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A drenagem de águas residuais de enormes piscinas de lodo de esgoto tem o potencial de desempenhar um papel na agricultura mais sustentável, de acordo com pesquisadores de engenharia ambiental da Drexel University. Um novo estudo, analisando um processo de remoção de amônia de águas residuais e conversão em fertilizante, sugere que não é apenas tecnicamente viável, mas também pode ajudar a reduzir a pegada ambiental e energética da produção de fertilizantes – e pode até fornecer um fluxo de receita para serviços públicos e instalações de tratamento de água.
Uma fonte sustentável de nitrogênio
A produção de nitrogênio para fertilizantes é um processo intensivo em energia e responde por quase 2% das emissões globais de dióxido de carbono. Nos últimos anos, os pesquisadores exploraram alternativas ao processo de produção de nitrogênio da Haber-Bosch, que tem sido o padrão por mais de um século. Uma possibilidade promissora, levantada recentemente por alguns provedores de serviços de água, é coletar nitrogênio da amônia residual retirada da água durante o tratamento.
“Recuperar nitrogênio de águas residuais seria uma alternativa desejável ao processo Haber-Bosch porque cria uma ‘economia circular de nitrogênio’”, disse Patrick Gurian, PhD, professor da Faculdade de Engenharia que ajudou a liderar a pesquisa, que foi publicada recentemente no diário Ciência do Meio Ambiente Total. “Isso significa que estamos reutilizando o nitrogênio existente em vez de gastar energia e gerar gases de efeito estufa para coletar nitrogênio da atmosfera, o que é uma prática mais sustentável para a agricultura e pode se tornar uma fonte de receita para as concessionárias”.
Uma maneira mais limpa de limpar
De acordo com a Lei da Água Limpa de 1972, as instalações municipais de tratamento de água foram desafiadas a atender aos padrões de qualidade da água que descarregam em cursos d’água. Cada vez mais a amônia é vista como uma preocupação para os ambientes aquáticos, pois níveis elevados de amônia podem resultar em crescimento excessivo de vegetação em riachos e rios, o que pode colocar em risco as espécies de peixes. As opções para remoção de amônia geralmente consomem tempo e espaço e podem ser empreendimentos com uso intensivo de energia.
Uma opção que está sendo explorada por várias instalações na América do Norte e na Europa é um processo chamado air-stripping. Ele remove a amônia elevando a temperatura e o pH da água o suficiente para converter o produto químico em gás, que pode então ser coletado em forma concentrada como sulfato de amônio.
Mas decidir fazer o investimento para converter para decapagem aérea requer um estudo complexo – chamado de análise do ciclo de vida – de sua viabilidade tecnológica e financeira.
Explorando a opção
A equipe, liderada por Gurian e Sabrina Spatari, PhD, do Technion Israel Institute of Technology, realiza regularmente essas análises para fazer um balanço de todo o impacto ambiental e econômico de várias opções de reciclagem e reutilização de resíduos ou produtos secundários como soluções sustentáveis . A análise desse cenário de águas residuais sugere que existe uma relação complementar que pode resultar em um caminho mais sustentável para agricultores e autoridades de gestão de água.
“Nossa análise identifica um potencial significativo para mitigação ambiental e benefício econômico da implementação da tecnologia de remoção de ar em estações de tratamento de águas residuais para a produção de fertilizante de sulfato de amônia”, escreveram eles. “Além da produção de sulfato de amônia como um produto comercializável, o benefício de reduzir a carga de amônia no fluxo lateral antes de ser reciclado no fluxo de águas residuais na estação de tratamento de águas residuais fornece uma justificativa adicional para a adoção do air-stripping”.
Usando dados da instalação de tratamento de água da Filadélfia e várias outras na América do Norte e na Europa, a equipe conduziu sua avaliação do ciclo de vida e estudos de viabilidade econômica. Eles analisaram fatores que vão desde o custo de instalação e manutenção de um sistema de remoção de ar até a concentração de amônia e taxa de fluxo das águas residuais; às fontes de energia utilizadas para conduzir o processo de coleta e conversão; ao custo de produção e transporte e preço de mercado dos fertilizantes químicos.
Resultados promissores
Os resultados da análise do ciclo de vida mostram que a decapagem a ar emite cerca de cinco a 10 vezes menos gases de efeito estufa do que o processo de produção de nitrogênio da Haber-Bosch e usa cerca de cinco a 15 vezes menos energia.
Do ponto de vista econômico, o custo total de produção de fertilizantes químicos a partir de águas residuais é baixo o suficiente para que o produtor possa vendê-los a um preço 12 vezes menor do que os produtos químicos produzidos pela Haber-Bosch e ainda empatar.
“Nosso estudo sugere que a recuperação de amônia pode ser econômica mesmo em baixas
“Embora a alta concentração de amônia seja ambientalmente favorável e possa simultaneamente suportar a produção marginal de sulfato de amônio com menor impacto ambiental, particularmente para energia do ciclo de vida, emissões de gases de efeito estufa e vários indicadores de saúde humana e do ecossistema, em comparação com o Produção Haber-Bosch.”
Além disso, o estudo sugere que as instalações de tratamento de água podem desfrutar de economia de energia ao remover a amônia com ar para reduzir os níveis antes que a água volte a entrar no processo de tratamento de resíduos. Isso porque reduziria o tempo e o processamento necessários para tratar a água e se encaixaria bem nos processos de amaciamento que ajudam a retardar a deposição química na infraestrutura da estação de tratamento.
Embora a equipe reconheça que a remoção de ar produziria fertilizantes em quantidades menores do que o processo industrial da Haber-Bosch, ser capaz de coletar e reutilizar qualquer quantidade de recursos ajuda a melhorar a sustentabilidade da agricultura comercial e evita que eles se tornem poluentes da água.
“Isso indica que a remoção de ar para recuperação de sulfato de amônio pode ser uma pequena parte – mas um passo importante – para recuperar e reutilizar a enorme quantidade de nitrogênio que usamos para sustentar a agricultura global”, disse Spatari. “E, significativamente, apresenta uma alternativa para a produção química que não tem o mesmo nível de efeitos deletérios ao meio ambiente e à saúde humana que o processo atual. Esta pesquisa sugere que os fornecedores de serviços de água também podem considerar o investimento em tecnologias que capturem o fósforo e o reciclem para uso agrícola”.
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