Novo estudo da engenheira Sara Abu-Obaid examina como recuperar nutrientes para uso futuro
A especialista acredita que toda a indústria da gestão de efluentes deva passar por uma mudança de paradigma. Realizando o doutorado em engenharia química e química aplicada na Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto (Canadá) ela é especializada na fabricação de membranas para tratamento de efluentes, com foco no reuso de água e recuperação de recursos.
A doutoranda Sara Abu-Obaid, projetou uma nova solução que usa membranas com partículas inorgânicas para recuperar nutrientes valiosos de efluentes (foto de Safa Jinje)
“Precisamos deixar de ver os efluentes como um incômodo para reconhecer seu potencial como um recurso”, diz ela. “Eles podem nos fornecer água, nutrientes, energia e outros elementos de valor que podem ser colhidas e utilizadas para avançar em direção a uma economia circular”.
Abu-Obaid, que é supervisionada por Ramin Farnood, vice-reitor de pesquisa da faculdade e professor do departamento de engenharia química e química aplicada, é a principal autora de um novo artigo publicado no Chemical Engineering Journal. O estudo apresenta uma solução sustentável para remover fosfato e amônia nos efluentes de forma a recuperar os nutrientes para uso futuro.
Seu novo método usa membranas avançadas que incorporam partículas inorgânicas para a absorção de fosfato e amônia de efluentes. Ao recuperar essas substâncias de forma econômica, o método cria uma nova fonte de materiais que podem ser utilizados pelos fabricantes de fertilizantes agrícolas.
A água usada em banhos, banheiros, lavanderias e outras fontes desce pelas tubulações que levam às estações de tratamento de efluentes, onde é tratada para que possa ser descartada com segurança na natureza sem causar impacto no meio ambiente.
Os principais objetivos do processo de tratamento incluem a remoção de sólidos, matéria orgânica, patógenos e nutrientes, como os derivados de produtos domésticos e excrementos, resíduos descartados do corpo. Entre esses nutrientes estão o fosfato e a amônia, dois ingredientes essenciais nos fertilizantes agrícolas.
Embora o fósforo seja essencial para a prosperidade da vida vegetal, o excesso do produto químico pode causar eutrofização, um processo complexo que começa quando um ambiente se torna excessivamente enriquecido por nutrientes, levando a uma explosão no crescimento de algas. Essas algas esgotam a disponibilidade de oxigênio na água, criando “zonas mortas” onde os organismos aquáticos sufocam. A exposição prolongada ao amônio também pode ser tóxica para a vida aquática.
As instalações atuais de tratamento de efluentes estabeleceram processos para remover fosfato e amônia durante o processo de tratamento. Normalmente, um tratamento químico converte o fosfato em uma forma sólida que se deposita no fundo da água, onde é coletado como lodo e enviado para aterro sanitário. A amônia é tradicionalmente removida por meio de tratamento biológico, onde as bactérias o consomem e o transformam em nitrato e em seguida, em gás nitrogênio.
Muitos cientistas alertaram que a taxa atual de consumo de fósforo agrícola pode levar a uma escassez crítica, o que interromperia o abastecimento de alimentos globalmente. O novo método de Abu-Obaid pode ajudar a aumentar a oferta, transformando os efluentes em uma fonte viável desses nutrientes.
Embora muitas membranas usadas para filtração de água dependam de poros cuidadosamente projetados para filtrar suas substâncias-alvo da água, a abordagem de Abu-Obaid é diferente. Sua membrana contém minúsculas partículas feitas dos minerais akaganeite e zeolite 13X (um tipo de peneira molecular) com altas afinidades para adsorção de fosfato e amônia (onde um sólido retém as moléculas de um soluto como um filme fino).
“Não estamos removendo os elementos que queremos por exclusão de tamanho ou aplicando grandes pressões”, diz Abu-Obaid. “Em vez disso, são as partículas dentro da membrana que estão fazendo a remoção, e é o trabalho da membrana mantê-las no lugar.”
Embora as partículas possam fazer o trabalho por conta própria, Abu-Obaid diz que a dificuldade estaria em removê-las dos efluentes e no receio de que fossem lixiviadas. O uso de uma membrana para mantê-los no lugar abre a possibilidade de operação em duas fases: primeiro as partículas adsorvem amônia e fosfato dos efluentes, depois as membranas são lavadas com uma solução de hidróxido de sódio para recuperar simultaneamente os nutrientes e regenerar as partículas.
No estudo, as membranas foram capazes de capturar íons de fosfato e amônia sob condições dinâmicas de fluxo de água, resultando na remoção de 84 por cento de amônia e 100 por cento de fosfato de efluentes sintéticos, mesmo na presença de outros íons concorrentes.
Embora Abu-Obaid acredite que seus experimentos tenham mostrado que o método tem um grande potencial para esta aplicação, ela vê a necessidade de mais estudos para investigar as considerações do projeto para a aplicação em larga escala de tais sistemas.
“Este é um uso não tradicional da tecnologia de membrana, que é mais comumente usada para filtração do tipo exclusão de tamanho”, diz ela.
“Também pode ser um desafio justificar, por que estamos usando essa tecnologia para recuperar nutrientes que ainda não são tão escassos que ameaçam as atuais cadeias de suprimentos. Mas acreditamos que podemos nos beneficiar do fato de estarmos à frente do problema e estabelecendo potenciais fontes sustentáveis para o futuro.”
Até lá, Abu-Obaid espera que esta nova solução, juntamente com outras tecnologias inovadoras para recuperar nutrientes de efluentes, possa ganhar mais apoio.
“Precisamos de mais estudos técnico-econômicos, estabilidade de longo prazo e estudos-piloto para demonstrar a utilidade dessa tecnologia e criar um futuro mais sustentável no gerenciamento de efluentes”, concluiu.
Fonte: Safa Jinje / University of Toronto
Adaptado por Digital Water
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