Combining phytoremediation potential of Lemna gibba with biochar adsorption technology for cadmium, nickel and lead removal from wastewater

A água é o sangue vital do nosso planeta, mas está cada vez mais sobrecarregada por toxinas invisíveis. Entre as mais perigosas estão os metais pesados como cádmio, níquel e chumbo. Esses elementos não se decompõem ou desaparecem; em vez disso, eles persistem no ambiente, acumulando-se no solo e na água até atingirem níveis que prejudicam os ecossistemas e a saúde humana. Eles entram em nossos rios e zonas úmidas através de resíduos industriais, mineração e escoamento agrícola, representando riscos sérios como doenças renais e distúrbios neurológicos. Como esses metais são tão persistentes, limpá-los é difícil. Os métodos tradicionais muitas vezes dependem de produtos químicos caros ou de maquinário que consome muita energia, que muitas regiões em desenvolvimento não podem pagar. Isso levou cientistas a buscar respostas na natureza, especificamente na capacidade das plantas vivas de absorver poluentes e no potencial de transformar essas plantas em materiais que possam aprisionar toxinas.

Em um estudo recente, pesquisadores da Malásia e do Iraque exploraram uma estratégia de duas partes para enfrentar esse problema usando uma pequena planta aquática flutuante conhecida como lentilha-d'água, especificamente a espécie Lemna gibba. Esta planta é comum em cursos de água locais e cresce rapidamente, tornando-se uma candidata promissora para limpar a água. A equipe investigou uma abordagem dupla: primeiro, testaram quão bem a planta viva conseguia remover cádmio, níquel e chumbo de água contaminada. Segundo, pegaram a mesma planta após ela ter realizado seu trabalho, secaram-na e a aqueceram em um ambiente controlado sem oxigênio para criar uma substância semelhante ao carvão chamada biochar. Eles então testaram esse biochar para ver se ele poderia agir como uma esponja poderosa para absorver os metais. O objetivo era ver se o uso da planta duas vezes — uma viva e outra como um material processado — poderia oferecer uma maneira de baixo custo e sustentável para purificar águas residuais.

Os pesquisadores começaram criando águas residuais artificiais em laboratório, misturando água com quantidades precisas de cádmio, níquel e chumbo em concentrações variando de 0,5 a 5,0 miligramas por litro. Eles colocaram 30 gramas de lentilha-d'água viva em recipientes contendo três litros desta água poluída e observaram o que acontecia durante quinze dias. Mediram os níveis de metal diariamente para rastrear quanto a planta absorvia. Os resultados foram impressionantes. A lentilha-d'água viva provou ser altamente eficaz, removendo quase todo o chumbo e cádmio da água, mesmo em concentrações mais altas. O níquel também foi removido eficientemente, embora um pouco menos que os outros dois metais. O processo foi rápido no início, com a planta absorvendo a maior parte das toxinas nos primeiros dez dias, antes de desacelerar ao atingir seu limite. No entanto, o estudo observou que os metais pesados cobraram um preço da planta; ao final do experimento, as folhas haviam ficado amareladas, um sinal de estresse causado pelo ambiente tóxico.

Embora a planta viva funcionasse bem, os pesquisadores queriam saber se a planta poderia fazer ainda mais após o fim de seu ciclo de vida. Eles pegaram a lentilha-d'água, secaram-na e a aqueceram para criar biochar, um processo que rendeu cerca de 44,5 por cento de carvão a partir do material vegetal original. Quando examinaram este novo material sob um microscópio, viram que ele se tornara altamente poroso, preenchido com pequenos buracos e canais que forneciam uma vasta área de superfície para aprisionar metais. Eles então colocaram este biochar em novos lotes de água contaminada para ver quão bem ele adsorvia as toxinas. O biochar teve um desempenho excepcional, muitas vezes limpando a água de metais de forma mais eficiente do que a planta viva, embora a velocidade variasse conforme o metal e a concentração. Enquanto a planta viva exigia até 15 dias para atingir a remoção máxima, o biochar alcançava o equilíbrio dentro de 12 a 48 horas, com algumas concentrações atingindo a remoção total em apenas um dia. O biochar mostrou uma força particular em agarrar o chumbo, seguido pelo cádmio e depois pelo níquel, provavelmente devido às propriedades químicas específicas da superfície do carvão.

O estudo conclui que combinar esses dois métodos oferece uma solução poderosa e circular para o tratamento de água. A planta viva pode ser usada para limpar grandes volumes de água ao longo do tempo e, uma vez que tenha cumprido seu propósito, pode ser convertida em um material de filtragem altamente eficiente para polir a água ou tratar novos lotes. Esta abordagem transforma um resíduo em um recurso valioso, maximizando a utilidade da biomassa. Os pesquisadores descobriram que, enquanto a planta viva é excelente para uma limpeza lenta e em grande escala, o biochar é superior para uma remoção rápida e de alta eficiência. Ao usar a mesma planta para ambos os papéis, o método minimiza o desperdício e fornece uma estratégia de baixo custo que poderia ser particularmente útil em regiões onde a poluição industrial é alta, mas a infraestrutura de tratamento avançada é escassa. Este uso duplo dos próprios materiais da natureza sugere um caminho para uma água mais limpa que seja tanto ambientalmente amigável quanto economicamente viável.