Especialista cria solução sustentável para remover fosfato e amônia de águas residuais

Sara Abu-Obaid acredita que toda a indústria de gerenciamento de águas residuais deve passar por uma mudança de paradigma. O doutorando em engenharia química e química aplicada na Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto é especializado na fabricação de membranas para tratamento de águas residuais, com foco na reutilização de água e na recuperação de recursos. reconhecendo seu potencial como recurso", afirma. “Ele pode nos fornecer água, nutrientes, energia e outras coisas de valor que podem ser colhidas e utilizadas para avançar para uma economia circular”. Abu-Obaid, que é supervisionado por Ramin Farnood, vice-reitor de pesquisa da faculdade e professor do departamento de engenharia química e química aplicada, é o principal autor de um novo artigo publicado no Chemical Engineering Journal. O estudo apresenta uma solução sustentável para remover fosfato e amônia de águas residuais 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 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 em banhos, banheiros, lavanderias e outras fontes desce pelos drenos 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 derivados de produtos domésticos e excretas – resíduos descartados do corpo. Entre esses nutrientes estão o fosfato e o amônio, dois ingredientes essenciais nos fertilizantes agrícolas. Embora o fósforo seja essencial para a prosperidade da vida vegetal, muito 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 prejudiciais 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 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 dos minerais akaganeite e zeolite 13X (um tipo de peneira molecular) com altas afinidades para adsorção de fosfato e amônio (onde um sólido retém moléculas de um soluto como um filme fino). coisas que queremos remover 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 das águas residuais e no medo de lixiviação. 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 das águas residuais, 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 amônio sob condições dinâmicas de fluxo de água, resultando na remoção de 84 por cento de amônio e 100 por cento de fosfato de águas residuais sintéticas – mesmo na presença de outros íons concorrentes. Enquanto Abu-Obaid acredita que seus experimentos mostraram que o método tem um grande potencial para esta aplicação, ela vê a necessidade de mais estudos para investigar considerações de design para a aplicação em larga escala de tais sistemas. "Este é um uso não tradicional da tecnologia de membrana, que é mais comumente usado 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 a ponto de ameaçar as atuais cadeias de abastecimento. Mas acreditamos que podemos nos beneficiar estando à frente do problema e estabelecendo potenciais fontes sustentáveis ​​para o futuro." Até então, Abu-Obaid espera que esta nova solução, juntamente com outras tecnologias inovadoras para recuperar nutrientes de águas residuais, possa ganhar mais apoio. "Precisamos de mais estudos técnico-econômicos, estabilidade de longo prazo e estudos-piloto para demonstrar a utilidade desta tecnologia para criar um futuro mais sustentável para a gestão de águas residuais", diz ela.