Filtro de carbono modificado reduz arsénio na água contaminada

Um material filtrante de carbono modificado conseguiu reduzir o arsénio presente em água contaminada para valores inferiores ao limite de segurança recomendado em testes laboratoriais.

Este resultado aproxima uma solução de baixo custo, que não necessita de eletricidade, das habitações e pequenas comunidades dependentes de poços sem segurança.

No interior do cartucho

Instalado num cartucho convencional de bancada, o material tratou água fortemente contaminada mantendo um caudal estável adequado ao uso doméstico.

Com esta configuração, Silvia Goyanes, do Conselho Nacional de Investigação Científica e Técnica da Argentina (CONICET) e da Universidade de Buenos Aires (UBA), demonstrou que o cartucho reduzia de forma consistente o arsénio de 100 partes por mil milhões para menos de dez.

Ao longo do tratamento de mais de 7 998 litros de água, a redução manteve-se dentro do limite recomendado, sem recurso a produtos químicos adicionais nem eletricidade.

Este desempenho em condições controladas estabelece agora a referência que o filtro terá de cumprir perante poços reais, onde existem minerais concorrentes e níveis variáveis de arsénio.

Porque o arsénio persiste

A exposição prolongada ao arsénio pode aumentar o risco de cancro e prejudicar o coração, os pulmões e a pele.

Libertado por determinadas rochas, este elemento pode dissolver-se nas águas subterrâneas e deslocar-se de forma impercetível através de canalizações e depósitos de armazenamento.

Nos Estados Unidos, a EPA fixa o limite para água potável em 10 partes por mil milhões, uma quantidade muito pequena na água.

Como muitos sistemas de pequena dimensão não conseguem suportar o custo de tratamentos avançados, um cartucho capaz de atingir esse limite pode fazer uma diferença relevante.

Carbono ativado para remover arsénio diretamente

Em muitos filtros, o carbono ativado - um carbono com numerosos poros que retêm substâncias químicas - é eficaz para melhorar o sabor e remover alguns pesticidas.

Para atuar especificamente sobre o arsénio, a equipa revestiu o carbono com sais metálicos, unidos através de um aglutinante comestível.

“As modificações que fazemos ao carbono ativado disponível comercialmente podem ser realizadas através de processos sem aquecimento e com equipamento de baixo custo, muito comum na indústria”, afirmou Alicia Vergara, investigadora do CONICET.

Este tipo de adaptação pode permitir que a mesma base de cartucho responda a problemas locais da água, desde que os fabricantes mantenham uma qualidade uniforme.

A importância dos sais metálicos

Os sais metálicos alteram a superfície do carbono, criando pontos que atraem o arsénio dissolvido em vez de o deixarem atravessar o filtro.

Depois de formados esses pontos, a adsorção - o processo pelo qual os poluentes aderem a uma superfície sólida - consegue reter o arsénio durante tempo suficiente para uma eliminação segura.

Num estudo inicial, cientistas desenvolveram carbono ativado carregado com ferro e demonstraram que este removia arsénio da água potável.

Com os metais adequados, também é possível adicionar magnetismo, abrindo caminho a sensores capazes de indicar quando um cartucho está esgotado.

Revestimento seguro para alimentos

Um polímero comestível - uma molécula de cadeia longa utilizada na produção de géis - envolveu as partículas de carbono e transformou-as num granulado estável.

À medida que a água atravessa o cartucho, esse revestimento ajuda a impedir que o pó fino de carbono torne a água filtrada turva.

Por ser seguro para contacto com alimentos, o polímero permite aos engenheiros desenvolver cartuchos para consumidores sem a preocupação de utilizar um aglutinante de risco em contacto com a água.

Manter os metais e o carbono unidos também facilita uma futura reutilização, pois uma lavagem controlada pode remover os contaminantes.

A realidade do caudal

Com cerca de 0,49 litros por minuto, a montagem de teste conseguia encher uma garrafa de 1 litro em aproximadamente dois minutos.

Um caudal mais rápido reduz o tempo de contacto, dando ao arsénio menos oportunidades para aderir às superfícies tratadas do material.

A equipa afirmou que poderia diminuir esse tempo de enchimento ajustando a geometria do cartucho, sem perder eficácia na remoção.

Encontrar o equilíbrio entre rapidez e segurança será importante nas cozinhas reais, onde as pessoas tendem a abandonar filtros que consideram lentos.

Outros compostos analisados

Além do arsénio, a equipa fez passar pelo material água com corante e amostras contaminadas com antibióticos, verificando uma forte redução em ambos os casos.

Muitos microrganismos e pesticidas, incluindo paraquato e atrazina, continuam por testar, pelo que estas alegações assentam, até agora, na química.

“Os resultados foram muito bons, tal como os relativos à contaminação por antibióticos, como a tetraciclina, em que o material revelou um elevado potencial de remoção”, declarou Matías Barella, investigador da UBA.

Até serem publicados ensaios com bactérias, vírus e fungos, os compradores devem considerar estas promessas adicionais como objetivos, e não como desempenhos comprovados.

Reutilização e descontaminação

Todos os cartuchos acabam por ficar saturados de arsénio capturado, pelo que a utilização a longo prazo depende de saber quando o material se esgotou.

Após o tratamento de um lote de água, a dessorção - a remoção das substâncias químicas retidas no material - pode restaurar os locais ativos para a utilização seguinte.

“Além disso, oferece a vantagem de ser reutilizável, já que, através de um procedimento simples, o contaminante pode ser dessorvido e o material reutilizado”, acrescentou Vergara.

É essencial manusear em segurança o líquido de lavagem, porque a regeneração concentra o arsénio num volume menor que não pode ser descartado no exterior.

Custo e produção à escala

O preço é determinante nos filtros, e a equipa do CONICET e da UBA indicou que o seu material igualava os cartuchos de gama superior vendidos na Argentina.

A utilização de ingredientes disponíveis no mercado também reduziu os custos estimados, uma vez que o meio filtrante do cartucho poderia ser produzido a partir de materiais de venda corrente.

“Este é um material de enchimento que poderia ser utilizado em vários cartuchos de filtros comerciais como substituto do carbono ativado convencional”, afirmou Goyanes.

A concretização de uma parceria com uma empresa determinará se o cartucho sai do laboratório e chega às comunidades que necessitam de poços mais seguros.

Ensaios no terreno a seguir

Esta mistura de carbono ajustada demonstra como pequenas alterações nos materiais podem transformar um cartucho comum num purificador direcionado para o arsénio.

Ensaios no terreno, indicadores claros de substituição e procedimentos seguros de regeneração determinarão se esta promessa se confirma fora da água de teste controlada.

Foto: cortesia dos investigadores.