Stripping de amoniaco en purines y digestatos: principio y aplicaciones

Stripping de amoniaco: como funciona y cuando es la mejor opcion

Introduccion

El stripping de amoniaco —tambien conocido como “air stripping” o “steam stripping” de amoniaco— es una tecnologia de transferencia de masa que extrae el amoniaco disuelto en el liquido (ion amonio NH4+) al estado gaseoso (NH3) para separarlo y concentrarlo. Es la tecnologia de referencia para la eliminacion de nitrógeno amoniacal en plantas de biogás de gran escala, en sistemas de tratamiento de purines de alta capacidad y en el tratamiento del lixiviado de vertederos.

A diferencia del tratamiento electroquimico, que destruye el nitrógeno convirtiendolo en N2 inerte, el stripping lo recupera como sulfato amonico —un fertilizante nitrogenado de alta calidad— cuando se combina con un lavador acido. Esta capacidad de recuperacion y valorizacion del nitrogeno es la principal ventaja del stripping en aplicaciones de gran escala donde el volumen de amoniaco recuperado justifica la instalacion del lavador acido y la comercializacion del sulfato amonico.

Principio fisicoquimico del stripping de amoniaco

El equilibrio entre el ion amonio disuelto (NH4+) y el amoniaco libre volatil (NH3) en una solucion acuosa depende de dos variables fundamentales: el pH y la temperatura.

Efecto del pH: a pH neutro (7,0), solo el 0,5% del nitrogeno amoniacal esta en forma de NH3 libre volatil; a pH 9,5, la fraccion de NH3 libre sube al 75%; a pH 11, supera el 98%. La elevacion del pH es por tanto imprescindible para hacer eficiente el stripping.

Efecto de la temperatura: a mayor temperatura, mayor volatilidad del NH3. El stripping a temperatura ambiente (15-20 °C) requiere grandes volumenes de aire; el stripping con vapor de agua a 60-80 °C reduce drasticamente el volumen de gas necesario.

El proceso consiste en: (1) elevar el pH del liquido a tratar hasta 9,5-11 mediante la adicion de cal (Ca(OH)2) o sosa (NaOH); (2) poner en contacto el liquido con un caudal de aire o vapor en la columna de stripping; (3) el NH3 se transfiere desde el liquido al gas; (4) el gas cargado de NH3 se pasa por un lavador acido donde el NH3 reacciona con acido sulfurico (H2SO4) para formar sulfato amonico [(NH4)2SO4].

Tipos de sistemas de stripping

Stripping con aire a temperatura ambiente

Utiliza grandes volumenes de aire como gas de arrastre en columnas de relleno o de platos. Requiere volumenes de aire de 3.000-8.000 m3 de aire por m3 de liquido tratado. Las ventajas son el menor consumo energetico termico; los inconvenientes son el mayor tamano de la columna y la mayor cantidad de gas a tratar en el lavador acido.

Stripping con vapor de agua

Utiliza vapor de agua como gas de arrastre a 60-80 °C. Requiere volumenes de vapor de 30-80 kg de vapor por m3 de liquido. Las ventajas son columnas mas compactas y mayor eficiencia de transferencia; los inconvenientes son el mayor consumo energetico termico (recuperable en parte del biogás de la planta). Es la variante mas habitual en plantas de biogás con cogeneracion, donde el calor residual del motor esta disponible.

Stripping con recirculacion interna de gas

En sistemas de circuito cerrado, el gas cargado de NH3 se recircula al lavador acido y de vuelta a la columna, minimizando las emisiones de amoniaco al exterior. Es la solucion mas adecuada para instalaciones en zonas con restricciones de emisiones de amoniaco a la atmosfera.

Rendimientos y eficiencias del stripping

Eficiencia de eliminacion de NAT: 80-95% con operacion optimizada (pH 10-11, temperatura 50-60 °C).

Concentracion de NAT en el efluente tratado: 200-600 mg/L desde un afluente de 3.000-5.000 mg/L.

Produccion de sulfato amonico: 5-8 kg (NH4)2SO4 por kg de NAT eliminado (segun el exceso de acido usado).

Consumo energetico termico: 50-150 kWh termicos por m3 tratado (stripping con vapor); 5-15 kWh electricos por m3 (bombas, ventiladores).

Una planta de biogás de 500 kW que procesa 50.000 m3/año de purín con NAT de 4 kg/m3 puede recuperar mediante stripping hasta 200 toneladas de sulfato amonico al año, con un valor de mercado de 50-80 euros/tonelada = 10.000-16.000 euros/año. Este ingreso contribuye a amortizar la inversion en la instalacion de stripping.

Ventajas e inconvenientes del stripping frente al tratamiento electroquimico

Ventajas del stripping

• Recuperacion del nitrogeno como sulfato amonico comercializable (21% N).
• Escala economica favorable en plantas grandes (>10.000 m3/año de liquido tratado).
• Tecnologia madura con amplia base de instalaciones de referencia en Europa.
• Puede aprovechar el calor residual del motor de cogeneracion de la planta de biogás.

Inconvenientes del stripping

• Requiere la adicion de cal o sosa para subir el pH, con los costes de reactivos y la gestion del lodo de cal generado.
• La precipitacion de estruvita (MgNH4PO4) en las columnas de stripping es un problema frecuente de incrustacion que requiere limpieza quimica periodica.
• Las emisiones de amoniaco al aire exterior requieren controles y, en algunos casos, autorizacion de emisiones atmosfericas.
• Menor eficiencia a escala pequena: para plantas de menos de 5.000-10.000 m3/año, el coste por m3 tratado aumenta significativamente.
• La comercializacion del sulfato amonico requiere demanda local en el mercado agricola.

Cuando elegir stripping frente a tratamiento electroquimico

La eleccion entre stripping y tratamiento electroquimico depende principalmente de tres factores: el volumen de liquido a tratar, el valor del nitrogeno recuperado y la disponibilidad de calor residual.

• Stripping es preferible cuando: el volumen es grande (>20.000 m3/año), hay disponibilidad de calor residual del biogás, y existe mercado para el sulfato amonico en la zona.
• Tratamiento electroquimico es preferible cuando: el volumen es menor, se valora la simplicidad operativa y la robustez frente a variaciones de composicion, y no interesa recuperar el nitrogeno sino eliminarlo.

Preguntas frecuentes

? El sulfato amonico producido en el stripping, puede usarse directamente como abono?

Si. El sulfato amonico es un fertilizante nitrogenado de uso ampliamente extendido en agricultura (21% N en forma amoniacal). Para comercializarlo como fertilizante, debe cumplir con el Reglamento (UE) 2019/1009 o el RD 506/2013 en lo relativo a contenido minimo de nutrientes, contenido maximo de metales pesados y pureza. La concentracion tipica del sulfato amonico producido en el lavador acido del stripping es del 30-40%, equivalente a unos 40-55 kg de N por 100 kg de solucion.

? El stripping de amoniaco genera emisiones atmosfericas reguladas?

Si, potencialmente. Si el gas de salida del lavador acido no se trata completamente o si hay fugas en el sistema, pueden producirse emisiones de amoniaco al exterior. En instalaciones con AAI o en zonas con restricciones de emision de NH3 por las normas NEA-MTD, el sistema de stripping debe estar equipado con un segundo lavador o filtro de carbono activo para garantizar que las emisiones de NH3 no superen los limites establecidos.

Conclusion

El stripping de amoniaco es la tecnologia de eliminacion de nitrogeno mas adecuada para grandes plantas de biogás y de tratamiento de purines que quieren recuperar el nitrogeno como sulfato amonico comercializable y que disponen de calor residual para calentar el liquido a tratar. Para instalaciones mas pequenas o donde la recuperacion del nitrogeno no es prioritaria, el tratamiento electroquimico de Safeland ofrece una alternativa mas sencilla y economica.

Si quieres comparar ambas opciones para tu instalacion especifica, el equipo de Safeland puede realizar un analisis tecnico-economico comparativo y ayudarte a tomar la decision mas informada.