Como produzir água potável mesmo em áreas áridas?

Esta terça-feira, 22 de março de 2022, que marcará o início da primavera, também marcará o Dia Mundial da Água. Um dia que nos dá a oportunidade de focar na disponibilidade desse recurso vital em todo o mundo.

A água do nosso planeta azul tem 97,2% de sal; encontra-se nos oceanos, nos mares, mas também em certas águas subterrâneas. A água doce representa apenas 2,8% do total de água do mundo. As geleiras polares contêm 2,1%.

Quanto à água doce acessível, corresponde apenas a 0,7% do total que deve ser distribuído entre agricultura, seu maior consumidor (~70% da água captada), indústria (~20%) e uso doméstico (~10%).

Não só a água doce está geograficamente mal distribuída na Terra, mas também é, e muitas vezes, muito mal utilizada.

Este problema, grave em nossos países temperados, torna-se extremamente grave em outros lugares, onde faltam meios financeiros e/ou tecnológicos: 11% da população mundial portanto, não tem acesso a água potável e quase 30% desta população não têm acesso a água potável em suas casas.

Processos de purificação de água ancestrais ou inovadores

Transformar a água que inicialmente não era potável em água potável tornou-se brincadeira de criança... ou quase. Tecnologias – algumas inspiradas em processos ancestrais (destilação, leito de adsorventes, etc.) e outras muito inovadoras – tornaram-se corriqueiras, oferecendo uma panóplia de soluções adaptáveis ​​a quase todas as situações.

Duas grandes famílias de tecnologias podem ser identificadas aqui: as baseadas na destilação, que, portanto, consomem calor; os que utilizam membranas e operam principalmente com energia elétrica. Falaremos por exemplo de “destilação multiflash”, “destilação por compressão de vapor” para a primeira família; de “osmose reversa”, “nanofiltração”, “eletrodiálise” para o segundo.

A grande desvantagem destas técnicas é que são muito sofisticadas e exigem investimentos pesados, impossíveis de garantir por países sem meios financeiros ou técnicos significativos, associados a infraestruturas de distribuição robustas e bem ramificadas.

É possível oferecer soluções menos dispendiosas nesta área?

O exemplo da água com flúor

O flúor é um oligoelemento presente em quantidades muito pequenas (~2 gramas) no corpo humano. Em baixas doses, é muito útil para prevenir a cárie dentária; ajuda na mineralização dos ossos, da mesma forma que o cálcio e o fósforo.

Mas quando a dose de flúor se torna grande, pode causar fluorose dentária; e, em doses muito altas, fluorose esquelética. Essas duas doenças são comuns na África, onde a água potável vem de águas subterrâneas com alto teor de flúor (mais de 1,5 mgF-/L para fluorose dentária e mais de 4 mgF-/L para fluorose óssea).

Dentes com fluorose dentária.
Nizil Shah/Wikimedia, CC BY-NC-ND

A fluorose dentária resulta no aparecimento de manchas brancas nos dentes; eles evoluem com a idade para se tornarem marrons, o que pode até levar à calcificação dos dentes. A fluorose óssea, caracterizada por fixação óssea maciça de flúor, muitas vezes de origem hidrotelúrica, resulta em bloqueios nas articulações, mesmo deficiências motoras graves.

Desfluoretação das águas subterrâneas no Senegal

No Senegal, uma técnica muito antiga, recentemente revisitada no âmbito do projeto de melhoria e reforço dos pontos de água na bacia do amendoim, consiste na fixação de iões de flúor por adsorção em ossos calcinados.

As águas subterrâneas nesta bacia (Kaolack, Diourbel e Fatick) são de facto conhecidas pelo seu elevado teor de flúor, muitas vezes superior a 5 mg F-/L. Este projeto levou à concepção e produção de defluoruradores familiares.

Os ossos de animais recolhidos em matadouros homologados são calcinados, triturados, peneirados e colocados em forma de coluna, associando-se outros tipos de materiais (brita, carvão). A água do poço, rica em F-, passa então por esta coluna que fixará boa parte do F- por adsorção nos grãos finos do osso calcinado.

Esta técnica permite tratar um grande volume de água (concentração de flúor <1,5 mgF-/L) a um custo de 780 a 2500 francos CFA/m3 de água tratada (ou seja, € 1,20/m3 a € 3,80/m3).

No entanto, seu uso generalizado não foi possível devido a problemas de sabor e odor observados durante o processamento.

É a técnica de osmose inversa que tem sido promovida até agora pelas autoridades locais, com algumas instalações fixas nas maiores cidades. É certo que esta técnica permite ter água de melhor qualidade, mas a um preço muito elevado, cerca de 8€/m3 ; isso é extremamente caro para a população.

Calcinação de ossos na aldeia de Ndiago (Kaolack, Senegal) em 2008. Pĥotos tiradas por M. Ndong e E. Ngom.
M.Ndong / E.Ngom, Fornecido pelo autor
Desfluoretado à base de pó de osso calcinado em funcionamento (aldeia de Ndiago no Senegal, 2008).
M.Ndong / E.Ngom, Fornecido pelo autor

Um novo processo promissor

Dentro Instituto de Química e Materiais de Paris-Est, desenvolvemos outra técnica. Esta é uma técnica de membrana muito simples, acessível e muito menos arriscada em termos de saúde, mas com um preço de custo muito comparável ao da adsorção em ossos calcinados.

Lasaad Dammak, CC BY-NC-ND

Essa técnica, descrita na figura ao lado, é chamada de diálise iônica cruzada. Uma membrana de troca aniônica (MEA) é usada, o que permite que apenas íons negativos passem. Consiste em uma folha de polímero especial com espessura de ~150 µm, colocada entre dois compartimentos; um (denominado F) abastecido com água a ser tratada, o outro (denominado C), contendo uma solução composta pela mesma água enriquecida com sal de cozinha (NaCl) na concentração de 5 g NaCl/L .

Sob o efeito de sua diferença de concentração, os íons Cl- atravessam o MEA. Como os íons positivos de sódio não podem cruzar o MEA, uma quantidade equivalente de ânions F- deve passar do compartimento F para o C para equilibrar as cargas elétricas.

Assim, a água é esgotada em F- e enriquecida em Cl-, um ânion altamente tolerado pelo organismo desde que sua concentração na água potável seja inferior a ~250 mgCl-/L (Diretiva Européia 98/83 de 3 de novembro de 1998 ).

Para circular, a um caudal muito baixo, as soluções dos compartimentos F e C, basta aqui um pouco de electricidade de baixa potência para activar as bombas do aquário. Na ausência de rede elétrica, essas bombas funcionando em corrente contínua podem ser alimentadas por painéis fotovoltaicos. Também podemos simplesmente usar a gravidade para fazer com que a água a ser tratada flua para o compartimento F.

Trinta litros de água todas as noites

Testes laboratoriais com água reconstituída mostraram-se bastante conclusivos e possibilitaram otimizar os parâmetros do processo. Esses testes são confirmados por testes com água real em um piloto de formato A4.

Este formato permite produzir durante a noite água suficiente para o consumo diário de uma família de cerca de dez pessoas, ou seja, cerca de trinta litros por noite. O preço de custo permanece bastante baixo, pois não há gasto energético significativo e a membrana utilizada provou ser bastante eficaz.

No entanto, como em qualquer instalação, o dialisador de íons requer manutenção bimestral. Isso envolve a lavagem com soluções bastante diluídas de ácido cítrico ou vinagre, seguida de lavagem com soda ou cal.

Totalmente pronto em nível técnico, o projeto aguarda financiamento para distribuir esses dialisadores iônicos aos usuários.


Terça-feira, 22 de março de 2022, por ocasião do Dia Mundial da Água, oIUT de Créteil-Vitry convida o público a conhecer o trabalho realizado por vários laboratórios de investigação (LEESU, IMRB e ICMPE) e várias empresas, bem como equipamentos utilizados na área do tratamento de águas.

Lasad Dammak, Professor de Ciência dos Materiais e Engenharia de Processos, Universidade Paris-Est Créteil Val de Marne (UPEC)

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob licença Creative Commons. Leia oartigo original.

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