Bilhões de anos atrás, quando a atmosfera da Terra cheirava a gases irrespiráveis, micróbios evoluíram na ausência de oxigênio. À medida que a Terra amadurecia e a atmosfera de nitrogênio-oxigênio se formava, estes anaeróbicos, ou avesso ao oxigênio, as bactérias se retiraram para a lama do fundo do oceano e outros ambientes onde estariam protegidas do ar rico em oxigênio.

Agora, os engenheiros ambientais de Stanford Craig Criddle e Bill Mitch estão colocando esses microrganismos antigos para trabalhar na maior demonstração de um processo de tratamento de águas residuais mais econômico. apoiado por uma doação de US $ 2 milhões da Comissão de Energia da Califórnia (CEC). Plantas menores baseadas em bactérias anaeróbias estão atualmente tratando águas residuais na Coréia do Sul e no campus de Stanford.

Trabalhando em estreita colaboração com engenheiros ambientais da Silicon Valley Clean Water (SVCW), uma empresa de tratamento de água, a equipe de Stanford ajudará a construir e operar uma pequena estação de tratamento anaeróbio em Redwood Shores, Califórnia, ao lado da enorme usina convencional que purifica as águas residuais de um quarto de milhão de pessoas e empresas de Redwood City a Menlo Park.

O grupo abriu caminho na planta de demonstração, que está programado para entrar em operação no outono de 2018. Ele acabará por processar 20, 000 galões de águas residuais por dia para fornecer validação e experiência operacional para o que poderia se tornar uma planta em grande escala, capaz de processar milhões de galões de águas residuais por dia.

"O processamento anaeróbico pode reduzir o uso de energia e diminuir os custos, e tornar o tratamento de águas residuais mais sustentável ", disse Criddle, professor de engenharia civil e ambiental.

Além do custo-benefício, os pesquisadores acreditam que o processamento anaeróbico pode ser melhor na filtragem de produtos químicos domésticos e industriais do fluxo de resíduos, para que a água tratada possa pingar de volta no subsolo para reabastecer os aquíferos ou mesmo, um dia, produzir água pura o suficiente para irrigar o jardim ou até matar a sede.

"O tratamento anaeróbio é uma mudança fundamental na tecnologia de reciclagem de água, "disse Mitch, também professor de engenharia civil e ambiental.

Aeróbico vs. anaeróbico

Por mais de um século, o tratamento de águas residuais depende de bactérias aeróbicas que precisam de oxigênio para sobreviver. As estações de tratamento de águas residuais fornecem esse oxigênio com sopradores elétricos enormes e caros.

"Chegou a hora de uma mudança tecnológica, "disse Eric Hansen, o engenheiro civil formado em Stanford que liderou o envolvimento da Silicon Valley Clean Water no projeto. “Tirar esses sopradores do processo ajuda a reduzir o custo de recuperação de água e torna as operações de tratamento municipais mais sustentáveis”.

A redução de custos é apenas uma vantagem do tratamento de águas residuais com base em bactérias anaeróbias, de acordo com Sebastien Tilmans, o engenheiro civil que dirige o Codiga Resource Recovery Center no campus de Stanford. Na Codiga, que tem uma versão menor da tecnologia, as bactérias avessas ao oxigênio limpam as águas residuais e expelem metano. Normalmente conhecido como gás natural, essa produção pode ser queimada como combustível ou usada como matéria-prima química para fazer plásticos biodegradáveis. Este, Tillman disse, exemplifica uma mudança de pensamento.

“O conceito de desperdício não existe na natureza, "disse ele." Cada subproduto de algum processo natural é um insumo para outro. Todas as coisas que jogamos no vaso sanitário ou nos esgotos - água, energia, fertilizante - pode ser recuperado como subprodutos valiosos do processo anaeróbio. "

Bem-vindo ao mundo do metano

A tecnologia anaeróbica de tratamento de água foi lançada há décadas pelo engenheiro ambiental de Stanford Perry McCarty, agora um professor emérito. Mas na década de 1950, quando ele começou a trabalhar com esses avessos ao oxigênio, bactérias produtoras de metano, a energia parecia barata e inesgotável. Não havia nenhuma razão convincente para testar uma alternativa de economia de energia.

Nas décadas seguintes, conforme os custos de energia e descarte de biossólidos aumentaram, o processamento anaeróbico tornou-se gradualmente mais atraente. Em 2008, McCarty ajudou a construir um sistema de tratamento anaeróbio único na cidade sul-coreana de Bucheon que se mostrou altamente eficaz para o tratamento de águas residuais. Em 2016, Os pesquisadores de Stanford construíram um sistema ligeiramente maior nas instalações da Codiga, que se tornou a primeira planta desse tipo no hemisfério ocidental. A nova planta de demonstração em Redwood City será a maior, e apenas a terceira estação de tratamento anaeróbio desse tipo no mundo.

Benefícios downstream

Uma vez na planta, as águas residuais passam por um silo de bactérias anaeróbias que digerem lentamente os resíduos. A água então passa por uma membrana de ultrafiltração para eliminar bactérias e é limpa o suficiente para irrigação de paisagens e algumas aplicações industriais. Com a ajuda de sistemas de tratamento avançados doados pelo Santa Clara Valley Water District e outros, o grupo também examinará a adequação da água para tratamento posterior antes de ser reutilizada como água potável.

Além de sua eficiência energética, um sistema de tratamento anaeróbio precisa de menos espaço do que as estações de tratamento de águas residuais tradicionais, que requerem tanques enormes e sistemas de filtração mais complexos. Uma planta anaeróbia em escala industrial pode ser até 40 por cento menor do que uma planta convencional e produzir pelo menos 30 por cento menos resíduos sólidos, um subproduto que atualmente deve ser tratado posteriormente e transportado de caminhão, gerando custos adicionais e gases de efeito estufa.

Os pesquisadores estimam que uma planta anaeróbia em escala real, capaz de operar a 15 milhões de galões por dia, pode economizar até US $ 3, 000 por dia em demanda de energia - US $ 1 milhão por ano - em uma planta aeróbia comparável. Incluindo outras economias com o processo mais eficiente, os pesquisadores estimam uma economia potencial de mais de US $ 2 milhões por ano.

Olhando para o futuro

Além de economizar espaço e dinheiro, os pesquisadores de Stanford disseram que seu processo anaeróbico tem ainda outro benefício:a capacidade de digerir medicamentos e poderosos herbicidas domésticos e industriais que têm se mostrado difíceis de digerir pelas bactérias aeróbias convencionais.

É por isso que McCarty pensa que o futuro pertence a anaeróbios resistentes. "Eles se adaptaram aos ambientes mais hostis da Terra, "ele disse." Eles podem comer quase tudo. "

O projeto de demonstração em Redwood Shores está programado para operar até março de 2021. Se o projeto continuará e será ampliado dependerá em parte de quão bem esses micróbios que expelem metano atendem às expectativas de McCarty.

"Acreditamos que este sistema de protótipo poderia beneficiar os pagadores de eletricidade, oferecendo uma abordagem sustentável para o tratamento de águas residuais em uma demonstração bem-sucedida, "disse David Weightman, da Comissão de Energia da Califórnia, que financiou este projeto.

Enquanto isso, os pesquisadores têm uma visão de longo prazo.

"Estamos propondo mudar uma tecnologia que não mudou em mais de cem anos, "Hansen disse.