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Engenharias de materiais

Filtro inovador na agricultura

Vidro reciclado e moído é base de composto testado para remover resíduos de agrotóxicos

EDUARDO CESARA membrana tem poros que medem de 8 a 16 mícrons de diâmetroEDUARDO CESAR

Os empreendimentos rurais somam cerca de 5,8 milhões no Brasil, dos quais 4,3 milhões praticam a agricultura de subsistência. Eles exercem enorme pressão sobre o lençol freático, devido à existência de fossas sépticas, pocilgas e matadouros, além de grandes lavouras que depositam agrotóxicos no solo. A água, nesses casos, pode contaminar e poluir os rios e o subsolo. Com essa preocupação, o físico especializado em engenharia de materiais Odílio Benedito Garrido de Assis, da Embrapa Instrumentação Agropecuária, sediada em São Carlos, acaba de encerrar um projeto que lança as bases para o barateamento e aprimoramento dos processos de filtragem de água no meio rural.

Assis começou o estudo pela análise de dados que mostravam que, nos lugares poluídos, a água pode ter cerca de 140 milhões de partículas de poluentes por metro cúbico (m3). Um problema para o qual os melhores sistemas convencionais de purificação conseguem remover em torno de 90% a 98%, explica Assis, índice até bem aceitável em termos mundiais. Mas a parte restante dessa empreitada é árdua. Os 2% a 10% de poluentes que sobram na água podem significar milhões de partículas.

Limpar a água numa faixa de 50% a 90% é relativamente fácil, diz Assis. A partir daí, os ganhos de eficiência começam a ser medidos em unidades cada vez mais curtas e igualmente mais caras. Com 99,99% de filtragem eficiente, o número de partículas baixa para 14 mil por m3. E um grau ainda melhor seria chegar aos 99,9999%, o que deixaria a água com 140 partículas por m3.

Maior eficiência
Missão até hoje não cumprida porque, devido à impossibilidade de retenção de alguns poluentes na água, os custos com tratamento podem crescer 400% para uma melhoria mínima de eficiência. “Quando começamos a trabalhar no assunto, em 1999, estávamos atrás de um sistema que tornasse possível tanto baratear a filtragem quanto melhorar sua eficiência, principalmente para a remoção de resíduos deixados por agrotóxicos”, relata Assis. Assim nasceu o projeto.

Para começar, era preciso usar um material de fácil acesso e baixo custo. Foi escolhido o vidro reciclado e moído, para funcionar como meio poroso. “Todos os outros materiais, cerâmica, metais, polímeros, são mais caros”, afirma Assis. As garrafas, coletadas em lugares públicos, foram quebradas e moídas numa escala de 10 mícrons – mícron é a milésima parte do milímetro -, compactadas e sinterizadas, ou seja, as partículas foram reagrupadas por aquecimento formando um novo material. As membranas resultantes ficaram com o formato de uma pequena bolacha circular cheia de poros, tendo de 0,6 a 4 milímetros de espessura por 3 a 4 centímetros de diâmetro. Os poros estão num intervalo de 8 a 16 mícrons de diâmetro.

Nova fase
Essas membranas foram o material da primeira fase de testes, chamada de filtragem mecânica, isto é, capaz de reter partículas apenas como obstáculo físico. “Toda partícula que fosse maior do que os poros seria retida”, explica Assis. Mas as bactérias e os componentes químicos são geralmente ainda menores que os poros das membranas. Os primeiros testes mostraram que novos arranjos precisavam ser feitos. Uma nova fase se iniciou num encontro de Assis com o professor Sérgio Campana Filho, do departamento de Química e Físico-Química de Macromoléculas do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP), em São Carlos.

Desde 1993, Campana pesquisa compostos químicos que revelam potencial para estabelecer ligações com vários elementos, entre eles metais pesados, resíduos deixados pelos agrotóxicos e até radioisótopos. “Nada exatamente novo como idéia, mas pouco explorado em termos práticos, pois requer muito estudo e experimentação”, acrescenta Campana.

A junção dessas linhas de pesquisa foi o que tornou o trabalho inovador, com direito a uma apresentação dos resultados por Assis como palestrante convidado, no ano passado, no workshop Fronteiras da Ciência dos Materiais, em Trieste, na Itália. Além disso, o trabalho ganhou as páginas de publicações científicas internacionais. “Nosso plano foi adicionar ao filtro mecânico uma função bioquímica, recobrindo a membrana de vidro com filmes em que houvesse elementos químicos que reagissem de forma específica com os poluentes em meio aquoso”, lembra Campana.

Alguns desses agentes testados foram a lisozima, uma enzima natural de origem animal que, em contato com as bactérias, destrói a camada protetora desses microrganismos. Nessa membrana de vidro também podem ser adicionados alguns tipos de polissacarídeos – cadeias de moléculas de açúcares – como a quitosana, um produto obtido pelo processamento da quitina, matéria-prima tirada da casca de crustáceos, que reage fortemente com metais pesados, e a carboximetilcelulose, que cumpre a função de solubilizar os componentes testados.

Numa série de experimentos realizados, sempre em escala de laboratório, os pesquisadores fizeram passar água contaminada pela bactéria Escherichia coli por uma membrana processada sem qualquer recobrimento. Depois repetiram a operação, mas usando membrana recoberta com lisozima. “Os resultados foram impressionantes”, destaca Assis. “As placas em que as amostras foram coletadas mostram dois extremos. Sem lisozima, o grau de permanência da bactéria foi de 70% a 92%. Já com a enzima, os resultados também variaram, mas em um dos experimentos a taxa de eliminação ficou próxima de 90%.”

Efeitos residuais
Segundo Assis, os resultados mais promissores foram obtidos com quitosana, que reagiu, ainda em níveis baixos, aos agrotóxicos. “Isso foi muito importante para constatar a possibilidade de interação com agrotóxicos”, diz Campana. Segundo Assis, o maior problema é a funcionalidade dos agrotóxicos. Para mostrar resultados econômicos, “eles são feitos para não reagir aos elementos que os dissolvem, por isso seus efeitos residuais são tão poderosos”. Nos testes feitos no âmbito do projeto de membranas porosas, o grau de reação aos poros, e a conseqüente eliminação dos poluentes, foi da ordem de 12%, aquém dos índices esperados.

Apesar de esse experimento revelar baixo índice de eficiência, os pesquisadores recarregaram suas baterias, tanto na Embrapa Instrumentação Agropecuária quanto no Instituto de Química da USP. Eles têm agora nove alunos trabalhando em pesquisas que complementam o projeto inicial, três em níveis de doutorado e seis de mestrado. “Precisamos ver novas reações, testar em escalas maiores”, diz Campana. Uma idéia é montar um filtro feito somente de quitosana compartimentada. “Nos testes aqui na USP vimos que a quitosana tem uma capacidade muito grande de absorver bactérias. Precisamos desenvolver maneiras de, uma vez montado esse filtro, formularmos soluções para a manutenção do seu formato, já que em contato com meio ácido a quitosana se desfaz. Quando conseguirmos esse formato, poderemos usar o filtro de quitosana centenas de vezes, pois bastará eliminar o estoque de bactérias que ele é capaz de estocar.”

Polpa frágil
Para Assis, já existe outro caminho para seus estudos. Segundo ele, as membranas mostraram que, além de filtrar, funcionam também como sensores. Isso quer dizer que poderão indicar a presença de elementos químicos indesejáveis em meios diversos como alimentos que tenham massa permeável ou polpa na forma de massa, como tomates e morangos, pela interação direta com os filmes ativos imobilizados sobre superfícies vítreas. Entre esses agentes contaminantes estão os compostos organofosforados, que são cancerígenos.

O projeto
Desenvolvimento de membranas permoseletivas bioativadas para emprego na purificação de águas contaminadas (nº 97/08178-9); Modalidade Linha regular de auxílio à pesquisa; Coordenador Odílio Benedito Garrido de Assis – Embrapa; Investimento R$ 40.199,76 e US$ 22.652,00

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