Cristallizzazione di sali di ammonio

Descrizione tecnologia:
Tecnologia utilizzata per la separazione chimico-fisica di parte dell’azoto contenuto nei liquami zootecnici e/o nel digestato. La separazione viene ottenuta mediante l’aggiunta di magnesio che, quando raggiunge rapporti stechiometrici (1:1:1) con il fosforo (PO43–) e con lo ione ammonio (NH4+(aq)) presenti in soluzione, reagisce con essi. Il prodotto della reazione è la struvite, chimicamente definibile come magnesio ammonio fosfato (MAP) esaidrato:

Mg2+ + NH4+ + PO43– + 6H2O --> MgNH4PO4.6H2O

Tale molecola cristallina è poco solubile in acqua, molto solubile in soluzione acide e altamente insolubile in soluzioni alcaline. Considerando quelle che, nei liquami zootecnici, sono le normali concentrazioni di magnesio e fosforo solubili da un lato e ammonio dall’altro, al fine di ottenere la precipitazione di struvite da tali reflui è necessario aumentare il contenuto di magnesio solubile di un fattore pari a 6 ed il fosforo solubile di un fattore pari a 3÷4. Considerando che la digestione anerobica converte parte dell’azoto organico in azoto ammoniacale, tali fattori sono con tutta probabilità ancora più elevati nel caso in cui si voglia ottenere la precipitazione di struvite dal digestato. La precipitazione di struvite può essere effettuata in appositi reattori, in maniera continua o discontinua (processo in batch). Il precipitato sotto forma cristallina può essere facilmente rimosso come sedimento. Tra le condizioni idonee per la precipitazione controllata, un elemento importante è il pH in quanto la struvite è altamente insolubile in soluzioni alcaline: Valori di pH > 8 possono essere raggiunti mediante l’aggiunta, nei reattori contenenti i liquami zootecnici o il digestato, di composti alcalini (calce, soda, idrato di magnesio), o eliminando dai reflui stessi l’anidride carbonica mediante l’insufflazione di aria.

Attuali ambiti di applicazione:
Trattamento di depurazione di reflui civili, finalizzato in particolare alla riduzione del fosforo.

Grado di sviluppo nel settore zootecnico:
Attualmente non rappresenta una tecnologia né particolarmente affermata né diffusa, se non in casi ove opera in sistemi di depurazione biologica dei reflui zootecnici (in particolare allo scopo di ridurre la concentrazione di fosforo in essi presente).

Matrici trattate:
Fase liquida derivante da trattamento preliminare di separazione S/L applicata a liquami zootecnici e/o digestato. Le matrici sottoposte a cristallizzazione di sali di ammonio oggetto di studio nell’ambito del Progetto, sono costituite dalla frazione liquida del digestato e/o di liquami zootecnici di varia origine posti in reattori a letto fluidizzato (prove condotte a scala di laboratorio e a scala pilota). Dal punto di vista del composto azotato trattato in maniera specifica dal processo di cristallizzazione, esso è riconducibile allo ione ammonio presente in soluzione (NH4+(aq)).

Prodotti ottenuti:
Refluo impoverito della componente ammoniacale e del fosforo. Cristalli di struvite (magnesio ammonio fosfato esaidrato, MgNH4PO4.6H2O).

Posizione nella linea di trattamento:
La cristallizzazione di sali di ammonio, qualora introdotta in un sistema di gestione dei reflui zootecnici, rappresenta una tecnologia di trattamento finale. Nell’ambito del Progetto, azioni di monitoraggio specifiche sulla cristallizzazione di sali di ammonio riguardano le seguenti linee di trattamento:
Liquami zootecnici --> Separazione S/L --> Fase Liquida --> Cristallizzazione di sali di ammonio (Prove condotte a scala di laboratorio e a scala pilota in reattori a letto fluidizzato).
[Varie matrici con reflui zootecnici] --> Digestione Anaerobica --> Digestato --> Separazione S/L --> Fase Liquida --> Cristallizzazione di sali di ammonio (Prove condotte a scala di laboratorio e a scala pilota in reattori a letto fluidizzato).

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