Uma solução sustentável

Por Universidade de Toronto, 3 de junho de 2023

Pesquisadores desenvolveram um método para extrair e recuperar nutrientes valiosos como fosfato e amônio de águas residuais usando uma membrana especialmente projetada contendo partículas inorgânicas. A pesquisa, que posiciona as águas residuais como um recurso em vez de um incômodo, pode potencialmente contribuir para uma economia circular ao fornecer materiais para a produção de fertilizantes agrícolas e mitigar a escassez iminente desses nutrientes que podem ameaçar o suprimento global de alimentos.

Ph.D. em Engenharia da Universidade de Toronto. a candidata Sara Abu-Obaid (ChemE) acredita que uma mudança fundamental está atrasada no setor de gestão de águas residuais.

“Precisamos deixar de ver as águas residuais como um incômodo para reconhecer seu potencial como um recurso”, diz ela. “Ele pode nos fornecer água, nutrientes, energia e outras coisas de valor que podem ser colhidas e utilizadas para avançar em direção a uma economia circular”.

Sob a orientação do professor Ramin Farnood (ChemE), Abu-Obaid é o principal autor de um estudo publicado recentemente na revista Chemical Engineering. Esta pesquisa apresenta um método ecologicamente correto para extrair fosfato e amônia de águas residuais, além de permitir a reutilização desses nutrientes no futuro.

Seu novo método usa membranas avançadas que incorporam partículas inorgânicas para a absorção de fosfato e amônio de águas residuais. 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 no banho, no banheiro, na lavanderia e em outras fontes desce pelos ralos até os esgotos que levam às estações de tratamento de águas residuais, onde é limpa 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 que derivam de produtos domésticos e excrementos - resíduos descartados do corpo. Entre esses nutrientes estão o fosfato e o amônio, dois ingredientes essenciais nos fertilizantes agrícolas.

Sara Abu-Obaid (candidata a PhD em ChemE) projetou uma nova solução que usa membranas com partículas inorgânicas para recuperar nutrientes valiosos de águas residuais. Crédito: Safa Jinje

Embora o fósforo seja essencial para a prosperidade da vida vegetal, muito do produto químico pode causar eutrofização. Este processo complexo começa quando um ambiente se torna excessivamente enriquecido por nutrientes, levando a uma explosão no crescimento de algas. Essas proliferações de algas nocivas 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 águas residuais 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 um aterro sanitário. O amônio é tradicionalmente removido por meio de tratamento biológico, onde as bactérias o consomem e o transformam em nitrato e depois em gás nitrogênio.

"Estes são dois produtos de alto valor que são ingredientes-chave em fertilizantes, mas os processos atuais de tratamento de águas residuais tratam esses nutrientes como resíduos", diz Abu-Obaid.

"Minha solução é extrair totalmente os nutrientes da água, para que ela possa ser utilizada como fonte para a produção de fertilizantes."

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 o abastecimento, transformando as águas residuais 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 de akaganeite e zeolite 13X com altas afinidades para adsorção de fosfato e amônio.