Algal biochar as a sorbent for the treatment of non-production dairy wastewater

A água é o sangue vital da indústria, mas os próprios processos que dependem dela frequentemente deixam para trás um resíduo tóxico que é difícil de gerir. No setor de laticínios, onde o leite e o creme são transformados em inúmeros produtos, quantidades vastas de água são utilizadas para a limpeza de equipamentos e manutenção da higiene. Esta água não simplesmente desaparece; ela retorna ao meio ambiente como águas residuais, carregando consigo uma mistura complexa de matéria orgânica, gorduras, proteínas e os produtos químicos agressivos usados para lavar o maquinário. Quando esta água é ácida e carregada de sais dissolvidos e carbono orgânico, ela representa uma ameação significativa aos ecossistemas aquáticos, podendo esgotar os níveis de oxigénio e corroer infraestruturas. Os métodos tradicionais de limpeza desta água muitas vezes têm dificuldade em remover estes poluentes dissolvidos específicos de forma eficiente, levando os cientistas a procurar novas soluções mais sustentáveis que possam transformar o desperdício num recurso.

Uma dessas vias de investigação envolve o conceito de economia circular, onde materiais que de outra forma seriam descartados são transformados em ferramentas para a proteção ambiental. Neste contexto, os investigadores voltaram a sua atenção para as algas, especificamente um tipo conhecido como Chlorella, que cresce rapidamente e é rica em nutrientes. Ao aquecer esta biomassa algal num ambiente controlado e sem oxigénio — um processo chamado pirólise — os cientistas conseguem converter-na num material negro e poroso conhecido como biochar (biocarvão). Este material atua como uma esponja, mas em vez de absorver água, captura poluentes de resíduos líquidos. A superfície do biochar é coberta por minúsculos buracos e grupos químicos que podem agarrar moléculas indesejadas, retirando-as da água e deixando-a mais limpa. A questão que impulsionou o trabalho recente foi se o biochar produzido a partir de algas poderia servir como um filtro ecológico e eficaz para as águas residuais ácidas específicas geradas pelas fábricas de laticínios.

Um investigador decidiu testar esta ideia criando uma série de amostras de biochar a partir de algas Chlorella e submetendo-as a diferentes temperaturas de aquecimento. Produziu amostras em temperaturas variando de 400 graus Celsius até 900 graus Celsius, observando cuidadosamente como o calor alterava a estrutura e a composição química do material. Utilizando microscópios poderosos, examinou a forma física das algas antes e depois do aquecimento. As algas brutas pareciam células suaves e compactas, mas à medida que a temperatura subia, o material transformava-se. O calor fez com que as células se decompusessem, deixando para trás uma estrutura rígida e semelhante a uma esponja, repleta de poros de vários tamanhos. O investigador também analisou os elementos químicos na superfície destes materiais, procurando por carbono, oxigénio e azoto, que são fundamentais para a eficácia com que um material pode ligar-se a poluentes. Descobriu que o equilíbrio destes elementos mudava com a temperatura, com uma amostra específica destacando-se como a mais quimicamente rica.

Os resultados mais promissores vieram do biochar produzido a 600 graus Celsius. Esta temperatura específica pareceu criar um "ponto ideal" onde o material desenvolveu uma estrutura altamente porosa, mantendo simultaneamente uma alta concentração de oxigénio e azoto na sua superfície. Estes elementos superficiais atuam como pequenos ganchos que podem capturar e segurar os poluentes na água. Quando o investigador testou este biochar de 600 graus contra águas residuais ácidas reais de uma fábrica de laticínios local, os resultados foram impressionantes. Num teste onde a água residual passou por uma coluna preenchida com o biochar, o material removeu quase 85 por cento dos sais de cloreto e cerca de 67 por cento dos sais de sulfato. Também reduziu a quantidade de carbono orgânico na água em aproximadamente 30 por cento. Estes números foram significativamente superiores aos alcançados pelo biochar produzido a temperaturas mais baixas ou mais altas, sugerindo que o limiar dos 600 graus era crítico para criar o filtro mais eficaz.

Para compreender a rapidez com que este processo ocorre, o investigador também misturou o biochar diretamente com a água residual num ambiente de laboratório e observou como os níveis de poluição mudavam ao longo do tempo. Descobriu que a ação de limpeza acontecia de forma muito rápida. Em apenas 15 a 30 minutos, o biochar já tinha capturado a grande maioria dos poluentes que era capaz de reter. Prolongar o tempo de contacto para uma hora ou mais não melhorou significativamente os resultados, indicando que o material atingia um ponto de saturação muito rapidamente. Esta velocidade é uma característica valiosa para aplicações industriais, onde o tempo é dinheiro. No entanto, o investigador teve o cuidado de notar que, embora o biochar tenha tido um bom desempenho nestes experiências controladas, não é uma solução mágica que possa resolver todos os problemas de águas residuais por si só. O estudo afirma explicitamente que este material deve ser visto como uma etapa preliminar ou suplementar, uma poderosa primeira linha de defesa que pode reduzir a carga de poluentes antes que a água passe por outras etapas de tratamento mais complexas.

As implicações deste trabalho estendem-se para além da limpeza da água; tocam no objetivo mais amplo da sustentabilidade. Ao utilizar algas, que podem ser cultivadas especificamente para este fim ou colhidas de florações naturais, para criar um meio de filtragem, o processo transforma um recurso biológico numa ferramenta para a higiene industrial. O estudo confirma que o biochar derivado de algas Chlorella é um material viável para o tratamento de águas residuais ácidas de laticínios, oferecendo uma forma de remover sais prejudiciais e compostos orgânicos de maneira eficiente. Embora a investigação tenha sido realizada num laboratório e ainda não prove como o sistema funcionaria numa escala industrial massiva, as descobertas fornecem uma base sólida para o desenvolvimento futuro. O biochar de 600 graus, com a sua combinação única de estrutura porosa e atividade química, destaca-se como um candidato promissor para ajudar as indústrias de laticínios a cumprir normas ambientais mais rigorosas, avançando para um futuro mais circular e eficiente no uso de recursos.