¿Qué es la estruvita y cómo se usa?


El fósforo es uno de los principales “ingredientes” para el crecimiento saludable de las plantas. Las plantas obtienen fósforo del suelo. Y gran parte de este fósforo se aplica a los campos agrícolas en forma de fertilizantes.


La principal fuente actual de fósforo , que proviene de la roca, se está agotando. Además, debe extraerse y luego convertirse químicamente y transportarse largas distancias. Esto cuesta dinero y utiliza recursos valiosos.

La investigación está buscando formas alternativas de recuperar el fósforo, como en forma de estruvita. La estruvita es un compuesto químico que contiene no solo fósforo, sino también magnesio y otros elementos como el nitrógeno. Todos estos son nutrientes importantes para los cultivos . La estruvita se ha mostrado prometedora para su uso en la agricultura como fuente alternativa de fertilizantes y fósforo. Tanto los estudios de invernadero como los de cultivos en hileras sugieren que la estruvita es un compuesto fertilizante viable, en comparación con los fertilizantes tradicionales.

gráfico animado que muestra la economía circular del fósforo con estruvita
La reutilización del fósforo de las plantas de tratamiento de aguas residuales crea un ciclo. Los cultivos se cultivan en granjas, se venden en los mercados y se comen. Las plantas de tratamiento de aguas residuales recuperan fósforo valioso, que luego se vuelve a aplicar en la granja. Crédito: personal de ASA-CSSA-SSSA

¿Cómo se recupera la estruvita de las aguas residuales?

Es posible que esté familiarizado con el término precipitación. Es lo que sucede cuando haces caramelo de roca: disuelves suficiente azúcar en agua caliente y se forman cristales más grandes de azúcar a medida que el agua se enfría.

Las plantas de tratamiento de aguas residuales funcionan para purificar el agua para que pueda ser reutilizada. Caen bajo estrictos estándares de la Agencia de Protección Ambiental. La estruvita puede precipitarse de las aguas residuales de manera similar a la formación de caramelos de roca. Los científicos han descubierto que no solo es posible extraer estruvita de las aguas residuales, sino que se puede hacer a gran escala.

Los investigadores han desarrollado nuevas tecnologías para precipitar la estruvita en lugares estratégicos de las plantas de tratamiento de aguas residuales. También han encontrado formas de precipitar la estruvita de otras corrientes de desechos líquidos, incluidos los vertederos municipales y las aguas residuales industriales y animales. Todos estos procesos eliminan el exceso de fósforo y nitrógeno y los ponen a disposición para su reutilización.

fotos de lado a lado de estruvita peletizada precipitada químicamente por Ostara Nutrient Recovery Technologies Inc. y estruvita precipitada electroquímicamente en polvo creada en el laboratorio a partir de aguas residuales sintéticas
(Izquierda) Estruvita peletizada y precipitada químicamente por Ostara Nutrient Recovery Technologies Inc. La recuperación de estruvita de las aguas residuales puede beneficiar al medio ambiente. (Derecha) Estruvita en polvo precipitada electroquímicamente creada en el laboratorio a partir de aguas residuales sintéticas. Crédito: Niyi Omidire

Una forma de hacer que la estruvita se precipite de las aguas residuales es agregar otras sustancias químicas en el flujo de aguas residuales. Esta conversión química hace que se formen cristales de estruvita, que eventualmente se pueden convertir en pequeños gránulos con un procesamiento adicional.

Más recientemente, los investigadores han desarrollado formas de utilizar la precipitación electroquímica para generar estruvita. Al aplicar una corriente eléctrica a una solución que contiene fósforo y nitrógeno, se forman cristales de estruvita en el electrodo de magnesio, o incluso pueden caer al fondo del recipiente. Los cristales que se hunden se pueden recoger de la solución. La estruvita del electrodo de magnesio también se puede secar y raspar para su recolección.

Tanto la estruvita precipitada química como electroquímicamente se puede utilizar como producto fertilizante reciclado. Nuestra investigación muestra que la estruvita puede ser una alternativa eficaz a las adiciones tradicionales de fósforo a los fertilizantes . Esto crea una “economía de nutrientes” circular, donde la estruvita se usa como fertilizante, que luego se come como alimento, se recupera en las aguas residuales y luego se reutiliza. No solo ayuda al medio ambiente al mantener el fósforo y el nitrógeno fuera de los cuerpos de agua, sino que también conserva los recursos minerales de roca de fosfato. Además, puede ser posible usar estruvita que se produce regionalmente, lo que reduce los costos de transporte y las emisiones de gases de efecto invernadero del transporte.

Un reactor discontinuo electroquímico de celda única a escala de laboratorio utilizado para la producción de estruvita.
Un reactor discontinuo electroquímico de celda única a escala de laboratorio utilizado para la producción de estruvita. Crédito: Laszlo Kekedy-Nagy

¿Precipitar la estruvita tiene otros beneficios?

La precipitación de fósforo y nitrógeno de las aguas residuales también es útil para los ecosistemas acuáticos. Tanto el exceso de fósforo como el de nitrógeno pueden causar eutrofización, lo que eventualmente puede crear zonas muertas . Este es un problema importante de calidad del agua en muchos lugares del mundo, incluidos el lago Erie y el golfo de México. Las algas necesitan nutrientes para crecer, y el fósforo y el nitrógeno son parte de esos nutrientes. Pero cuando hay demasiado de cualquiera de los dos nutrientes, particularmente fósforo, la producción de algas aumenta más de lo normal. Las algas cubren la superficie del agua. A esto le sigue una descomposición que consume oxígeno y que puede crear una zona de agotamiento de oxígeno. Esto puede matar otras plantas e incluso peces.

La eliminación del exceso de nutrientes de las aguas residuales, en particular fósforo y nitrógeno, mejora la calidad del agua vertida al medio ambiente.

fotos de lado a lado de un electrodo de magnesio puro antes de la precipitación y un electrodo con estruvita precipitada que se muestra como el polvo blanco
Un electrodo de magnesio puro antes de la precipitación (izquierda) y un electrodo con estruvita precipitada que se muestra como polvo blanco (derecha). Crédito: Laszlo Kekedy-Nagy

La liberación lenta de estruvita puede beneficiar al medio ambiente

La estruvita se comporta de manera diferente en varias condiciones de pH. La estruvita se disuelve muy lentamente en condiciones neutras a básicas (pH 7 o superior). El suelo se acidifica un poco (pH inferior a 7) alrededor de las raíces de las plantas. Y bajo condiciones de suelo ácido, la capacidad de disolución de la estruvita aumenta. A medida que la estruvita se disuelve lentamente cerca de las raíces de las plantas, el fósforo, el nitrógeno y el magnesio quedan disponibles para que las plantas las absorban cuando necesitan los nutrientes. Esto es un poco como un analgésico de liberación lenta. Como resultado, la estruvita tiene propiedades de liberación lenta en el suelo cuando se usa como fuente de fósforo agrícola. La estruvita se ha aplicado a los campos ya sea por aplicación superficial o mezclándose con el suelo.

Cuando se utilizan otras fuentes de fertilizantes inorgánicos comúnmente disponibles comercialmente, el fósforo generalmente se une rápidamente al suelo . Esto hace que el fósforo no esté disponible para la absorción de la planta. Debido al comportamiento de liberación lenta de la estruvita, puede reducir la cantidad de fósforo que se escapa a las vías fluviales y ser útil para el medio ambiente.

gran parche de suelo con banderas y estruvita en polvo
Estruvita precipitada electroquímicamente aplicada a la superficie del suelo en el este de Arkansas para un estudio de maíz en 2020. La estruvita se disuelve lentamente en el suelo, lo que puede reducir las pérdidas de nutrientes en la escorrentía y ayudar al crecimiento de los cultivos. Crédito: Niyi Omidire

2022 marca el 50 aniversario de la Ley de Agua Limpia . Esta Ley tiene como objetivo restaurar y mantener la integridad física, química y biológica de los recursos hídricos de la nación. La estruvita puede jugar un papel futuro en el logro de los objetivos de la Ley de Agua Limpia. La estruvita también puede desempeñar un papel integral en el apoyo a la sostenibilidad de la agricultura y la producción de alimentos con fuentes de fertilizantes de nutrientes reciclados.

La investigación sobre la estruvita y sus usos ayudará a mantener a las personas alimentadas y a proteger el medio ambiente, tal como lo prevé la Ley de Agua Limpia.

Contestado por Kristofor R. Brye, Universidad de Arkansas, y Lauren Greenlee, Universidad Estatal de Pensilvania Dres. Brye y Greenlee publicaron recientemente su investigación en Agrosystems, Geosciences & Environment Journal .