O excesso de nutrientes em águas residuais pode levar a descargas prejudiciais em corpos d'água naturais, provocando florações de algas nocivas com graves repercussões ambientais e econômicas. Para abordar essa questão urgente, uma equipe de engenheiros da Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington, em St. Louis, desenvolveu uma solução inovadora. Sua nova nanotecnologia composta remove e recupera nutrientes de águas residuais, posteriormente reciclando-os como fertilizantes agrícolas ou como matéria-prima para biorrefinarias, ao mesmo tempo em que mitiga a ocorrência de florações de algas nocivas.

Young-Shin Jun, professora de engenharia energética, ambiental e química, e Minkyoung Jung, doutoranda em seu laboratório, criaram novos compósitos de mineral-hidrogel capazes de remover e recuperar amônio e fosfato de águas residuais. Esses compósitos são incorporados com sementes minerais de estruvita e fosfato de cálcio em nanoescala, que reduzem significativamente as concentrações de amônia e fosfato em águas residuais em até 60% e 91%, respectivamente. Essa redução inibe o crescimento de algas e as toxinas associadas.

Um relatório de 2000 da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional dos EUA estimou perdas econômicas anuais causadas pela proliferação de algas nocivas nas águas costeiras dos EUA entre US$ 33,9 milhões e US$ 81,6 milhões, ressaltando o impacto potencial da tecnologia.

Os resultados da pesquisa foram publicados em uma edição especial da Environmental Science & Technology .

Assim como o gel absorvente de umidade presente no núcleo das fraldas descartáveis, este hidrogel pode absorver e reaproveitar o excesso de nutrientes. Para sua solução sustentável, a equipe de Jun usou a natureza como modelo e beneficiária de seu método.

"Projetamos esses compósitos de hidrogel para recuperar amônia e fosfato, nutrientes essenciais cuja superabundância causa proliferação de algas", disse Jun. "A síntese de amônia consome muita energia e os recursos de fósforo estão se esgotando. Nossos compósitos de mineral e hidrogel nos permitem coletar esses nutrientes de águas residuais e reutilizá-los como fertilizantes e matéria-prima para biorrefinarias."

O processo utiliza a nucleação de nanopartículas — a etapa inicial na formação de uma fase sólida em um sistema aquoso, semelhante à formação de cristais de açúcar em um fio para fazer balas de açúcar. Para facilitar esse processo, a equipe de Jun plantou sementes minerais ultrapequenas no hidrogel, criadas a partir de fosfato de cálcio e estruvita, um mineral composto de magnésio, amônio e fosfato que se liga ao cálcio e a outros cátions e íons. A amônia e o fosfato se ligam às sementes e aumentam o volume do hidrogel. Durante o processo, o tamanho médio das partículas do hidrogel aumentou de 6,12 nanômetros para 14,8 nanômetros.

A abordagem aborda três desafios significativos da remoção convencional de nutrientes: coleta ineficiente nos métodos tradicionais; equilíbrio na remoção de amônia e fosfato; e manutenção da eficiência de remoção consistente em condições hídricas complexas. Este método atinge níveis excepcionalmente baixos de nutrientes, prevenindo eficazmente a proliferação de algas nocivas.

Jun destacou a escalabilidade do processo, com testes bem-sucedidos realizados em até 20 litros de fluido. O laboratório agora está expandindo para 200 litros.

"Isso demonstra o potencial de aplicação prática da nossa pesquisa científica fundamental, mostrando um caminho viável do laboratório para a tecnologia cotidiana", disse Jun. "Este trabalho pioneiro representa um avanço significativo na engenharia ambiental , transformando um problema de resíduos em um recurso valioso e exemplificando a sustentabilidade em ação."