Um estudo publicado na Environmental Science and Ecotechnology relata uma plataforma autossuficiente que transforma águas residuais em fonte de água limpa e fertilizante. Pesquisadores da Temple University e do New Jersey Institute of Technology desenvolveram um sistema de circuito fechado que conecta osmose direta assistida eletricamente (eFO) a uma célula de dessalinização microbiana (MDC), permitindo que a eletricidade produzida por micróbios alimentados por águas residuais impulsione a recuperação de nutrientes e água.
O sistema atende à crescente necessidade de recuperar recursos de águas residuais em meio à escassez de água, restrições energéticas e demanda por fertilizantes. O tratamento convencional foca na remoção de poluentes, mas o design integrado possibilita a recuperação de água, nutrientes e energia em um processo estável. O módulo eFO usa um gradiente osmótico para puxar água da água residual em direção a uma solução de sulfato de magnésio. Quando um campo elétrico suave é aplicado, os íons de magnésio migram de volta para o lado da água residual, reagindo com amônio e fosfato para formar struvita, um fertilizante de liberação lenta.
O componente MDC abriga microrganismos eletroativos que oxidam matéria orgânica, gerando elétrons que suportam a dessalinização. Os pesquisadores colheram essa eletricidade microbiana, armazenaram-na em um supercapacitor de 400 farads, regularam a voltagem e a realimentaram na unidade eFO. Em escala de bancada, o MDC gerou mais de 7,0 miliwatts, enquanto o módulo eFO consumiu menos de 1,0 miliwatt. Em comparação com o controle, o fluxo de água aumentou 57%, a recuperação de struvita subiu de 0,25 para 0,71 gramas a 1,8 volts, e a eficiência total de dessalinização melhorou 45%. Em voltagem mais alta, a recuperação de struvita atingiu 1,03 gramas a 3,8 volts.
Para orientar a operação, a equipe desenvolveu um modelo híbrido combinando equações de transporte mecanístico com uma máquina de vetores de suporte (SVM), permitindo a previsão da recuperação de struvita, demanda química de oxigênio (DQO), condutividade e produção de energia em diferentes condições. Os autores enfatizaram que o estudo mostra como o tratamento de águas residuais pode ser redesenhado como um ciclo conectado de recuperação de recursos, em vez de operações unitárias separadas. O feedback interno, onde a eletricidade microbiana controla diretamente o movimento de íons e a formação de fertilizantes, torna a abordagem mais prática para correntes ricas em nutrientes, como águas residuais de pecuária.
Os resultados apontam para aplicações em tratamento descentralizado de águas residuais, gestão de resíduos agrícolas e futuras instalações de recuperação de recursos. No entanto, a ampliação de escala exigirá trabalho de engenharia: o MDC produziu energia suficiente para o módulo eFO, mas os tempos de retenção hidráulica, dimensionamento do módulo, colheita de struvita, incrustação da membrana e durabilidade do eletrodo precisam de otimização. Uma avaliação técnico-econômica estimou um custo líquido de tratamento em escala de bancada de US$ 10,2 por metro cúbico, caindo para US$ 3,3 por metro cúbico em um cenário de ampliação de escala de engenharia.
O estudo foi parcialmente apoiado pelo U.S. Bureau of Reclamation (Prêmios nº 13761566 e R22AC00433) e pelo projeto NSF/BSF (Prêmio nº 2215387). A publicação foi financiada em parte pelo Fundo de Acesso Aberto das Bibliotecas da Temple University. O estudo completo está disponível em https://doi.org/10.1016/j.ese.2026.100730.
