DIA MUNDIAL DA ÁGUA: INT desenvolve tecnologias contra poluentes

O Dia Mundial da Água é celebrado dia 22 de março, voltando a atenção de todos para a busca de soluções capazes de contribuir para enfrentar a crise global da água e saneamento. No nível tecnológico, o Instituto Nacional de Tecnologia (INT) tem crescentemente desenvolvido pesquisas relacionadas ao tema. Em diversas frentes, envolvendo projetos de vários bolsistas, esta unidade de pesquisa do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) têm dado atenção especial ao tratamento da água e efluentes, enfrentando o desafio de deter uma ampla e crescente variedade de poluentes.

Corantes e geosmina estão na mira do Laboratório de Catálise

Com foco na purificação da água, o Laboratório de Catálise (LACAT) do INT, por meio do pesquisador Alexandre Gaspar, lidera vários projetos envolvendo a fotocatálise, técnica que usa a luz para acelerar reações. Um destes projetos, financiado pela Finep, se volta à eliminação de corantes descartados pela indústria têxtil, associando o processo de fotodegradação ao uso de catalisadores à base de grafeno. Os resultados têm sido animadores: o fotocatalisador de ferro contendo apenas 10% de grafeno degrada completamente o corante índigo carmim com apenas 5 minutos de exposição em água iluminado por luz visível.

A linha de pesquisa, que conta com a participação das tecnologistas Andréa Farias e Fabiana Mendes, envolve também uma série de parcerias internas da área de Catálise, Biocatálise e Processos Químicos com as áreas de Corrosão e Degradação, de Materiais e com o Centro de Caracterização em Nanotecnologia para Materiais e Catálise (Cenano) e, externamente, com o Centro de Tecnologias do Nordeste (Cetene) e com a Universidade Federal de São João Del-Rei (UFSJ).

Envolvendo a coorientação de oito subprojetos, a pesquisa avalia variações da técnica, testando catalisadores de grafeno misturados ao ferro – investigação conduzida em parceria com a Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), pelos bolsistas de mestrado da UERJ Arthur Gonçalves, Pedro Henrique Siciliano e Marcos Vinício Panzembock – ou vanádio, em projeto Faperj com os bolsistas de Iniciação Tecnológica, Beatriz Matos e Vitor Hugo Gonçalves, ou ainda ambas as alternativas associadas ao carvão ativado, no caso do doutorado de Camila Ferreira, também junto a UERJ.

No caso da degradação de outros compostos orgânicos, a investigação é feita por meio de projeto do CNPq, envolvendo também a área de Química e de Materiais do INT e, externamente, a Universidade Federal Fluminense e a UERJ. Neste tema, atuam os bolsistas Erika Silveira, Lidia Costa, Ágape Mattos e Lucas Queiroz.

No Laboratório de Catálise, Alexandre Gaspar coorienta ainda a tese de doutorado do professor do Instituto Federal do Rio de Janeiro (IFRJ) Oswald Viana da Silva, voltada para o controle da geosmina, aquele composto orgânico que gera cheiro e gosto indesejáveis na água. O trabalho, orientado pela professora Nakédia Carvalho, do Instituto de Química da UERJ, utiliza catalisadores de vanádio, ferro e manganês, e a tecnologia tem se mostrado capaz não apenas de reter a geosmina, como de decompor inteiramente a sua molécula.

Projeto visa retirar resíduos de medicamentos da água

Antivirais são fármacos usados no tratamento de doenças causadas por vírus, como gripe, hepatite, HPV e HIV. O que muitos não sabem é que, a partir do seu descarte no lixo ou mesmo quando eliminados na urina, os resíduos desses medicamentos podem contaminar a água. Isso acontece pois tanto nos esgotos como nas águas que abastecem cidades, não há ainda um tratamento adequado para filtrar grande parte dessas substâncias. Em testes realizados no Rio Guandu – de onde é captada a água a ser tratada na ETA do Guandu, responsável por 80% do abastecimento de água potável da região metropolitana do Rio de Janeiro – , o farmacêutico Agape Mattos, bolsista da área de Química e Biotecnologia do INT, detectou a presença do fármaco lamivudina, usado no tratamento do HIV, nos níveis de toxicidade crônica e aguda.

Para enfrentar o problema, sob orientação da tecnologista Natalia Guimarães de Figueiredo, Agape desenvolve no Laboratório de Tabaco e Derivados do INT a proposta de uma nova etapa no processo das estações de tratamento de água para reter a contaminação por antivirais. Trata-se do processo oxidativo avançado, que utiliza raios ultravioleta e água oxigenada para a remoção desses fármacos. O foco inicial do projeto tem sido justamente os medicamentos para tratamento do HIV, pois, em comparação a outras classes de fármacos, estes são compostos novos, todos sintetizados após os anos 1980, quando teve início do surto de HIV no mundo.

“Hoje, o projeto já otimizou esse método, que se mostrou adequado para detecção e quantificação dos compostos de interesse. Para isso, utiliza cromatografia a liquido de alta eficiência aliada a etapa de limpeza e concentração de amostras.” – explica Ágape.

A toxicidade é comprovada através de testes de toxicidade aguda e crônica que são realizados em uma parceria do INT com a UERJ. Além do processo oxidativo, que degrada os compostos indesejáveis presentes na água, em outro nível de ação, o projeto pretende dar subsídios para que esta toxidade não seja elevada no nível dos efluentes gerados.

Pesquisa visa monitorar água e remover contaminantes tóxicos

Os HPAs (hidrocarbonetos policíclicos aromáticos) são contaminantes presentes nas emissões veiculares, na fumaça do cigarro, incineração de lixo, no gás natural e em outras fontes de aquecimento industrial e residencial. Eles poluem inicialmente o ar, mas, também podem estar presentes, no solo, em alimentos e na água que consumimos, representando uma grave ameaça devido a sua toxicidade, com potencial cancerígeno e efeitos negativos ao meio ambiente e à saúde humana.

Por conta disso, o projeto "Tecnologia e análise ambiental", conduzido pela Química Industrial Gislaine Costa, Doutora em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos, desenvolve metodologias para monitorar águas possivelmente contaminadas por HPAs e também processos para reverter esta contaminação. Viabilizado por meio de bolsa do Programa PCI do CNPq, o trabalho acontece no Laboratório de Tabaco e Derivados do INT, com orientação da tecnologista Natália Guimarães de Figueiredo.

Os métodos propostos até o momento usam dois tipos de cromatografia gasosa, capazes de identificar 16 HPAs prioritários comumente presentes na água, mesmo que em baixas concentrações. Os processos de tratamento para a remoção desses compostos, por sua vez, seguem duas vertentes. A primeira utiliza processo oxidativo avançado, semelhante ao usado no projeto de tratamento para remoção de antivirais, que usa ultravioleta e água oxigenada. E a segunda é por adsorção, tendo outro impacto ambiental positivo: usa resíduos agroindustriais para a obtenção de biocarvões adsorventes.

“As novas metodologias e processos serão testados em diferentes regiões do Rio de Janeiro, começando pela Lagoa Rodrigues de Freitas, na Zona Sul da cidade: um local possivelmente contaminado, onde existem diversas áreas de recreação nas proximidades e até mesmo a prática de pesca, sendo evidente a possibilidade de exposição humana aos HPAs” – explica a bolsista PCI, Gislaine Costa.

Microalgas: solução verde para remover contaminantes emergentes

Um dos desafios atuais em relação à água é o tratamento da poluição por substâncias químicas ainda não regulamentadas em termos de limites de concentração: os chamados contaminantes emergentes. Esse grupo abrange medicamentos, produtos de cuidados pessoais, hormônios, pesticidas e outros produtos químicos liberados no meio ambiente por meio do esgoto, efluentes industriais e escoamento agrícola, sendo esses contaminantes cada vez mais comuns em rios, lagos, oceanos e até mesmo na água potável.

A oceanógrafa Alenne Junqueira, bolsista Faperj de doutorado em Engenharia Ambiental, desenvolve no Laboratório de Biotecnologia de Microalgas (LABIM) do INT, sob orientação da tecnologista Claudia Lapa Teixeira e do professor André Salomão, pela UERJ, estratégias para remover esses contaminantes dos efluentes de forma sustentável e a baixo custo. A mesma cultura de microalgas que absorve CO ₂ e sintetiza uma série de compostos de interesse comercial – como lipídios, ácidos graxos poli-insaturados (PUFAs), carotenoides, carboidratos e proteínas – depois fornece a biomassa residual capaz de adsorver esses compostos químicos.

Em parceria com o Grupo BIOTEMA (Biotecnologia em Tratamento de Efluentes e Monitoramento Ambiental) da UERJ, o LABIM avalia o uso dessa biomassa residual como um biossorvente para a remoção de contaminantes emergentes de matrizes aquáticas.

“Estudos preliminares já evidenciaram uma remoção de 64% do hormônio sintético 17α-etinilestradiol (EE2), hormônio amplamente utilizado na indústria farmacêutica, principalmente em contraceptivos e terapias de reposição hormonal, a partir da biomassa residual da microalga marinha Nannochloropsis oculata ”. E esses resultados podem ser ainda mais eficientes após modificações químicas da biomassa.– revela Alenne Junqueira.

A utilização de microalgas como biossorvente de contaminantes, aliada à extração de compostos de valor econômico, aplica o conceito de economia circular, sendo uma forma de conciliar o desenvolvimento econômico com a preservação do meio ambiente e em especial dos recursos hídricos do planeta.

Invento reverte estagnação de águas pelo nitrogênio amoniacal

Diversos poluentes dos recursos hídricos são pouco conhecidos pela sociedade. Um deles é o nitrogênio amoniacal, comum em altas concentrações nas águas residuais lançadas por indústrias produtoras de carnes, sistemas de tratamento de resíduos urbanos e destilarias. Esse componente, em elevadas concentrações, pode acabar com o oxigênio nos corpos hídricos, causando a mortandade dos ambientes aquáticos.

O problema motivou os pesquisadores do Laboratório de Biotecnologia de Microalgas (LABIM) do INT a desenvolverem um bioprocesso inovador para remoção do nitrogênio amoniacal de águas residuais de indústrias, baseado em microalgas que se alimentam desse resíduo. Depositado em 16 de fevereiro deste ano, o pedido de patente partiu do projeto de doutorado em Química da ex-bolsista Camylle Guimarães Scheliga, orientado pela chefe do LABIM, Claudia Teixeira, juntamente com a professora Mônica Calderari, da UERJ.

Ao crescerem, as microalgas acumulam ainda diversos produtos de interesse industrial. Os principais produtos acumulados pelas microalgas, a partir dessa tecnologia desenvolvida, foram a produção de matéria-prima para produção de plásticos biodegradáveis e para produção sustentável de tintas.
Outro aspecto importante da solução é agregar outros resíduos da agroindústria, como o glicerol bruto residual, que acelera o crescimento da microalga, e por consequência a remoção do poluente e a também a produção dos compostos de interesse industrial. Dessa forma, a tecnologia se mostrou capaz de remover concentrações elevadas de nitrogênio amoniacal em apenas oito dias de bioprocesso, enquanto os sistemas biológicos tradicionais podem levar mais de 100 dias e não geram nenhum produto associado.

“O uso de biotecnologia de microalgas tem assegurado alternativas sustentáveis e economicamente viáveis, capazes de assegurar a garantia da qualidade dos recursos hídricos” – destaca a química Camylle Scheliga.