Project Description
The Problem
Water scarcity and water pollution are two interconnected challenges threatening environmental sustainability, economic development, and public health. Portugal, particularly the Algarve region, experiences high water stress, a situation expected to worsen under climate change. At the same time, increasing volumes of wastewater contain emerging contaminants—including pharmaceuticals, personal care products, microplastics, and other micropollutants—that conventional wastewater treatment plants are not designed to remove effectively. These contaminants compromise the safe reuse of treated wastewater and pose risks to aquatic ecosystems and human health. Water-intensive sectors such as tourism, aquaculture, agriculture, and the agri-food industry are particularly vulnerable, while simultaneously contributing to wastewater generation. Consequently, wastewater must be regarded not as waste but as a strategic water resource whose safe reuse is essential to increase water resilience and support a circular economy. Current European policies—including the European Green Deal, the revised Urban Wastewater Treatment Directive, the Zero Pollution Action Plan, and the Circular Economy Action Plan—highlight the urgent need for innovative technologies capable of eliminating emerging contaminants while enabling circular water management and resource recovery.
Main Research Questions
AquaLOOP addresses the following key research questions:
- How can existing wastewater treatment plants be upgraded with a simple, cost-effective technology capable of removing both conventional pollutants and emerging contaminants?
- How can the filter material be regenerated in a sustainable manner while preventing secondary pollution and extending its operational lifetime?
- Can the adsorbed contaminants be transformed into valuable resources, contributing to a circular economy instead of generating additional waste?
- How can the proposed solution guarantee environmental safety, particularly regarding the use of nanomaterials?
- How can end-users and stakeholders be involved in the design, optimisation, and validation of the technology to maximise its practical applicability and market uptake?
Innovation
AquaLOOP proposes an integrated circular solution for wastewater reuse that combines advanced materials, resource recovery, environmental safety, and stakeholder co-creation. The project will develop a recyclable nanocomposite filter, capable of removing both conventional and emerging contaminants while being easily integrated into existing wastewater treatment plants. Unlike current adsorption technologies, the filter will be designed for repeated regeneration through complementary chemical and biological approaches, avoiding waste generation. A key innovation is the transformation of adsorbed pollutants into value-added products, thereby converting contaminants into resources and closing the material loop. The solution will be validated under real operating conditions through pilot-scale demonstrations in different wastewater scenarios and developed in close collaboration with water utilities, aquaculture, tourism, agri-food industries, and public authorities. Finally, AquaLOOP integrates environmental risk assessment throughout the development process to ensure that the use of nanomaterials is safe and aligned with the Safe and Sustainable by Design (SSbD) concept.
O Problema
A escassez de água e a poluição da água são dois desafios interligados que ameaçam a sustentabilidade ambiental, o desenvolvimento económico e a saúde pública. Portugal, em particular a região do Algarve, enfrenta um elevado stress hídrico, uma situação que se prevê que se agrave com as alterações climáticas. Ao mesmo tempo, volumes crescentes de águas residuais contêm contaminantes emergentes — incluindo produtos farmacêuticos, produtos de higiene pessoal, microplásticos e outros micropoluentes — que as estações de tratamento de águas residuais convencionais não estão concebidas para remover de forma eficaz. Estes contaminantes comprometem a reutilização segura das águas residuais tratadas e representam riscos para os ecossistemas aquáticos e para a saúde humana. Setores com elevado consumo de água, como o turismo, a aquicultura, a agricultura e a indústria agroalimentar, são particularmente vulneráveis, ao mesmo tempo que contribuem para a geração de águas residuais. Consequentemente, as águas residuais devem ser consideradas não como resíduos, mas como um recurso hídrico estratégico, cuja reutilização segura é essencial para aumentar a resiliência hídrica e apoiar uma economia circular. As políticas europeias atuais — incluindo o Pacto Verde Europeu, a Diretiva revista relativa ao tratamento de águas residuais urbanas, o Plano de Ação «Poluição Zero» e o Plano de Ação para a Economia Circular — destacam a necessidade urgente de tecnologias inovadoras capazes de eliminar contaminantes emergentes, permitindo simultaneamente a gestão circular da água e a recuperação de recursos.
Principais questões de investigação
O projeto AquaLOOP aborda as seguintes questões-chave de investigação:
- Como é que as estações de tratamento de águas residuais existentes podem ser modernizadas com uma tecnologia simples e económica, capaz de remover tanto poluentes convencionais como contaminantes emergentes?
- Como é que o material filtrante pode ser regenerado de forma sustentável, evitando simultaneamente a poluição secundária e prolongando a sua vida útil?
- Os contaminantes adsorvidos podem ser transformados em recursos valiosos, contribuindo para uma economia circular em vez de gerarem resíduos adicionais?
- Como é que a solução proposta pode garantir a segurança ambiental, nomeadamente no que diz respeito à utilização de nanomateriais?
- Como é que os utilizadores finais e as partes interessadas podem ser envolvidos na conceção, otimização e validação da tecnologia, de modo a maximizar a sua aplicabilidade prática e aceitação no mercado?
Inovação
O projeto AquaLOOP propõe uma solução circular integrada para a reutilização de águas residuais que combina materiais avançados, recuperação de recursos, segurança ambiental e cocriação com as partes interessadas. O projeto irá desenvolver um filtro nanocompósito reciclável, capaz de remover tanto contaminantes convencionais como emergentes, podendo ser facilmente integrado em estações de tratamento de águas residuais existentes. Ao contrário das atuais tecnologias de adsorção, o filtro será concebido para regeneração repetida através de abordagens químicas e biológicas complementares, evitando a geração de resíduos. Uma inovação fundamental é a transformação dos poluentes adsorvidos em produtos de valor acrescentado, convertendo assim os contaminantes em recursos e fechando o ciclo dos materiais. A solução será validada em condições reais de funcionamento através de demonstrações à escala piloto em diferentes cenários de águas residuais e desenvolvida em estreita colaboração com serviços de abastecimento de água, aquicultura, turismo, indústrias agroalimentares e autoridades públicas. Por fim, o AquaLOOP integra a avaliação de riscos ambientais ao longo de todo o processo de desenvolvimento, para garantir que a utilização de nanomateriais seja segura e esteja alinhada com o conceito «Safe and Sustainable by Design» (SSbD).
