Estudos avaliam viabilidade de métodos de tratamento de águas residuais da aquicultura
Ph.D. o estudante Nowrin Shaika e o professor Halis Simsek, ambos em engenharia agrícola e biológica, demonstram o uso de eletrocoagulação para colher microalgas Chlorella vulgaris de águas residuais limpas com algas. Crédito:Purdue Agricultural Communications/Tom Campbell As operações de produção aquícola que ajudam a alimentar a crescente população mundial também geram águas residuais poluídas que prejudicam o ambiente. Quatro estudos publicados por cientistas da Purdue University desde maio passado documentam a viabilidade de métodos anteriormente não comprovados para o tratamento bem-sucedido de águas residuais.
“Essas águas residuais não são boas para o meio ambiente porque descarregam uma grande quantidade de nutrientes como nitrogênio e fósforo”, disse Jen-Yi Huang, professora associada de ciência alimentar.
"Esses nutrientes causam condições prejudiciais, como esgotamento de oxigênio e proliferação de algas quando são descartados no ambiente aquático. Queremos usar microalgas como uma abordagem de tratamento de águas residuais. Cultivamos algas nas águas residuais da aquicultura", disse Huang, que liderou um estudo focado em sobre o uso microbiano de nutrientes como método biológico de tratamento de águas residuais.
O estudo de Huang foi publicado na edição de maio de 2024 da Bioresource Technology . Halis Simsek, professor assistente de engenharia agrícola e biológica, liderou os outros três estudos. Um será publicado em 1º de junho na revista Environmental Research e os demais foram publicados nas edições de 15 de agosto de 2023 e 15 de março de 2024 da Poluição Ambiental . Uma dúzia de cientistas de Purdue e de instituições no Egito, Índia e Turquia contribuíram para a pesquisa.
Em Tecnologia de recursos biológicos , Huang e seus coautores apresentaram os resultados de sua avaliação do ciclo de vida (ACV) em tratamentos de águas residuais à base de microalgas de um sistema de aquicultura recirculante para camarão. A LCA analisou o impacto ambiental do processo de produção de camarão, desde a produção de ração até o tratamento de águas residuais, para uma fazenda comercial em Fowler, Indiana.
“O resultado deste artigo fornece a prova de conceito em escala experimental”, disse Huang.
Os projetos do USDA procuram desenvolver sistemas de aquicultura com desperdício zero (cultivo de organismos aquáticos sob condições controladas) e aquaponia (combinando aquicultura com cultivo de plantas em água enriquecida com nutrientes). “Queremos recuperar totalmente os nutrientes das águas residuais usando microalgas”, disse Huang.
O objetivo é garantir que a produção de alimentos sem desperdício seja tecnicamente viável e ambientalmente sustentável. Este último requer um sistema de produção que evite gerar uma grande pegada ambiental.
“Há uma compensação porque a operação do tratamento de águas residuais de microalgas ainda requer algum consumo de energia”, disse Huang. "A LCA avaliou a compensação entre a recuperação de nutrientes e a entrada adicional de energia para o tratamento de águas residuais de algas."
A equipe de Huang descobriu que o processo de tratamento de águas residuais com microalgas é ambientalmente viável. Além disso, a equipe descobriu que mesmo com os requisitos de energia considerados, o tratamento com microalgas funciona melhor do que o método convencional de tratamento de águas residuais com lodo ativado.
“Usar microalgas como método de tratamento de águas residuais pode de fato melhorar o desempenho ambiental da produção aquícola”, disse Huang.
Todos os três estudos da equipe de Simsek foram conduzidos no Laboratório de Pesquisa em Aquicultura de Purdue. Em dois desses estudos, os cientistas analisaram o tratamento de fluxos separados de águas residuais de tilápia e camarão com as mesmas quatro cepas de algas e duas cepas de bactérias.
“As águas residuais sempre contêm bactérias”, disse Simsek. “Estamos usando bactérias naturais que já existem nas águas residuais para remover contaminantes”.
A equipe de pesquisa mediu nitrato, nitrito, amônio e outros parâmetros nas águas residuais durante os experimentos. Estas incluíam a procura química de oxigénio, uma medida da descarga de efluentes prejudiciais ao ambiente.
“Todos esses parâmetros podem ser removidos das águas residuais usando algas e bactérias juntas”, disse Simsek. Os tipos de algas e bactérias selecionados para o estudo são as cepas naturais de ocorrência mais comum. “Cada água residual é diferente”, observou, o que significa que diferentes sectores industriais produzem diferentes águas residuais e, portanto, podem necessitar de diferentes métodos de tratamento.
15 de março de 2024, Poluição Ambiental os resultados do estudo demonstraram o potencial de aplicação conjunta de microalgas e bactérias nativas para o tratamento de águas residuais de tilápia em grande escala.
No estudo de 2023, Simsek e seus coautores avaliaram os tratamentos de eletrocoagulação (EC) e eletrooxidação (EO) de águas residuais de camarão, tanto separadamente quanto em conjunto. CE e EO, métodos amplamente utilizados para tratamento de águas residuais agrícolas e outros tipos, removem poluentes através da eletricidade para provocar reações químicas.
Os pesquisadores também aplicaram uma abordagem de modelagem frequentemente usada para determinar os fatores ideais que afetam o método eletroquímico.
“Os resultados do estudo mostram que os processos EC e EO são potencialmente benéficos para o tratamento de águas residuais da aquicultura”, escreveram Simsek e seus coautores. Eles sugeriram testes em larga escala de CE e OE para o tratamento a fim de reduzir os efeitos ambientais tóxicos.
“O sistema de tratamento desenvolvido, combinado com outros métodos de tratamento, pode ser útil para tratar vários tipos de águas residuais em todo o mundo, o que pode ajudar a apoiar o desenvolvimento da política de desperdício zero”, escreveram.
