Avloppsreningssystem är utformade för att undvika att kassera stora mängder kol, fosfor och kväve, beståndsdelar av den organiska belastningen som huvudsakligen består av avföring och urin, ut i vattendrag. Den massiva dumpningen av sådana ämnen i vattendrag orsakar övergödning, överdriven tillväxt av vattenlevande mikroorganismer, speciellt alger. Detta leder till potentiellt allvarliga obalanser i vattensamhällen och släpper ut patogener i miljön.

Dock, vanliga metoder för borttagning av fosfor/kväve har en oönskad effekt. Reaktionen mellan dessa ämnen och de kemiska tillsatser som används i processen ger rester i form av en låg tillämpbarhet, betungande slam, förklarar Luiz Antonio Daniel, en professor vid University of São Paulos São Carlos Engineering School. "Vissa brasilianska stater förbjuder dess användning som gödningsmedel i jordbruket, till exempel, " förklarade han. "Slammet slutar med att släppas ut i deponier. Kostnaden för bortskaffande är därför betydande."

Ett sätt att göra avloppsrening så hållbar som möjligt är att implementera ett decentraliserat system. Därför, det så kallade "svarta vattnet" av hushållsavfall, avloppsvattnets "tyngsta" fraktion som huvudsakligen består av en relativt outspädd blandning av avföring och urin, skulle skickas till minicenter som betjänar mindre befolkningar från husenheter till små städer, snarare än till stora avfallsreningsverk. Det svarta vattnet skulle bearbetas av encelliga alger, som hjälper till att ta bort föroreningarna och samtidigt producera stora mängder biomassa för användning som kompostering. Denna modell studeras av ett partnerskap mellan holländska och brasilianska forskare.

I de reaktorer som testades av EESK-USP-teamet, mikroalger av arten Chlorella sorokiniana, använda kväve och fosfor från svartvatten och de mikronäringsämnen som finns i mänskligt avfall för att föröka sig. Specifikt, eftersom de absorberar kväve och fosfor i svart vatten, algerna är rika på dessa ämnen, som är väsentliga för de gödselmedel i industriell skala som används idag.

"Det skulle inte vara nödvändigt att decentralisera alltför mycket. Vi behöver inte behandla avloppsvattnet från varje hem eller byggnad separat. Vi skulle kunna ha enheter som betjänar några tusen invånare, upp till ett 10-tal, 000, ", uppskattade Daniel. "Eftersom cirka 50 procent av brasilianska städer har färre än 10, 000 invånare och endast 25 procent har avloppsreningssystem, många orter kan införa sådana system från grunden."

Grietje Zeeman är emeritusprofessor vid Wageningen Universitys avdelning för miljöteknik i Nederländerna. Hon minns att på 1800-talet fekalt material och urin som samlats in från hushållen användes som gödningsmedel av holländska bönder. Faktiskt, systemet avaktiverades först i början av 1980-talet. "Med det system vi har idag, som kan kallas "spola och glömma, ' denna återanvändningscykel av näringsämnen har gått förlorad. Vår idé är att stänga cirkeln igen, " sa Zeeman.

Det första steget innebär att decentralisera avloppsuppsamlingen för att förhindra utspädning av svartvatten och näringsämnena i avföring och urin. Efter att algerna slutfört absorptionen av organiskt material, nästa steg är att samla in lagren av mikrober som växer i vätskan. Detta kan göras på två sätt, enligt Daniel. "I Nederländerna, de använder mest sedimentation, där en polymer används för att sedimentera algerna i botten av reaktorn, och de kan hämtas därifrån, " sa han. "Här, vi använder flytning. Vi injicerar tryckluft i vätskan, och bubblor bildas på ytan som innehåller algerna när de flyter upp. En mekanisk skrapa samlar sedan upp denna biomassa och släpper ut den i en kanal."

För att utnyttja denna teknik, det är nödvändigt att använda effektiva metoder för torkning av biomassa, enligt Daniel. Om alger lagras utan att torkas, deras celler kan spricka, och de näringsämnen som ska användas i slutet av processen kan läcka ut.

Partnerskapet med det holländska laget, han lade till, har varit mycket användbar för jämförelseändamål. Med tanke på skillnaderna mellan de två länderna när det gäller klimatet, det är möjligt att utveckla metoder för att optimera produktionen av alger beroende på sammanhang. "Solen skiner inte året runt i Nederländerna som den gör här, till exempel, inte heller har de våra höga temperaturer, som ibland hämmar algtillväxt. Därför, den holländska reaktorn vi har testat på USP blir för varm. För att uppnå en större skala, vi måste göra flera justeringar, sa Daniel.

Att optimera processen så att den fungerar i industriell skala är nästa steg i studierna. Fälttester kommer att utföras vid Monjolinhos avloppsreningsverk i São Carlos.

En fördel med att använda Chlorella i processen är att dessa alger redan finns i naturen och inte kräver genetisk modifiering för att utföra sitt arbete. Därav, det ska inte vara några problem när det gäller deponering av renat avlopp i floder och sjöar. "Om du lämnar ett prov av avloppsvatten ute i det fria, det kommer naturligt att koloniseras och bli grönt, sa Daniel, betonar vikten av att se svartvatten och andra avloppsvatten som potentiella resurser.