Os avanços científicos e tecnológicos do último século contribuíram de forma indubitável para os padrões atuais de qualidade de vida. No entanto, esse progresso resultou também numa pesada herança de contaminantes de origem antropogénica que ameaçam seriamente a qualidade da água. Os microcontaminantes orgânicos, como os fármacos, chegam às águas residuais decorrente do uso humano e veterinário (excreção e descarte inadequado). Uma das principais vias de entrada dos fármacos no ambiente aquático é através de efluentes de estações de tratamento de águas residuais (ETAR) que não foram desenhadas para a sua remoção eficaz. Apesar dos fármacos ainda não terem legislação ambiental específica, e de ocorrerem no ambiente em quantidades vestigiais, há fortes evidências que suportam a sua possível toxicidade. Adicionalmente, devido ao crescimento global e envelhecimento da população, é expectável um aumento no seu consumo e ocorrência no ambiente. Neste contexto, a otimização de tratamentos para águas residuais é um enorme desafio tanto para a gestão de recursos aquáticos como para a saúde pública, permitindo o uso seguro de águas residuais tratadas para fins industriais, urbanos e agrícolas de forma a fazer face à seca extrema e escassez de água que cresce globalmente a níveis alarmantes.
A adsorção por carvão ativado (AC) tem sido indicada como um tratamento terciário adequado para a remoção de fármacos de águas residuais. A equipa do SYNERGY contribuiu significativamente para a produção e aplicação de materiais alternativos e sustentáveis, derivados de resíduos industriais, para este propósito. Por outro lado, a degradação de fármacos mediada por enzimas surge também como uma opção verde e sustentável. No entanto, cada uma destas metodologias apresenta várias desvantagens que restringem a sua aplicabilidade generalizada e dificultam a escalabilidade. A difícil regeneração dos AC saturados; e a baixa estabilidade operacional, dificuldade de recuperação da água tratada e a geração de subprodutos derivados de processos enzimáticos estão entre as principais limitações.
O SYNERGY tem como objetivo combinar os pontos fortes da remoção por adsorção a AC e por degradação enzimática num tratamento híbrido sinergético, através do desenvolvimento de um material compósito constituído por uma matriz carbonácea modificada com enzimas, aplicado à remoção de fármacos da água. A existência de possíveis sinergias entre os processos de adsorção e degradação que devem de ocorrer no material compósito contribuirá para a robustez da solução desenvolvida, nomeadamente através da regeneração in-situ da matriz de carbono por ação enzimática (aumentando o tempo de vida do material) e da adsorção de subprodutos de degradação aos locais livres de adsorção (evitando a sua libertação para a água). Para atingir este objetivo, e não descurando a sustentabilidade ambiental do processo, um AC derivado de resíduos será produzido por ativação química e pirólise micro-ondas do principal resíduo sólido da indústria cervejeira. O material resultante será posteriormente funcionalizado com enzimas oxidoredutases. Os materiais serão caracterizados permitindo a seleção de vias ótimas de produção e subsequentemente aplicados na remoção de fármacos da água em sistemas fechados e contínuos. Para uma avaliação completa e significativa do desempenho dos materiais desenvolvidos, serão estudados pontos essenciais frequentemente descurados na literatura, tais como: a) avaliação da eficiência de adsorção-degradação em matrizes reais (tais como águas residuais de ETAR) e em concentrações ambientalmente relevantes (ug/L) para garantir a relevância dos resultados; b) identificação, por espectrometria de massa, de subprodutos de degradação enzimática que poderão ser libertados para a água tratada; c) avaliação ecotoxicológica das águas residuais tratadas em organismos modelo de água doce; d) análise do ciclo de vida (ACV) dos materiais para avaliar os impactos ambientais dos materiais desenvolvidos e metodologia em estudo.
De forma a atingir com sucesso os objetivos propostos, o SYNERGY será dividido em 7 tarefas como elevada interligação, incluindo 2 tarefas dedicadas à produção e caracterização de materiais, 4 tarefas relativas à avaliação da eficiência dos materiais produzidos, e 1 tarefa dedicada à ACV dos materiais, resultando num estudo compreensivo acerca da aplicabilidade do tratamento sinergético proposto. O SYNERGY será desenvolvido por uma equipa multidisciplinar de investigadores de 3 departamentos (Química, Ambiente e Ordenamento e Biologia) e dos 2 maiores Laboratórios Associados (CESAM e CICECO) da Universidade de Aveiro, com a participação do ‘Instituto de Ciencia y Tecnología del Carbono’ e ‘Universidad de Léon’ (Espanha), e em colaboração com indústrias de tratamento de águas residuais e cervejeira.
