Com a sortida del reactor cal considerar l'efluent tractat i la solució amoniacal, que també caldrà gestionar adequadament dins o fora del marc agrari. El rendiment dels sistemes d'stripping i absorció correspon al percentatge del flux màssic de nitrogen de la fracció líquida que es desplaça a la solució amoniacal.
1 1 Es considera un sistema de separació sòlid/líquid d'alt rendiment quan la distribució del nitrogen a la fracció sòlida de més del 35%.
Taula. Distribució (%) per defecte de la massa i del nitrogen de la fracció líquida tractada en un sistema de desorció (stripping) i absorció.
| Entrada al tractament | Massa | Nitrogen | ||
|---|---|---|---|---|
| Efluent de la sortida | Solució amoniacal | Efluent de la sortida | Solució amoniacal | |
| FL d'un digerit | 90-95 | 10-5 | 15 | 85 |
| FL d'un purí després de separació d'alt rendiment | 90-95 | 10-5 | 30 | 70 |
*FL: Fracció líquida
1 El test de Rottegrade es basa en la mesura del caràcter exotèrmic del procés de compostatge, a partir d'una mostra representativa.
El procés d’stripping permet un doble benefici: (i) disminuir la concentració de nitrogen amoniacal al purí i (ii) obtenir una solució concentrada d’una sal d’amoni comercialitzable com fertilitzant o producte químic.
Disminuir la concentració del nitrogen amoniacal del purí permet aplicar als terrenys propers a les granges més volum de purí abans d’assolir el límit de 170 kg N/(ha·any) establert per la directiva Europa de nitrats (91/676/CEE). Això és important per reduir els costos de gestió en aquelles zones amb menys terreny disponible. Tot i això, s’ha de tenir en consideració l’increment de salinitat del purí a conseqüència d’utilitzar un compost bàsic (p. ex. NaOH, Ca(OH)2) per incrementar el pH del purí just abans del procés d’stripping (desplaçar l’equilibri del nitrogen amoniacal a l’amoníac). És important controlar la dosificació de purí al terreny per prevenir un increment de la salinitat del sòl i una possible disminució del rendiment dels cultius. Alternativament, es poden cultivar plantes adaptades a sòls amb major salinitat. Finalment, cal mencionar que el procés d’stripping no afecta la concentració de potassi al purí però pot disminuir la concentració de fosfats a valor negligibles per la seva precipitació com a fosfats de calci (hidroxiapatites)..
L’stripping és una tecnologia que permet recuperar i valoritzar nitrogen amoniacal dels purins. Les emissions d’amoníac són les emissions contaminats més importants d’una planta d’stripping, aquestes emissions son doblement perjudicials perquè també representen una pèrdua del producte d’interès econòmic. Conseqüentment, cal prestar especial atenció a les fuites d’amoníac que es puguin produir en aquestes instal·lacions. Les possibles mesures per reduir les emissions d’amoníac d’una planta d’stripping són: (i) ajustar el pH del purí just abans d’alimentar-lo a la columna d’stripping, (ii) tancar la bassa d’emmagatzemament del purí efluent de la columna d’stripping, (iii) acidificar el purí efluent de la columna d’stripping a valor de pH propers a 7.5 per desplaçar l’equilibri del nitrogen amoniacal cap a l’ió amoni (Figura 3.7.2) i (iv) manteniment dels conductes, vàlvules i altres elements del gas d’stripping.
Els principals costos d’inversió d’un procés d’stripping inclouen: la columna d’stripping, la columna d’absorció d’amoníac, el bufador d’aire, dues bombes centrífugues (bombejar purí a la columna d’stripping i recircular el líquid de rentat de la columna d’absorció), dues bombes de dosificació (de base per pujar el pH del purí a l’entrada de la columna d’stripping i d’àcid per controlar el pH de la columna d’absorció) i tres dipòsits per emmagatzemar compostos químics (base, àcid i solució concentrada de sal d’amoni). Els costos d’operació d’un procés d’stripping inclouen: l’energia per fer funcionar bombes i bufadors, compra del compost bàsic per ajustar el pH del purí a l’entrada de la columna d’stripping, compra del compost àcid necessari per ajustar el pH de la columna d’absorció. També és necessari adquirir altres productes químics pel manteniment de la columna i/o controlar el nivell d’espumes a la columna d’stripping.
Més informació sobre aquest tractament
| FL porcí | Costos | Benefici | |
|---|---|---|---|
| total | CAE (cost anual equivalent) | ||
| Obra civil | 1.500 | 101 | |
| Maquinària | 80.000 | 9.378 | |
| Funcionament | 27.500 | ||
| Costos | 81.500 | 36.979 | |
| Venta concentració sulfát amoni | 6.600 | ||
| Balanç | 30.379 | ||
| Cost (€ / t) | 12,66 | ||
| Cost (€ / kg N recuperat) | 1,61 | ||