Extração e recuperação de fósforo de efluente da suinocultura

Abstract

Resumo: A escassez global de fósforo (P), recurso não renovável essencial à agricultura, ameaça a segurança alimentar mundial. Estima-se que as reservas de rocha fosfática possam se esgotar nas próximas décadas, comprometendo a produção agrícola. Nesse cenário, a recuperação de fósforo torna-se uma estratégia sustentável. O Brasil, um dos maiores produtores de suínos, gera grande volume de efluentes ricos em P, geralmente aplicados diretamente no solo. No Sul do país, essa prática contínua tem levado à saturação do solo, aumentando riscos ambientais e diminuindo a eficiência agronômica. Entre as formas de tratamento desses resíduos, destaca-se a digestão anaeróbia, que estabiliza a matéria orgânica e produz biogás. Seu subproduto, o digestato, contém fósforo em quantidades significativas, tornando-se promissor para a recuperação. Esta tese, composta por dois artigos, investiga estratégias de recuperação de fósforo a partir do digestato da suinocultura.No primeiro artigo, foi analisado o fracionamento do fósforo em diferentes pontos de uma estação de tratamento de efluentes suinícolas, buscando identificar a forma predominante do elemento e orientar estratégias de recuperação. As coletas foram feitas na Granja São Roque (Videira, SC) e analisadas na Embrapa Suínos e Aves (Concórdia, SC). O fósforo foi classificado como total (Ptot), orgânico (Porg) e inorgânico (Pinorg), sendo este subdividido em ácido hidrolisável (Pacid-hid) e reativo (Preat).Os pontos SP, DEC1_Lodo e DEC2_Lodo mostraram as maiores concentrações de Ptot, mas com alta predominância de Porg (92,8%, 72,7% e 21,8%, respectivamente). A saída do reator CSTR (CSTRSaid) apresentou o maior potencial de recuperação, com concentração de Pinorg de 998 g m ³ d ¹ – representando 82% do fósforo total do digestato. A predominância de Pinorg nesse ponto evidencia a capacidade da digestão anaeróbia de mineralizar nutrientes, facilitando sua recuperação. O fracionamento indicou a precipitação química como a estratégia mais eficaz para recuperar o fósforo dessa amostra, além de se mostrar útil para orientar a recuperação em diferentes tipos de resíduos.O segundo artigo propôs um processo de solubilização e recuperação de fósforo a partir do digestato. Após testes em batelada, desenvolveu-se um sistema contínuo automatizado. A fração sólida 1 (FS1) foi separada da líquida (FL1) no primeiro decantador, misturada com solução de ácido sulfúrico (0,5 mol·L ¹) e encaminhada a um reator. Após decantação, obteve-se uma fase líquida (FL2) rica em P solubilizado e uma fase sólida residual (FS2). Da FL2, recuperou-se o fósforo por precipitação como fosfato de cálcio, atingindo taxa superior a 95%.Os resultados confirmam o potencial da combinação de acidificação controlada e precipitação química como estratégia viável para recuperar fósforo de resíduos suinícolas. Essa abordagem contribui para a sustentabilidade ambiental, transformando resíduos em insumos agrícolas valiosos e auxiliando na mitigação da escassez global de fósforo

Abstract: The global scarcity of phosphorus (P), a non-renewable resource essential to agriculture, poses a threat to global food security. It is estimated that phosphate rock reserves may be depleted in the coming decades, compromising agricultural production. In this scenario, phosphorus recovery emerges as a sustainable strategy. Brazil, one of the largest pork producers, generates a high volume of P-rich effluents, which are usually applied directly to the soil. In the southern region of the country, this continuous practice has led to soil saturation, increasing environmental risks and reducing agronomic efficiency. Among the treatment methods for these residues, anaerobic digestion stands out for stabilizing organic matter and producing biogas. Its by-product, the digestate, contains significant amounts of phosphorus, making it a promising source for recovery. This thesis, composed of two articles, investigates phosphorus recovery strategies from pig farming digestate. The first article analyzed phosphorus fractionation at different points in a swine wastewater treatment plant, aiming to identify the predominant form of the element and guide recovery strategies. Samples were collected at Granja São Roque (Videira, SC) and analyzed at Embrapa Swine and Poultry (Concórdia, SC). Phosphorus was classified as total (Ptot), organic (Porg), and inorganic (Pinorg), the latter being subdivided into acid-hydrolyzable (Pacid-hid) and reactive (Preat) forms. The sampling points SP, DEC1_Lodo, and DEC2_Lodo showed the highest concentrations of Ptot, but with a high predominance of Porg (92.8%, 72.7%, and 21.8%, respectively). The outlet of the CSTR reactor (CSTRSaid) showed the highest recovery potential, with a Pinorg concentration of 998 g m ³ d ¹ – representing 82% of the total phosphorus in the digestate. The predominance of Pinorg at this point highlights the anaerobic digestion's ability to mineralize nutrients, facilitating their recovery. Fractionation indicated chemical precipitation as the most effective strategy for phosphorus recovery from this sample and proved useful in guiding recovery approaches for different types of residues. The second article proposed a phosphorus solubilization and recovery process from the digestate. After batch tests, an automated continuous system was developed. Solid fraction 1 (FS1) was separated from the liquid fraction (FL1) in the first decanter, mixed with a sulfuric acid solution (0.5 mol·L ¹), and transferred to a reactor. After decantation, a liquid phase (FL2) rich in solubilized phosphorus and a residual solid phase (FS2) were obtained. From FL2, phosphorus was recovered by precipitation as calcium phosphate, achieving a recovery rate above 95%. The results confirm the potential of combining controlled acidification and chemical precipitation as a viable strategy for phosphorus recovery from pig farming waste. This approach contributes to environmental sustainability by turning waste into valuable agricultural inputs and helping mitigate global phosphorus scarcity