RESUMEN
El fósforo, que actualmente se extrae de explotaciones mineras en forma de fosfatos metálicos, es un recurso limitado incapaz de mantener a largo plazo un nivel de extracción como el actual. Dado que gran parte del fósforo utilizado en forma de fertilizantes, alimentos y productos de limpieza pasa a las aguas residuales, la clave para minimizar la extracción consiste en la recuperación del fósforo presente en dichas aguas. Actualmente, el fósforo, tras ser eliminado del agua por vía química o biológica, se pierde por incineración o deposición en vertedero, salvo cuando el fango biológico se destina a compostaje. 
La cristalización de estruvita, fosfato de magnesio y amonio, aparece como uno de los procesos más prometedores para recuperar el fósforo de las aguas residuales. La aplicación de un proceso de cristalización en una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR), no solo elimina fósforo del proceso, sino que permite recuperarlo en una forma fácilmente reutilizable ya que, entre sus posibles aplicaciones, destacan su empleo como fertilizante y como materia prima para la industria del fósforo. 
El objetivo principal de esta tesis ha sido comprender los principios que rigen el proceso de cristalización de estruvita con el fin de mejorar la recuperación de fósforo, en forma de este mineral, de los sobrenadantes de las líneas de fangos de las EDAR. Debido a la dificultad de modelar todos los procesos que intervienen en la precipitación de estruvita, la distribución de la sobresaturación dentro del reactor, los mecanismos de nucleación que dominan en las condiciones de trabajo y la termodinámica y química de los fosfatos, ha sido necesario realizar ensayos para comprobar la viabilidad de trabajar con un reactor de tanque agitado como el empleado en este trabajo de tesis. En un primer momento se trabajó con soluciones preparadas en el laboratorio para asegurar ciertos aspectos teóricos de la precipitación de estruvita. Posteriormente, se realizaron ensayos empleando los sobrenadantes generados en una planta piloto de digestión anaerobia situada en la EDAR de la Cuenca del Carraixet, Valencia. 
Los resultados obtenidos en los ensayos con soluciones preparadas en el laboratorio mostraron que es posible alcanzar unas eficiencias de precipitación y recuperación de fósforo en forma de estruvita de hasta el 80%. Se obtuvo que conforme aumenta el pH de operación en el reactor y las relaciones molares Mg/P y N/P en el influente, se mejoran ambas eficiencias, mientras que una disminución del tiempo de retención hidráulico no afectó a las eficiencias alcanzadas. El pH resultó tener una gran influencia en el proceso. Con el objetivo de controlarlo, se desarrolló un algoritmo de control basado en la lógica difusa, que permitió alcanzar en todo momento unas condiciones de pH en el reactor muy estables. 
En las condiciones a las que se trabajó, el reactor empleado fue capaz de retener la mayoría de los sólidos en su interior, por lo que su diseño resultó adecuado desde el punto de vista de recuperación de fósforo. No obstante, en todos los ensayos se observó una ligera pérdida de fósforo en forma precipitada por el efluente del reactor. La no dependencia entre la eficiencia de recuperación, el tamaño de partícula obtenido y la cantidad de fósforo perdido con el efluente con la sobresaturación media en el reactor, llevó a pensar que la formación de finos, que se pierden con el efluente, estaba relacionada directamente con la presencia en el reactor de zonas de elevada sobresaturación local. La precipitación hallada a la salida de los tubos de entrada de reactivos confirmó que en dichos puntos existía sobresaturación local elevada, favoreciendo la nucleación primaria frente al crecimiento de los cristales. En algunos casos, esta sobresaturación local fue tan elevada, provocada por la proximidad de los puntos de entrada de reactivos, que ocasionó problemas de “fouling”. Este fenómeno causó una disminución de la eficiencia de precipitación y una mayor formación de cristales finos, además del problema de ensuciamiento del reactor. Por lo tanto, a la hora de aplicar el proceso a escala industrial sería necesario poner especial atención al modo y lugar de descarga de los reactivos para optimizar el proceso y reducir los problemas de “fouling”.
La presencia de calcio en las soluciones precipitantes dio lugar a la formación de una mezcla de estruvita y fosfato cálcico amorfo, al mismo tiempo que se observó una mayor pérdida de fósforo con el efluente al trabajar con elevadas concentraciones de calcio en el influente. Se obtuvieron los mismos resultados cuando se trabajó con los sobrenadantes generados en la planta de digestión anaerobia.
Al trabajar con los sobrenadantes de la digestión, las eficiencias obtenidas llegaron hasta valores del 95% para la eficiencia de precipitación y del 87% para la eficiencia de recuperación de fósforo. Los precipitados formados a partir de estos sobrenadantes fueron mayoritariamente estruvita, seguido de fosfato cálcico amorfo y, en algunos casos, calcita. La aireación de los sobrenadantes permitió alcanzar un pH de operación en el reactor de 8,7 al desabsorber el CO2 disuelto en ellos. El algoritmo de control desarrollado mostró también su eficacia cuando el ajuste de pH se realizó mediante aireación en lugar de mediante la adición de hidróxido sódico. Por una parte, la aireación provocó una mayor pérdida de fósforo con el efluente aunque, por otra, permitió obtener una estruvita más limpia de sólidos suspendidos lo que facilitó una posterior separación y limpieza de los cristales de estruvita formados. 
Por último, los cristales obtenidos presentaron la morfología típica tubular de la estruvita. La principal diferencia encontrada entre los cristales formados a partir de los sobrenadantes generados en una planta de digestión anaerobia y los formados a partir de una solución preparada en el laboratorio fue la ausencia de aglomeración en los primeros. Por lo general, tampoco se observó la formación de finas agujas alargadas cuando se trabajó con sobrenadantes, sino de una forma más rectangular similar a un trapecio. La presencia de impurezas mostró tener una gran influencia en los cristales obtenidos. 
El trabajo aquí desarrollado supone una mejor comprensión de la cristalización de estruvita y ha permitido concluir que se trata de un proceso muy sensible a cambios en el pH, características de los sobrenadantes, a la presencia de impurezas y a una inadecuada mezcla inicial de los reactivos. Por todo esto, establecidas las bases principales del proceso de precipitación de estruvita, se espera que los resultados obtenidos en este trabajo sirvan de guía para optimizar el proceso a escala industrial.