Este transportador de tiras de borracha separa os resíduos sólidos e líquidos de forma eficaz em um sistema de saneamento experimental em um local de teste na Índia. Mas em uma instalação na África do Sul, onde a cultura usa papel higiênico, os resultados não são tão bons. Esta foi uma das muitas lições aprendidas em dois testes de campo de oito meses para sistemas de saneamento patrocinados pela Fundação Bill e Melinda Gates. Crédito:Brian Hawkins, Universidade Duke
Como diz a lenda, quando os trabalhadores franceses sentiram seus meios de subsistência ameaçados pela automação no início de 1900, eles jogaram seus sapatos de madeira chamados sabotes nas máquinas para detê-los. Daí a palavra sabotagem.
Em vez de desperdiçar bons calçados, talvez devessem ter experimentado papel higiênico molhado.
Em dois novos artigos publicados na revista Ciência do Meio Ambiente Total , engenheiros da Duke University relatam os resultados da primeira grande escala, testes de campo do mundo real de componentes críticos de seu sistema de saneamento fora da rede. Desde 2011, a iniciativa "Reinventar o vaso sanitário" da Fundação Bill &Melinda Gates investiu mais de US $ 200 milhões para financiar esses e outros esforços para criar sistemas de saneamento em pequena escala para atender às necessidades de 4,2 bilhões de pessoas que carecem de saneamento gerenciado com segurança em todo o mundo.
Embora seus processos de remoção de nutrientes precisem de melhorias, os pesquisadores dizem que ficaram agradavelmente surpresos com a duração dos componentes do sistema. Eles também foram lembrados de como as práticas culturais podem ser importantes para o sucesso de um desafio global de engenharia.
"O primeiro passo em nosso sistema de toalete reinventado separou os resíduos sólidos e líquidos por meio de uma correia transportadora feita de elásticos, "disse Brian Hawkins, cientista pesquisador do Duke Center for Water, Saneamento, Higiene e Doenças Infecciosas (WaSH-AID). "Funciona muito bem na Índia, onde existe uma cultura de lavagem, mas na África do Sul, onde eles têm uma cultura de limpeza, o papel higiênico entrou na mistura e entupiu todas as engrenagens. Isso resultou na necessidade de limpeza do sistema a cada dois dias, o que não é sustentável. "
Para que os sistemas de saneamento financiados por Gates sejam considerados bem-sucedidos, eles não devem apenas remover os patógenos dos dejetos humanos e recuperar recursos como energia, água limpa e nutrientes, eles têm que fazer isso "fora da rede, "sem acesso a fontes externas de eletricidade ou água. Para completar, os sistemas devem custar menos de cinco centavos por usuário, por dia - são 200 usuários por US $ 10.
A fábrica de têxteis em Coimbatore, Índia, onde um dos sistemas de saneamento protótipo foi testado em um ambiente do mundo real. Crédito:Shamsheer Yousaf
Junto com Jeffrey Glass e Brian Stoner, ambos membros do corpo docente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Duke, Hawkins trabalhou em seu sistema na RTI International e na Duke Engineering por quase uma década. Depois de testar o sistema de tratamento de líquidos em larga escala em ambientes reais, parece que a dedicação da equipe está começando a dar frutos.
"A grande coisa que estávamos tentando descobrir é por quanto tempo podemos executar este sistema antes que ele precise de manutenção crítica, "disse Hawkins." E você quer fazer isso o mais próximo possível das situações da vida real. "
Ao longo de grande parte de 2018, os pesquisadores da Duke instalaram um protótipo de sistema de tratamento de resíduos em dois locais - um dormitório feminino em uma fábrica de tecidos em Coimbatore, Índia e um bloco de ablução comunitário na orla de Durban, África do Sul. Ao longo de oito meses, ambos os sistemas serviram até 50 usuários em potencial a qualquer momento, processando mais de 11, 000 litros de resíduos durante os testes de campo.
Embora o problema do papel higiênico tenha sido uma descoberta importante, o objetivo principal dos testes era testar a longevidade dos componentes críticos do processo de tratamento de líquidos. Depois que os sólidos são separados dos líquidos, eles são empurrados através de um grande filtro de carvão ativado.
Embora isso remova quase todo o biossólido, não desinfeta a água nem remove quaisquer sais dissolvidos. Mas está tudo bem, porque os pesquisadores podem fazer uso de um problema para resolver o outro. A eletricidade é passada pela água para quebrar as ligações moleculares dentro dos sais restantes para produzir oxidantes contendo cloro, um desinfetante poderoso.
"O tratamento eletroquímico de resíduos perigosos traz muitos benefícios, "disse Glass." Você não precisa transportar ou manusear quaisquer produtos químicos para a desinfecção, e o processo pode ser muito eficiente. "
O hardware de tratamento para o protótipo do sistema de saneamento que passou por testes de campo em uma fábrica têxtil em Coimbatore, Índia. Crédito:Shamsheer Yousaf
Dependendo da química específica da água, Contudo, os condutores elétricos necessários para este processo podem corroer rapidamente. Os pesquisadores também não tinham certeza de quanto uso os filtros de carvão ativado poderiam lidar antes de precisar ser substituídos. Mas os testes de campo ajudaram a aliviar esses temores.
"Ambos os testes duraram oito meses e os filtros nunca falharam. Eu pensei que seria ótimo se eles pudessem durar um ano, e até agora parece que eles podem, "disse Hawkins." Contanto que limpemos o sistema elétrico periodicamente, durou centenas de horas de serviço. Esse é um componente que, se você tivesse que substituí-lo a cada seis meses, não vai funcionar. Mas se você pode fazer isso durar três ou quatro anos, tudo bem."
Em geral, os resultados dos testes de campo foram promissores em relação às necessidades potenciais de manutenção e desempenho do sistema. Os sistemas de protótipo da Duke atenderam a todos os parâmetros biológicos e três dos cinco padrões químicos para efluentes líquidos, de acordo com os requisitos de tratamento de esgoto autônomo recentemente divulgados da Organização Internacional para Padronização (ISO). No entanto, eles ficaram aquém dos padrões para as quantidades restantes de fósforo e nitrogênio.
"Esses dois produtos químicos são particularmente preocupantes quando você está despejando água em lagos e riachos, porque muito de um deles pode causar proliferação de algas, "disse Hawkins." Existem maneiras eficientes de remover fósforo e nitrogênio a baixo custo para grandes volumes, ou para pequenos volumes a custos elevados, mas não para volumes baixos a baixo custo. Esse é um tópico contínuo de P&D para nós. "
Os engenheiros da Duke agora estão testando soluções para esses problemas em sua próxima iteração de sistemas na Índia. Os novos sistemas são mais compactos e eficientes - e um pouco mais perto de serem empregados como soluções de trabalho em escala real.
"Se você olhar o diagrama de fluxo de nosso sistema original e o que estamos testando agora, os componentes são todos iguais, mas os protótipos mais recentes são muito mais simples e simples, "Disse Hawkins." Neste ponto, estamos mais iterando nas mesmas tecnologias, mas não fazendo grandes mudanças. "
