Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-10-06T12:17:31Z No. of bitstreams: 1 DissHCRF.pdf: 2021523 bytes, checksum: 49238f07e8f2a02f9b4b2fad743ff733 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T16:20:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissHCRF.pdf: 2021523 bytes, checksum: 49238f07e8f2a02f9b4b2fad743ff733 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T16:20:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissHCRF.pdf: 2021523 bytes, checksum: 49238f07e8f2a02f9b4b2fad743ff733 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T16:20:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissHCRF.pdf: 2021523 bytes, checksum: 49238f07e8f2a02f9b4b2fad743ff733 (MD5) Previous issue date: 2016-03-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Solid-state cultivation (SSC) are characterized by microbial growth on solid supports, often agroindustrial by-products, in conditions of absence of free water. Citric acid and ethanol are important commercial bioproducts used in various industrial sectors, which could be obtained by SSC of fungi from bagasse sugarcane and vinasse, with subsequent fermentation, minimizing the cost of production with the use two industrial byproducts. Fungi consortium has advantages over the isolated cultures, highlighting the best use of substrates due to enzyme supplementation, especially in terms of hydrolases. In this sense, the aim of this research was to evaluate the SSC of Aspergillus niger and Trichoderma reesei alone for the production of citric acid from sugarcane bagasse impregnated with different solutions (sucrose and vinasse) and the consortium of these fungi followed by ethanol fermentation of fungal yeast extract. The experimental steps set up the cultivation of A. niger for production of citric acid from submerged particles of sugarcane bagasse; SSC of A. niger and T. reesei alone and mixed using as impregnating with and without sucrose solution and vinasse pretreated with acid hydrolysis; ethanol fermentation of fungal extract by Saccharomyces cerevisiae. Results indicate the feasibility of Aspergillus niger´growth on submerged particles of sugarcane bagasse for citric acid production in medium with addition of sucrose. SSC of this fungus from sugarcane bagasse resulted in 103 mg L-1 of citric acid content in 4 days without addition of sucrose to the solid medium. Similarly, SSC of Trichoderma reesei in sugarcane bagasse leads citric acid production around 67 mg L-1 with raw vinasse in the first growth day. Specific production of 2.51 mg g-1 h-1 in terms of citric acid was obtained from the fungal consortium higher than that obtained using the two fungi alone. Ethanol fermentation tests by Saccharomyces cerevisiae from the fungal extract obtained by the SSC indicated that it is feasible to obtain a second bioproduct, especially high yield of glucose into ethanol to extract condition obtained from T. reesei without sucrose in 5 days. Results suggests the viability in the use of two important by-products of the sugarcane industry via microbial consortium by SSC, leading an interesting research field with various scientific and regional aspects. / O cultivo em estado sólido (CES) caracteriza-se pelo crescimento microbiano em suportes sólidos, muitas vezes subprodutos agroindustriais, em condições próximas da ausência de água livre. Ácido cítrico e etanol são importantes bioprodutos comerciais utilizados em vários setores industriais, os quais poderiam ser obtidos agregando o CES de fungos a partir de bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça, com posterior fermentação, minimizando o custo de sua produção com o aproveitamento de dois subprodutos industriais. O consórcio de fungos apresenta vantagens sobre as culturas isoladas, destacando-se no melhor aproveitamento dos substratos devido à complementação enzimática, principalmente em termos de hidrolases. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o CES de Aspergillus niger e Trichoderma reesei isoladamente para a produção de ácido cítrico a partir de bagaço de cana-de-açúcar impregnado com soluções distintas (sacarose e vinhaça), assim como o consórcio destes fungos, seguido de fermentação etanólica do extrato fúngico por leveduras. As etapas experimentais desta dissertação compreendem o cultivo de A. niger para produção de ácido cítrico a partir de partículas de bagaço de cana-de-açúcar submersas; CES de A. niger e T. reesei isoladamente e consorciados utilizando como soluções impregnantes água deionizada com e sem sacarose e vinhaça bruta e pré-tratada com hidrólise ácida; fermentação etanólica do extrato fúngico por Saccharomyces cerevisiae. Os resultados indicam a viabilidade do cultivo de Aspergillus niger em partículas de bagaço de canade- açúcar submersas com produção de ácido cítrico em meio com adição de sacarose. O CES deste fungo a partir de bagaço de cana-de-açúcar levou a uma produção máxima de 103 mg L-1 de ácido cítrico em 4 dias sem adição de sacarose ao meio sólido. Da mesma forma, Trichoderma reesei apresentou crescimento em bagaço de cana-deaçúcar, com destaque para a produção de ácido cítrico em torno de 67 mg L-1 com vinhaça bruta em 1 dia. A produção específica de 2,51 mg g-1h-1 em termos de ácido cítrico foi obtida com o consórcio fúngico, superior ao obtido empregando os dois fungos isoladamente. Os ensaios de fermentação etanólica por Saccharomyces cerevisiae a partir do extrato fúngico obtido pelo CES indicaram que é viável a obtenção de um segundo bioproduto, com destaque para o elevado rendimento de glicose em etanol para a condição de extrato obtido a partir de T. reesei sem sacarose em 5 dias. Os resultados da pesquisa indicaram a viabilidade no aproveitamento de dois subprodutos importantes do setor sucroenergético via consórcios microbianos por CES, possibilitando um campo de pesquisas interessante devido aos seus diversos aspectos científicos e regionais.

No Brasil, a produção de etanol é feita exclusivamente por via fermentativa. Devido ao baixo teor alcoólico do vinho (8 a 10 % v v-1), para cada litro de etanol produzido são gerados de 10 a 12 litros de vinhaça. Este subproduto é rico em matéria orgânica (matéria orgânica variável de 15 a 37 Kg m3 vinhaça, dependendo do tipo de mosto) e pode ser usado como adubo líquido na lavoura. Porém, a vinhaça no solo junto com outros efluentes líquidos, são fontes potenciais de poluição que podem contaminar águas subterrâneas. Por esses motivos, o objetivo deste trabalho foi produzir etanol a partir de fermentações com altos teores de açúcar, a partir da tecnologia VHG (Very High Gravity), visando a obtenção de vinhos com altos teores alcoólicos e com isso reduzir a quantidade de vinhaça gerada por litro de etanol produzido. Para tal foi realizada a adaptação da levedura PE-2 em meio de cultivo com crescentes concentrações de açúcares (9 a 24oBrix), sob 30oC. Nestas condições foi possível adaptar a célula das leveduras dessa linhagem em fermentações com altos teores de açúcar, sem promover morte celular ou perda visível da produtividade. Também foi observado que os volumes de vinhaça gerados em meios com altas concentrações de açúcar sofreram diminuição de até 72%. Ainda foi possível verificar que a levedura PE-2 se adaptou às concentrações crescentes de açúcar do mosto, mostrando tolerância em vinhos com altos níveis de álcool no final da fermentação, com alta viabilidade celular após o reciclo das células e não apresentou alterações morfológicas significativas na parede celular, quando observadas no microscópio eletrônico de varredura. Conclui-se que, é possível fazer a adaptação da levedura PE-2 em mostos com até 24 ºBrix. A adaptação dessa levedura em mostos com altos teores de açúcar na fermentação permite a diminuição de até 72 % do volume de vinhaça gerado / In Brazil, ethanol production is made only by fermentative pathway. Due to low alcohol wine (8-10% v v-1), per liter of ethanol produced are generated from 10 to 12 liters of vinasse. This by-product is rich in organic matter (organic matter variable 15- 37 Kg m3 vinasse, depending on the type of wine) and can be used as liquid fertilizer in agriculture. However, vinasse in the soil along with other liquid effluents, are potential sources of pollution that can contaminate groundwater. For these reasons, the objectives of this work was to produce ethanol from fermentation with high levels of sugar, from the VHG (Very High Gravity) technology in order to produce wines with high alcohol levels and thereby decrease the amount of vinasse produced per liter of ethanol. For this adaptation of the yeast PE-2 in media with increasing concentrations of sugars (9 to 24 oBrix) under 30 °C was performed. Under these conditions it was possible to adapt the yeast cells of this strain in fermentations with high sugar contents, without promoting cell death or visible loss of productivity. It was also noted that the volumes of vinasse generated in media with high concentrations of sugar suffered decrease of up to 72%. Still been possible to see that the PE-2 yeast has adapted to increasing concentrations of sugar in the must, showing tolerance for wines with high alcohol levels at the end of fermentation with high cell viability after the cells recycle and no significant morphological changes in cell wall, as observed in the scanning electron microscope. It is concluded that it is possible to adapt the yeast PE-2 in musts with up to 24 ºBrix. The adaptation of this yeast in musts with high levels of sugar in the fermentation allows the decrease of up to 72% of the volume of vinasse generated

Submitted by (lucia.rodrigues@ufrpe.br) on 2016-10-14T12:27:23Z No. of bitstreams: 1 Thais Fernanda da Silva Vicente.pdf: 1027275 bytes, checksum: cd92aee4ecbfe067ed02f6f2d95dc593 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T12:27:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thais Fernanda da Silva Vicente.pdf: 1027275 bytes, checksum: cd92aee4ecbfe067ed02f6f2d95dc593 (MD5) Previous issue date: 2011-07-11 / The present study had as objective evaluating effects of vinasse application on aggregates stability and correlating physical and chemical soil attributes with indices of soil aggregation and nematode community in sugarcane growing areas at south coast of Pernambuco, Brazil. For aggregates stability studies, soil samples were collected from layers at 0.0-0.2 and 0.2-0.4 m in 12 areas with and without vinasse application. Textural analysis of soils was carried out and it was evaluated particle density, soil density, total porosity, clay disperses in water, flocculation grade of clay, pH in water and in KCl, total organic carbon, organic matter and C-CO2 evolution in soil. No deformed soil samples were collected and evaluated for stability of aggregates in water through the aggregation indices: ponder medium diameter (PMD), finer module (FM) and percentage of aggregate > 2.00 mm (AGRI). Data were submitted to analysis of variance and Pearson's correlation coefficient at 0.05 level of probability. There was no difference in areas with and without vinasse for the soil aggregation indices PMD, FM and AGRI. In areas with vinasse organic carbon presented better correlations with PMD, FM and AGRI. The higher percentage of AGRI occurred at 0.0-0.2 m in areas with vinasse. For nematode community studies, soil samples were collected from layers at 0.0-0.1, 0.1-0.2, 0.2-0.3, 0.3-0.4 and 0.4-0.5 m and roots at 0.2-0.3 m, in 14 areas. In the 258 samples collected, it was carried out textural analysis of soils and evaluated particle density, soil density, total porosity, clay disperse in water, flocculation grade of clay, pH in water and in KCl, organic matter, C-CO2 evolution in soil and nematode community structure. The grade of linear correlation between pair of points was determined through Pearson's correlation coefficient at 0.05 level of probability. The relations of the nematode community components with soil texture, soil density and particle density varied with nematode. The soil total organic carbon, organic matter and biomass heterotrophic activity directly influenced nematode population density, however, the areas studied were more heterogeneous within soil attributes than in nematode structure. Were conducted canonical correspondence analyses and Hierarchical cluster analyses using algorithms UPGMA and Ward. The CCA showed low correlations between soil properties and the rate of nematodes, giving other environmental factors the power to explain relations between rate-environment. The clusters using UPGMA and Ward algorithms, based on Euclidean distances and Sorensen (Bray-Curtis) were similar. Not differentiating the structure of nematode communities between areas with and without application of vinasse. / O presente estudo teve como objetivos avaliar efeitos da aplicação da vinhaça na estabilidade dos agregados do solo, correlacionar atributos físicos do solo com os índices de agregação e nematofauna em áreas cultivadas com cana-de-açúcar no litoral sul do estado de Pernambuco. Para os estudos de estabilidade de agregados, as 96 amostras de solo foram coletas nas camadas de 0,0-0,2 e 0,2-0,4 m, em 12 áreas com e sem aplicação de vinhaça. Para caracterização do solo foram realizadas análises granulométricas, densidade do solo, porosidade total, densidade de partículas, argila dispersa em água, grau de floculação das argilas, pH em água, pH em KCl, carbono orgânico total, matéria orgânica e evolução C-CO2 do solo. Amostras de solo foram coletadas para avaliação da estabilidade dos agregados estáveis em água, por meio dos índices de agregação: diâmetro médio ponderado (DMP), módulo de finura (MF) e percentagem de agregados > 2,00 mm (AGRI). Os dados foram submetidos à análise de variância e análise de correlação de Pearson ao nível de 5% de probabilidade. Os índices de agregação do solo DMP, AGRI e MF apresentaram diferença significativa na avaliação das áreas com e sem aplicação de vinhaça. Para as áreas com vinhaça o carbono orgânico apresentou melhores correlações com os indicadores DMP, AGRI e MF. As maiores percentagens de agregados estáveis em água > 2,00 mm ocorreram na profundidade de 0,0-0,2 m, nas áreas com vinhaça. Para os estudos com a nematofauna, as amostras de solo foram coletadas nas camadas de 0,0-0,1, 0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,3-0,4 e 0,4-0,5 m, e as de raízes na camada de 0,2-0,3 m, em 14 áreas. Nas 258 amostras de solo coletadas foram realizadas análises granulométricas, densidade de partículas, densidade do solo, porosidade total, argila dispersa em água, grau de floculação das argilas, pH em água e pH em KCl, matéria orgânica, evolução C-CO2 do solo e caracterização da nematofauna, sendo determinado o grau de correlação linear simples entre os pares de dados obtidos pelo coeficiente de correlação de Pearson a 5% de probabilidade. As relações dos componentes da nematofauna com as frações granulométricas, densidade do solo e densidade de partícula variaram com o nematoide envolvido. O carbono orgânico total, a matéria orgânica e a atividade heterotrófica da biomassa do solo influenciaram diretamente a densidade populacional dos nematóides, no entanto, as áreas estudadas foram mais heterogêneas em atributos de solo do que em estrutura de nematofauna. Foram realizadas análises de Correspondência Canônica (CCA) e de agrupamento hierárquico através dos algoritmos UPGMA e Ward. A CCA apresentou baixas correlações entre as propriedades do solo e os taxa de nematóides, conferindo a outros fatores ambientais o poder de explicar as relações entre taxa-ambiente. Os agrupamentos utilizando os algoritmos UPGMA e Ward, baseados nas distâncias Euclidiana e Sorensen(Bray-Curtis) foram semelhantes. Não diferenciando a estrutura das comunidades de nematóides entre as áreas com e sem aplicação de vinhaça.

Nos últimos anos a produção e o uso de biocombustíveis têm aumentado de forma acelerada e têm sido considerados como uma das alternativas em relação ao uso de combustíveis fósseis. Esse rápido crescimento tem levantado muitas perguntas, ainda sem respostas, sobre o verdadeiro impacto dos biocombustíveis sobre o meio ambiente. O Brasil é considerado o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e parte dessa produção é destinada à produção de etanol. Contudo, com a expansão e intensificação das áreas cultivadas com canade- açúcar, há um aumento no uso de fertilizantes nitrogenados e na geração de resíduos como vinhaça e torta de filtro. O uso destes resíduos como fonte de nutrientes tem sido adotado como forma de reduzir o uso de fertilizantes sintéticos e as emissões de gases do efeito estufa (GEE; N2O, CH4 e CO2). Assim, o objetivo deste trabalho foi estimar as emissões desses gases, a partir do solo durante o ciclo produtivo da cana-de-açúcar, na fase planta, com aplicação de compostos orgânicos (vinhaça e torta de filtro), além de fertilizante nitrogenado mineral (ureia). O experimento foi conduzido no Município de Jaú, São Paulo, em um plantio de cana da variedade IACSP95-5000, cultivada em um Latossolo Vermelho. As coletas tiveram inicio em maio de 2010 e se estenderam até março de 2011. Os fluxos foram medidos utilizando o método de câmaras estáticas. O delineamento deste experimento consistiu em seis tratamentos, distribuídos em quatro blocos (repetições) com cinco parcelas (tratamentos), com os tratamentos: (T1) adição de nitrogênio (N), fósforo (P) e potássio (K) via fertilizantes minerais; (T2) adição de P e K via fertilizantes minerais, sem N; (T3) adição de N e K minerais e P via torta de filtro; (T4) adição de N e P minerais e K via vinhaça; (T5) adição de N mineral, P via torta de filtro e K via vinhaça; e (T0) sem adição de compostos orgânicos e fertilizantes minerais. Logo após o plantio e a aplicação dos fertilizantes minerais e dos compostos orgânicos (vinhaça e torta de filtro), coletas intensivas foram realizadas nos dias 1, 2, 5, 6, 8, 12, 17, 20, 24, 28 e 32. Depois do período de amostragem intensiva, as coletas foram realizadas mensalmente. As emissões de N-N2O e C-CO2 mais elevadas foram encontradas durante o período intensivo de coletas, a partir dos tratamentos onde houve adição de fertilizante mineral associado aos compostos orgânicos. Os fluxos de C-CH4 foram negativos em sua maioria o que indica um consumo deste gás pelo solo. O uso de compostos orgânicos juntamente com fertilizantes minerais na área de estudo potencializou a emissão dos gases C-CO2 e N-N2O. O fator de emissão N2O para estes tratamentos está acima do estimado pelo IPCC (1%) / Recently, the production and use of biofuels have increased rapidly and have been considered as one of the alternatives in relation to the use of fossil fuels. This rapid increase has raised many questions about the real impact of biofuels on the environment. Brazil is considered the world\'s largest producer of sugar cane and part of this production is used to produce ethanol. However, with the expansion and intensification of areas cultivated with sugar cane, there is an increase in the use of nitrogen fertilizers and residues of the ethanol industry such as vinasse and filter cake. The use of such residues as a source of nutrients has been adopted as an alternative to reduce the use of mineral fertilizers and the greenhouse gas emissions (N2O, CH4 and CO2). The aim of this study was to estimate greenhouse gas emissions from the soil cultivates with sugar cane in plant stage with use of organic compounds (vinasse and filter cake), and mineral nitrogen as fertilizers (urea). The experiment was conducted in the city of Jau, Sao Paulo, in an Oxisol. The collections started in May 2010 and lasted until March 2011. Fluxes were measured using the static chambers method. The design of this experiment consisted of six treatments in four blocks (replicates) with five plots per block (treatments), as follows: (T1) addition of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) via mineral fertilizers; (T2) addition of P and K via mineral fertilizers, and no N; (T3) addition of mineral N and P, and K via filter cake; (T4) addition of mineral N and P, and K via vinasse, (T5) addition of mineral N, P and K, and filter cake and vinasse, and (T0) without any addition. Intensive collections were made immediately after planting and application of the mineral fertilizers and organic compounds in the days 1, 2, 5, 6, 8, 12, 17, 20, 24, 28 and 32. After the period of intensive sampling, samples were collected monthly. Elevated emissions of N2O-N and CO2-C were observed during the period of intensive sampling, from the treatments where the mineral fertilizers associated with organic compounds were applied. CH4-C fluxes were mostly negative indicating a consumption of this gas by the soil. The use of organic compounds associated with mineral fertilizers in this study increased the emission of CO2-C and N2O-N. The N2O-N emission factor for these treatments is higher than estimated by the IPCC (1%)

O aumento da produção de cana-de-açúcar no Brasil é de grande relevância para o cenário agroindustrial atual do país. Entretanto, acarreta a um aumento na geração de subprodutos do setor de usinas sucro-alcooleira. Dentre esses subprodutos destaca-se a vinhaça, pois possui uma série de nutrientes em sua composição. Diante do grande volume de vinhaça obtido e de sua aplicação em áreas de cana-de-açúcar, sugerem-se pesquisas em relação à sua aplicação e ao deslocamento de seus principais componentes químicos no perfil do solo, com a intenção de prever e evitar a contaminação de águas subterrâneas. Portanto, durante o primeiro ciclo de cultivo da cana-de-açúcar, os objetivos dessa pesquisa foram: avaliar a distribuição de alguns componentes químicos da vinhaça (nitrato, potássio, cálcio, enxofre e sódio), avaliar a variação de alguns atributos químicos do solo (pH e condutividade elétrica), verificar a ocorrência de variações em algumas propriedades físico-químicas de um Nitossolo (granulometria, condutividade hidráulica e umidade do solo na capacidade de campo), bem como, avaliar o entupimento de gotejadores e a produtividade da cana-de-açucar, diante da aplicação de vinhaça, via gotejamento subsuperficial. A pesquisa foi conduzida na área experimental do Departamento de Engenharia de Biossistemas da ESALQ/USP, diante de um delineamento estatístico inteiramente casualizado com 6 tratamentos e 4 repetições. Os tratamentos implantados foram: T1: Sem irrigação com adubação convencional, T2: Fertirrigada sem vinhaça, T3: Fertirrigada com ½ dose Cetesb (176 m³ ha-1), T4: Fertirrigada com dose Cetesb (352 m³ ha-1), T5: Fertirrigada com 2x dose Cetesb (704 m³ ha-1) e T6: Fertirrigada com 3x dose Cetesb (1056 m³ ha-1). A aplicação de vinhaça foi feita aos tratamentos em um intervalo de tempo quinzenal. As avaliações foram feitas no início e ao final do ciclo da cultura nas camadas de 0,00-0,20 m; 0,20-0,40 m; 0,40-0,60 m e 0,60-0,80 m. Diante dos resultados obtidos pôde-se concluir que a distribuição dos íons está diretamente relacionada com o volume de aplicação da vinhaça e de uma maneira geral houve um aumento dos valores de pH e CE no solo, diante do aumento do volume aplicado, mas evidenciou-se a necessidade de um maior intervalo de tempo para a percepção de suas diferenças. As características físicas do solo não apresentaram variações significativas diante da aplicação de vinhaça, mesmo com altos valores de concentração, durante o primeiro ano de avaliação, porém, sugerese também um maior intervalo de tempo de aplicação e avaliação. O gotejador independente do tratamento não apresentou nenhum tipo de entupimento diante da aplicação de vinhaça e notou-se um aumento da produtividade de cana-de-açucar diante da aplicação de vinhaça, via gotejamento subsuperficial. / The increase in sugarcane production in Brazil shows a great relevance to the current agribusiness scenario of the country. However, it may also result in an increase of the by-product generation from sugar mills. Among these by-products, the vinasse stands out because of its diverse nutrient composition and its use in the sugarcane production as a fertilizer. Given the large volume of vinasse produced and their application in sugarcane fields, there is a need to study fate and transport of different chemical constituents of vinasse through the soil profile to prevent groundwater contamination. The objectives of this study are to evaluate the distribution of important chemical components of vinasse (nitrate, potassium, calcium, sulfur and sodium), to evaluate the variation of soil chemical properties (pH and electric cconductivity (EC)), to verify the occurrence of physico-chemical property (grain size, hydraulic conductivity and soil moisture at field capacity) variation in Nitosol soil, as well to evaluate the clogging in drip irrigation system and sugarcane yield under vinasse application by subsurface drip irrigation during first sugarcane cycle. The research was carried out at the experimental site of the Department of Biosystems Engineering (ESALQ/USP), in completely randomized experimental design with six treatments and four replications. The treatments deployed were: T1: no irrigation with conventional fertilization, T2: fertigated without vinasse, T3: fertigated with ½ Cetesb dose (176 m³ ha-1), T4: fertigated Cetesb dose (352 m³ ha- 1), T5: fertigated with 2x Cetesb dose (704 m³ ha-1), and T6: fertigated with 3x dose Cetesb (1056 m³ ha-1). The vinasse treatment were applied on a biweekly basis. Chemical transport and soil sample analysis were done at the beginning and the end of the cycle in four layers, each with thickness of 0.2 m. Based on these results, it is concluded that the ions distribution is directly related to the application volume of vinasse and in general, there was an increase in pH and EC in the soil, in relation to the increase in the applied volume. Since the duration of this study was one year, the experiments with larger time interval might show a distinct relationship between variation in soil chemical properties and the volume of vinasse applied. However, the analysis did not show significant variation in soil physical characteristics before and after the application of vinasse, even with high concentration values during the first year of the study. This indicates a need for a longer time of application and evaluation. The drip irrigation system used for vinasse application did not show any kind of clogging during the study period and the sugarcane yield increased with vinasse application by subsurface drip irrigation.

A preocupação mundial com as possíveis mudanças climáticas, decorrentes do aumento da concentração de gases do efeito estufa (GEE), resultam na busca por fontes de energia renovável. Dentre estas fontes, a produção do etanol vem se destacando globalmente. O Brasil é o maior produtor mundial de etanol, baseado na cana-de-açúcar como matéria-prima. A produção deste biocombustível atua na redução das emissões de GEE, como substituinte de derivados de petróleo e fornecimento de energia, através da queima do bagaço. No entanto, é necessário quantificar o off-set do etanol em relação ao petróleo em todas as fases de produção. Importante resíduo da indústria sucroenergética é a vinhaça, gerada em elevadas quantidades e usualmente aplicada no solo em fertirrigação. Muitos estudos relatam os benefícios que a vinhaça proporciona ao solo, porém, pouco se sabe sobre os possíveis impactos que causa no ambiente, sobretudo no que se refere às emissões de GEE. O objetivo desta pesquisa foi avaliar as emissões de GEE provenientes da vinhaça no canal de distribuição e após aplicação no solo e detectar as comunidades de archaeas presentes no sedimento do canal condutor, verificando a influência de fatores bióticos e abióticos nas emissões e comunidades microbianas. A pesquisa foi desenvolvida na Usina Iracema, localizada em Iracemápolis, SP. Amostragens de GEE foram realizadas em diferentes pontos do canal de distribuição e em áreas de cana queimada e crua. Amostras de sedimento foram coletadas no canal para detecção das comunidades de archaeas por DGGE. As emissões de C-CO2 e C-CH4 provenientes da vinhaça no canal de distribuição foram influenciadas pela composição físico-química deste resíduo. Apesar de apresentar emissões significativas, o C-CO2 não foi computado no cálculo das emissões totais, pois é reassimilado pela fotossíntese. As emissões de N-N2O foram muito baixas, demonstrando que a vinhaça não fornece condições favoráveis à formação deste GEE. Ao converter os fluxos de N-N2O e C-CH4 em CO2 eq. observou-se que o C-CH4 contribuiu com aproximadamente 99% das emissões totais oriundas da vinhaça presente no canal. A fertirrigação do solo potencializou as emissões de CCO2 e N-N2O e não influenciou as emissões de C-CH4. As emissões de N-N2O provenientes da aplicação de nitrogênio na forma de vinhaça no solo resultaram em fatores de emissão de 0,68 e 0,44 % (kg N-N2O/kg N), respectivamente para cana queimada e crua. Após conversão dos fluxos de N-N2O e C-CH4 em CO2 eq. verificou-se que a aplicação da vinhaça no solo aumentou as emissões em 46,0 e 30,9 kg de CO2 eq. ha-1, respectivamente para cana queimada e crua. Considerando a aplicação de 200 m3 ha-1, observou-se que a vinhaça emitiu 493,9 e 489,1 kg de CO2 eq. ha-1, respectivamente para cana queimada e crua. A contabilização das emissões totais de GEE oriundas da vinhaça indicou que 90% das emissões são resultantes do canal de distribuição. A técnica de DGGE demonstrou mudanças nas estruturas das comunidades de archaea total e mcrA de acordo com os pontos de amostragem, exibiu forte relação com as condições encontradas nesses pontos e com a produção de C-CH4. / The global growing concern about an eventual climate change due to the increasing atmospheric greenhouse gases (GHG) concentrations spur on the search for renewable energy sources. Among the possibilities, ethanol is getting global prominence. Brazil is the greatest producer of ethanol derived from sugar-cane. The production of this biofuel helps to reduce GHG emission replacing the use of petroleum and producing energy by bagasse burning. However, it is necessary to quantify its effective off-set analyzing all steps of production. The main residue of the sugar- ethanol industry is the vinasse, which is generated in high quantity and is usually applied to soil as fertirrigation. Several studies mention the benefits of vinasse application to soil cultivated with sugarcane, but few is known about possible impacts on environment, especially in what concerns GHG emissions. The objective of this work was to evaluate GHG emissions from the vinasse during its flux in distribution channels and after its application to soil by aspersion. Besides, the structure of archaea community of the sludge deposited at the channels bottom was investigated, evaluating the influence of biotic and abiotic factors on GHG emission rates and microbial community. The study was developed at Usina Iracema, located in Iracemápolis (SP). GHG samples were taken at six different points along the vinasse distribution channel and after its application at sites where sugar cane is harvest preceded or not by straw burning. Samples from sedimented sludge were collected from the channel and archaeas communities were assessed by DGGE analyses. Emissions rates of CO2-C and CH4-C from vinasse were influenced by the physical-chemical composition of this residue. Although significant emission rates of CO2- C have been measured, they were not included in total emission calculations, since this gas is reabsorbed by photosynthesis. N2O-N emissions were very low, demonstrating that the vinasse does not promote favorable conditions to its building. The conversion of N2O-N and CH4-C fluxes into CO2 eq demonstrated that methane represents about 99% of total emission of vinasse while into the distribution channel. The soil fertirrigation with vinasse increased CO2-C and N2ON emissions, but did not influence C-CH4 emission rate. Nitrous oxide originated by N content in vinasse applied to soil represented 0.68 and 0.44 % (kg N2O-N.kg N-1), respectively, from areas were harvest was or was not preceeded by burning. N2O-N and CH4-C fluxes converted to CO2 eq showed that vinasse application increased emissions by 46.0 e 30.9 kg of CO2 eq. ha-1 respectively, at areas were harvest was or was not preceded by burning. Considering that vinasse is usually applied in rates of 200 m3 ha-1 the areas were harvest was or was not preceded by burning could emit a total of 493.9 and 489.1 kg CO2 eq. ha-1 respectively. In the final account, 90% of total GHG emission from vinasse was originated from the distribution channel. The DGGE technique demonstrated changes in total and functional community structure of archaeal according to sampling point. They were also strongly correlated to environmental conditions end C-CH4 production.

A produção de álcool combustível vem aumentando a cada ano devido à necessidade de substituir as fontes de combustíveis fósseis, que é finita, e por outro lado o álcool que é uma fonte de energia renovável. Porém, a produção deste combustível gera uma grande quantidade de resíduos, sendo a vinhaça o que chama mais atenção, pelo seu alto valor como fertilizante e, principalmente, pela quantidade expressiva de potássio. O íon potássio, por se tratar de um cátion monovalente tem a característica de promover a dispersão das partículas de argila, assim como o sódio, provocando um entupimento dos poros do solo e diminuindo a sua permeabilidade, o que pode resultar em encharcamento e aumentar o escoamento superficial. Para avaliar este efeito dispersivo da aplicação de vinhaça no solo foram implementados dois experimentos: O Experimento I teve o objetivo de avaliar o efeito de diferentes doses de vinhaça na condutividade hidráulica do solo saturado e o Experimento II avaliou diferentes doses de aplicação de vinhaça no escoamento superficial. No Experimento I foram utilizadas colunas de PVC preenchidas com 3 tipos de solos (Latossolo Vermelho-Escuro LVE, Latossolo Roxo LR e Nitossolo Vermelho Eutrófico NVE), nas quais foram aplicadas quatro doses de vinhaça (0, 150, 300 e 450 m3 ha-1), em um delineamento inteiramente casualizado em esquema fatorial 3x4 com três repetições. Neste experimento, utilizou-se um permeâmetro de carga constante para obtenção da condutividade hidráulica do solo saturado. No segundo experimento, montou-se uma estrutura na área pertencente ao Departamento de Engenharia Rural (ESALQ/USP) para avaliação de escoamento superficial em um Nitossolo Vermelho Eutrófico. O delineamento experimental adotado neste experimento foi blocos ao acaso num esquema fatorial 3x3 com três blocos, sendo: 3 variedades de cana-de-açúcar (IAC87-3396, SP81-3250 e RB86-7515) e 3 doses de vinhaça (150, 300 e 450 m3 ha-1). Os parâmetros avaliados foram a perda de água e de solo, perda do potássio e de sólidos dissolvidos totais (SDT). Diante dos resultados obtidos, observou-se que no solo LVE com o aumento das doses de vinhaça diminuiu-se os valores de condutividade hidráulica do solo saturado e para os solos LR e NVE os valores deste parâmetro aumentaram com o acréscimo das doses. Em relação ao escoamento superficial não houve efeito significativo para os fatores em estudo, demonstrando que as doses não contribuíram para o aumento do escoamento superficial como se era suposto. / The production of alcohol used as fuel is increasing every year due to the need to replace the sources of fossil fuels, which is finite, and on the other hand alcohol is a renewable energy source. But the production of this fuel generates large quantities of waste and the vinasse draws most attention by its high value as fertilizer, primarily by the amount of potassium. The potassium ion due to a monovalent feature is to promote the dispersion of the clay particles as well as sodium, clogged the pores of the soil by decreasing the permeability, may cause flooding and increase runoff. For evaluating the dispersive effect of vinasse on the soil were implemented two experiments: Experiment I aimed to evaluate the effect of different doses of vinasse in saturated hydraulic conductivity, and Experiment II, which evaluated different doses of vinasse in runoff. In Experiment I were used PVC columns filled with 3 kinds of soils (Dark Red Latosol - LVE, Dusky Red Latosol- LR and Rhodic Kandiustalf - NVE), and applied four doses of vinasse (0, 150, 300 and 450 m3 ha -1), in a completely randomized design in a 3x4 factorial design with three replications. In this experiment we used a constant load permeameter to obtain the hydraulic conductivity of saturated soil. In the second experiment was mounted in a structure belonging to the Department of Rural Engineering (ESALQ / USP) for evaluation of runoff in a Rhodic Kandiustalf. The experimental design used in this experiment was a randomized block design in a 3x3 factorial with three blocks, and these factors were: 3 varieties of sugarcane (IAC87-3396, SP81-3250 and RB86-7515) and 3 doses of vinasse (150 , 300 and 450 m3 ha-1). The parameteres evaluated were the loss of water and soil, loss of potassium and total dissolved solids (TDS). Results obtained showed that the soil LVE with increasing doses of vinasse also decreased the values of hydraulic conductivity, and for the LR soil and NVE values of this parameter increased with increased doses. In the runoff no significant effect on the factors under study, showing that the doses did not contribute to the increase in runoff as was supposed.

O aproveitamento atual da vinhaça, subproduto da produção do álcool pelas Destilarias Autônomas e Usinas de Açúcar e Álcool, se faz tanto pelo seu valor nutricional quanto pelo seu potencial na geração de energia elétrica. A vinhaça, que antes era lançada diretamente nos cursos dágua, a partir da década de 70, com o aumento dos preços dos fertilizantes minerais, passou a ser reutilizada como subproduto para a adubação canavieira. Recentemente, com a evolução da política ambiental do Setor, suas práticas agroindústrias passaram a priorizar o uso eficiente de seus subprodutos, seja através da racionalização em suas aplicações ou pelo uso de tecnologias que potencializem os seus benefícios. Esse estudo resumiu-se em analisar a viabilidade técnica, mensurar os aspectos econômicos e caracterizar os aspectos ambientais das tecnologias de condicionamento e aproveitamento da vinhaça mais difundidas no Brasil e, em especial, no Estado de São Paulo: aplicação in natura no solo (fertirrigação in natura), biodigestão e concentração. A análise técnica se baseou na utilização dessas tecnologias pelas Unidades Agroindustriais estudadas e na oferta de mercado por parte de empresas de tecnologia. Para a análise econômica da fertirrigação in-natura, a substituição da adubação mineral e os lucros obtidos foram os parâmetros utilizados. Já na análise da biodigestão e da concentração, o modelo foi construído a partir dos seguintes indicadores econômicos: fluxo de caixa, valor presente líquido, método do custo/benefício, taxa interna de retorno e período de retorno. Como parte final, a análise ambiental foi direcionada para a mitigação dos impactos gerados pela aplicação in natura, em especial as emissões de gases de efeito estufa (GEE). A viabilidade técnica foi confirmada para as três tecnologias, seja pela utilização em campo e/ou pela diversificada oferta das tecnologias de biodigestão e concentração pelo mercado especializado. Quanto à viabilidade econômica, a fertirrigação in natura se demonstrou altamente lucrativa para o Brasil, Estado de São Paulo e Centro-Sul do País. Já a biodigestão, que necessitou de tecnologias complementares de geração de energia para a análise de sua viabilidade, apresentou-se viável quando associada aos queimadores e turbinas em todas as condições estudadas. Quando associada aos motogeradores, a sua viabilidade foi atestada em duas ocasiões. Contudo, a inviabilidade apresentada quando os cálculos foram baseados em valores de venda de energia atualizados - média de R$102,41 por MWh produzido - justificou a ausência desses projetos nos últimos leilões de energia. Ao contrário das outras tecnologias, a tecnologia da concentração se demonstrou completamente inviável a partir das condições econômicas utilizadas. Já na questão ambiental, a fertirrigação in natura apresentou diversas vantagens e desvantagens, ficando a sua utilização condicionada a estudos locais. Para a biodigestão e a concentração, essas tecnologias apresentaram diversos ganhos frente à utilização in natura, sendo a primeira responsável pela mitigação dos GEE e a segunda pela maior racionalização na aplicação de vinhaça e por um melhor equacionamento dos altos volumes de água utilizados pelas Usinas e Destilarias. / The current use of vinasse, a byproduct of ethanol production by independent distilleries and Sugar and Alcohol plants, is done both for its nutritional value as for its potential in generating electricity. By mid-century the vinasse was released directly into water streams as final disposal, resulting in serious environmental problems. From the 70\'s, with the rising prices of mineral fertilizers, the reuse of this byproduct fertilizer for sugar cane production became practical. Recently, with the evolution of environmental policy of this sector, agribusiness practices began to prioritize the efficient use of byproducts, either by rationalizing their application or by the use of technologies that enhance its benefits. This study is summarized in analyze the technical feasibility, measure the economic aspects and characterize the environmental aspects of the technologies of conditioning and reuse of vinasse more widespread in Brazil and, in particular, the state of São Paulo: natural application, biodigestion and concentration. Technical analysis was based on the use of these technologies by agro-industrial units studied and market supply by technology companies. For the economic analysis of the natural application, the substitution of mineral fertilizer and profits were the parameters used. For the analysis of biodigestion and concentration, the model was constructed from the following economic indicators: cash flow, net present value method, the cost / benefit ratio, internal rate of return and payback period. As the final part, the environmental analysis was aimed at mitigating the impacts generated by the natural application, in especial, the emissions of greenhouse gases (GHGs). The technical feasibility has been confirmed for the three technologies, either for the use in the field, by a wide advantage for the natural application, or the supply of biodigestion and concentration technologies by the specialized market. For the economic feasibility, natural application has been shown highly profitable for Brazil, Sao Paulo State and Center- South of the country. The biodigestion, which required complementary generate energy technologies for your viability analysis, presented feasible when combined with the flares and turbines in all conditions studied. When associated with the motor generator, its feasibility was attested on two occasions. However, its feasibility wasn´t reached when the calculations were based on recent values of power sales - an average of R$ 102.41 per MWh produced - justifying the absence of these projects in recent energy auctions. Unlike other technologies, the technology of concentration is shown completely unfeasible from the economic conditions used. In the environmental issue, the natural application presented several advantages and disadvantages, being its use conditioned to local studies. For biodigestion and concentration, these technologies had several gains when compared with the natural application, being, the first, responsible for the mitigation of GHGs and, the second, responsible for an application more rational of vinasse and for a reduction of the high volumes of water used by plants and distilleries.

A digestão anaeróbia é uma potencial solução para a destinação dos grandes volumes de vinhaça gerada em biorrefinarias de cana-de-açúcar. A alta concentração de matéria orgânica presente na vinhaça é uma questão importante a ser considerada, uma vez que as populações microbianas anaeróbias, principalmente metanogênicas, são sensíveis a sobrecargas orgânicas. Uma série de configurações de reatores, bem como diferentes estratégias de partida e operação tem sido aplicadas ao tratamento de vinhaça, como a recirculação do efluente tratado, a qual é usualmente empregada para prevenir eventos de sobrecarga orgânica. O objetivo deste estudo foi determinar a influência da recirculação de efluentes em reatores anaeróbios compartimentados (RAC) tratando águas residuárias concentradas, uma vez que a literatura não é conclusiva sobre os efeitos da recirculação neste tipo de reator. Para atingir esse objetivo, foi utilizada uma abordagem dupla: experimental e modelagem matemática. Um RAC com 4 compartimentos em série em escala de bancada foi alimentado com vinhaça de cana-de-açúcar (DQO = 18,0 g/L) e monitorado durante 273 dias. Os parâmetros cinéticos e de transferência de massa do reator foram obtidos e utilizados para criar um modelo matemático para a conversão da matéria orgânica no software Matlab®. Tanto os dados operacionais como os parâmetros cinéticos mostraram que a elevada concentração de DQO fez com que o RAC não se comportasse como um sistema de duas fases, bem como a recirculação não resultasse em melhorias relevantes de desempenho. O modelo matemático concordou com os dados operacionais e mostrou que, em termos de capacidade de conversão, o uso de elevadas taxas de recirculação não é necessário para um adequado desempenho do RAC, uma vez que a cinética bioquímica observada não foi expressivamente limitada pela concentração de substrato. / Anaerobic digestion is a potential approach to handle the large volume of vinasse generated in sugarcane biorefineries. The high concentration of organic matter present in vinasse is an important issue to be considered, since anaerobic microbial populations, mainly methanogens, are sensitive to organic overloads. A serie of reactors configurations, as well as different startup and operating strategies, have been applied to the treatment of vinasse, so that the recirculation of the treated effluent is usually used to prevent organic overloading events. The aim of this study was to determine the influence of effluent recirculation in anaerobic baffled reactors (ABR) treating high concentrated wastewater, since literature is not conclusive about its effects. To achieve this aim an experimental and mathematical modeling dual approach was employed. A bench-scale ABR with four serial baffleds was fed with sugarcane vinasse (COD = 18,0 g/L) and monitored for 273 days. Kinetic and mass transfer parameters were obtained and used to create a mathematical model for the organic matter conversion in Matlab®. Both the operating data and the kinetic parameters showed that at high COD concentrations the ABR does not behave as a two-stage system, as well as recirculation did not result in relevant performance improvements. The mathematical model agreed with the operational data and showed that, in terms of conversion capacity, the use of high recirculation ratios is not necessary for suitable ABR performance, since the observed biochemical kinetics were not high limited by the concentration of substrate.

A produção de biocombustíveis apresenta-se como uma eficiente alternativa para superar as limitações econômico-ambientais inerentes à comercialização e utilização de combustíveis fósseis. O etanol caracteriza-se como um dos principais biocombustíveis alternativos, sendo as destilarias de cana-de-açúcar importantes exemplos de biorrefinarias, as quais, analogamente à indústria do petróleo, objetivam a obtenção de um espectro de (bio)produtos e/ou bioenergia a partir da biomassa vegetal. Embora nas atuais biorrefinarias de cana-de-açúcar a matéria-prima seja convertida em etanol, açúcar e eletricidade, uma fração considerável da energia da cana (como matéria orgânica) ainda é perdida na vinhaça. Potenciais impactos negativos da fertirrigação, i.e., aplicação direta da vinhaça no solo agrícola, também constituem outra relevante limitação do atual gerenciamento desta água residuária no Brasil. A biodigestão anaeróbia apresenta grande potencial de aplicação no tratamento da vinhaça, objetivando-se a redução de sua carga orgânica poluente concomitantemente à recuperação de bioenergia a partir do biogás. Embora tal processo potencialize a extração de energia da cana-de-açúcar na biorrefinaria, a literatura de referência ainda é escassa em termos da definição de parâmetros que viabilizem a implantação da biodigestão nas destilarias brasileiras. Neste contexto, neste estudo apresenta-se um panorama holístico da aplicação da biodigestão anaeróbia no tratamento da vinhaça de cana-de-açúcar, definindo-se condições operacionais para uma eficiente e estável conversão da matéria orgânica em hidrogênio e metano em sistemas em duas fases (acidogênico + metanogênico) termofílicos (55ºC). Diferentes cenários para produção de energia a partir do biogás também foram estudados a partir da aplicação de ferramentas de simulação, buscando-se fornecer aspectos técnicos, econômicos e ambientais da implantação das plantas de biodigestão da vinhaça na indústria sucroalcooleira brasileira. Em termos experimentais, os resultados mostraram a habilidade do reator acidogênico para manter produções contínuas de biohidrogênio em longo prazo (240 dias), sendo a aplicação de estratégias operacionais específicas, p.ex. controle do pH e da concentração de biomassa no reator, imperativa para recuperação dos sistemas submetidos a perdas de desempenho. Na fase metanogênica, a aplicação de cargas orgânicas crescentes (até 30 kgDQO m-3 d-1) em um reator convencional de manta de lodo e um reator de leito fixo estruturado indicou um desempenho muito superior do sistema com células aderidas, especialmente em termos da estabilidade operacional em longo prazo (240 dias). Finalmente, com relação à avaliação tecnológica da biodigestão, demostrou-se a viabilidade do escalonamento dos sistemas anaeróbios com separação de fases para o tratamento da vinhaça nas biorrefinarias de cana-de-açúcar, independentemente do tipo de uso proposto para o hidrogênio: não recuperação, venda como produto de valor agregado, produção de biohythane ou injeção no reator metanogênico. Os resultados também apontaram o papel determinante da alcalinização dos sistemas para melhorar o desempenho econômico ambiental da biodigestão, podendo superar efeitos da redução dos custos de investimento em alguns casos. Em suma, espera-se que os resultados apresentados neste trabalho sirvam como referência aos tomadores de decisão da indústria sucroalcooleira, suprindo lacunas de informações e destacando a viabilidade da implantação da biodigestão como tecnologia central para o processamento da vinhaça nas biorrefinarias de cana-de-açúcar no Brasil. / The production of biofuels comprises an efficient alternative to overcome the economicenvironmental drawbacks inherent to the trade and use of fossil fuels. Ethanol is one of the main alternative biofuels, with sugarcane distilleries characterized as important examples of biorefineries, which, similarly to the oil industry, aim to obtain a spectrum of (bio)products and/or bioenergy from the vegetal biomass. Although the raw material is converted into ethanol, sugar and electricity in the current sugarcane biorefineries, a considerable fraction of the energy from sugarcane (as organic matter) is still wasted in vinasse. Potential negative impacts from fertirrigation, i.e., the direct application of vinasse into the agricultural soil, also comprise another relevant drawback of the current management of this wastewater in Brazil. Anaerobic biodigestion has great potential of application in the treatment of vinasse, aiming to reduce its polluting organic load concomitantly to the bioenergy recovery from biogas. Although this process enhances the energy extraction from sugarcane in the biorefinery, the reference literature still lacks on the definition of parameters that encourage the implementation of biodigestion in Brazilian distilleries. In this context, this study presents a holistic overview of the application of biodigestion in the treatment of sugarcane vinasse, defining operating conditions for an efficient and stable conversion of the organic matter into hydrogen and methane in two-phase (acidogenic + methanogenic) thermophilic systems (55ºC). Different scenarios for the production of bioenergy from biogas were also studied by using simulation tools, aiming to provide technical, economic and environmental aspects of the implementation of vinasse biodigestion plants in the Brazilian sucro-alcohol industry. In experimental terms, the results showed the ability of the acidogenic reactor to maintain a continuous long-term (240 days) biohydrogen production, characterizing the application of specific operating strategies, e.g. control of the pH and biomass concentration inside the reactor, as imperative for the recovery of systems subjected to performance losses. In the methanogenic phase, the application of increasing organic loadings (up to 30 kgCOD m-3 d-1) to a conventional sludge blanket reactor and a structured-bed reactor indicated a much superior performance of the adhered cell system, especially in terms of the long-term operating stability (240 days). Finally, regarding the technological assessment of the biodigestion, the feasibility of scaling-up anaerobic systems with phase separation to the treatment of vinasse in sugarcane biorefineries was demonstrated, regardless of the type of use proposed for hydrogen: non-recovery, sale as a value-added product, biohythane production or injection into the methanogenic reactor. The results also pointed out the determining role of the alkalinization of the systems to improve the economic-environmental performance of biodigestion, in order to overcome the effects of the reduction of investment costs in some cases. In short, it is expected that the results presented in this study will serve as reference to decision-makers in the sucro-alcohol industry, filling information gaps and highlighting the feasibility of implementing biodigestion.