O presente trabalho teve como objetivo avaliar a produção de H2 a partir de diferentes substratos orgânicos da indústria sucroalcooleira, como caldo, melaço e vinhaça da cana-de-açúcar, incluindo a sacarose como uma fonte de carbono sintética. Foram utilizados quatro reatores anaeróbios de leito fluidificado, sendo reator mesofílico caldo (RMC), reator mesofílico melaço (RMM), reator mesofílico sacarose (RMS) e reator mesofílico vinhaça (RMV) mantidos em condição mesofílica (30 ºC) e em concentrações iniciais no substrato de alimentação de 5 gDQO. L-1. O pH do reatores foi mantido entre 4 e 5, os tempos de detenção hidráulica (TDH) empregados foram de 8, 6, 4, 2 e 1 h e a inoculação foi através de um lodo proveniente de um abatedouro de aves, que sofreu tratamento térmico. Em RMC o rendimento de H2 (HY) máximo obtido foi de 1,2 mol H2. mol sacarose-1, ocorrido no TDH de 8 h. O reator (RMM) apresentou um melhor consumo de substrato atingindo um HY de 1,4 mol H2. mol sacarose-1, observado no TDH de 4 h. RMS apresentou o melhor HY em relação aos demais reatores atingindo 3,3 mol H2. mol sacarose-1 no TDH de 6 h. A melhor produção volumétrica de H2 (PVH) obtida foi observada no RMS, onde no TDH de 2 h o reator atingiu 11 L H2. L-1. D-1. RMV, que utilizou vinhaça que passou por tratamento físico-químico através da adição de óxido de cálcio, não apresentou produção de H2. Dentre os principais produtos metabólitos solúveis observados nos reatores durante a operação houve predominância nas concentrações de ácido acético, butírico, isobutírico, propiônico, e succínico, em RMM. No RMC observaram-se maiores concentrações de ácido acético, butírico, lático e propiônico. RMV apresentou predominância de ácido acético, succínico, propiônico e butírico. Em RMS as maiores concentrações foram de ácido propiônico, acético, isobutírico, butírico e etanol. / This study aimed to evaluate the production of H2 from different organic substrates sugar industry, like juice, molasses and vinasse from cane sugar, including sucrose as a source of synthetic carbon. four anaerobic fluidized bed were used, mesophilic broth reactor (RMC), mesophilic molasses reactor (RMM), reactor mesophilic sucrose RMS) and reactor mesophilic vinasse (RMV) maintained at mesophilic condition (30ºC) and at initial concentrations feed substrate 5 gCOD. L-1. The pH of the reactor was kept between 4 and 5, the hydraulic detention time (HDT) used were 8, 6, 4, 2 and 1 h and the inoculation through a sludge from a poultry slaughterhouse, which underwent heat treatment. In MRC H2 yield (HY) maximum obtained was 1.2 mol H2. mol sucrose-1, occurred in HRT of 8 h. The reactor (RMM) showed a better substrate consumption reaching a HY 1.4 mol H2. mol-1 sucrose, HDT observed in 4 h. RMS presented the best HY compared to other reactors reaching 3.3 mol H2. mol-1 sucrose in HRT of 6 h. The best volumetric H2 production (PVH) obtained was observed in the RMS where the TDH 2 h the reactor reached 11 L H2. L-1. D-1. RMV that used vinasse which has undergone physical-chemical treatment by adding calcium oxide, showed no H2 production. Among the main products soluble metabolites observed in the reactors during operation predominated in acetic acid concentrations, butyric, isobutyric, propionic, and succinic in RMM. In MRC were observed higher concentrations of acetic, butyric, lactic and propionic acid. RMV showed predominantly acetic, succinic, propionic and butyric acid. RMS higher concentrations were propionic acid, acetic, isobutyric, butyric acid and ethanol.

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%)

Com o propósito de explorar o potencial de geração de metano a partir de vinhaça de cana-de-açúcar e propor procedimentos de controle do processo anaeróbio, foi utilizado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) em escala piloto, equipado de separador gás-sólido-líquido modificado e sem recirculação de efluente. A unidade foi inoculada com lodo granular e utilizou-se substrato concentrado (DQO de 20 g.L-1) para sua alimentação. O reator foi submetido a cargas orgânicas volumétricas (COV) de 0,7 a 7 KgDQO.m-3.d-1, durante 300 dias de operação. O procedimento operacional baseou-se no aumento de carga por escalonamento da vazão de alimentação em função da manutenção de variação inferior a 10% para a eficiência do sistema. Para o tamponamento da vinhaça de alimentação, no início da operação utilizou-se 1g NaHCO3.g-1DQOafluente, com redução gradativa até 0,125g NaHCO3.g-1DQOafluente. O monitoramento do desempenho do processo anaeróbio se deu pela avaliação dos parâmetros: eficiência de remoção de DQO, pH, alcalinidade, ácidos voláteis, razão alcalinidade intermediária/alcalinidade parcial, razão Prop:Ac, vazão de metano e porcentagem de metano no biogás. O reator UASB apresentou valor médio de eficiência de remoção de DQO de 92±4,4%, para cargas aplicadas entre 0,7 e 4,8 KgDQO.m-3.d-1. A maior produção média de metano observada durante o período operacional foi 5 m3CH4.m-3 de vinhaça aplicada para cargas orgânicas entre 4,1 e 5,6 KgDQO.m-3.d-1. A produção de biogás apresentou valor médio de metano de 70±7% para 1 a 5,6 Kg DQO.m-3.d-1. A operação do reator com cargas aplicadas acima de 5,6 KgDQO.m-3.d-1 gerou menor produção de biogás, redução na porcentagem de metano e aumento da carga de ácidos voláteis efluente, assim como queda na eficiência de remoção de DQO. Devido ao acréscimo de carga (0-2 para 4-6 KgDQO.m-3.d-1), a variação da concentração para cada tipo de ácido foi: acético (56±70 para 216±121 mg.L-1), propiônico (26±28 para 165±150 mg.L-1) e butírico (4±7 para 60±18 mg.L-1). Notou-se que a relação entre as concentrações de ácido propiônico e ácido acético (razão Prop:Ac) pode ser utilizada como parâmetro de monitoramento da estabilidade do reator. A elevação de COV de 3,9 a 6,4 KgDQO.m-3.d-1acarretou alteração na razão Prop:Ac de 0,8 a 1,75, corroborando descontroles do processo anaeróbio associado à queda de eficiência na geração de metano. / In order to explore the potential of methane generation from sugarcane vinasse and propose procedures for the anaerobic process control, was utilized a pilot scale UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), equipped with modified gas-solid-liquid separator and without recirculation of effluent. The unit was inoculated with granular sludge and concentrated substrate was used (COD 20 g.L-1) for feeding. The reactor was submitted to volumetric organic load (VOL) from 0.7 to 7 KgCOD.m-3.d-1, during 300 days of operation. The reactor operation was based on the increase of load by staggering the feed flow in function of the maintenance of variation lower than 10% for the system efficiency. For buffering the feedings vinasse was used 1g NaHCO3.g-1CODinfluent at the beginning of the operation, with gradual reduction to the value of 0.125 g NaHCO3.g-1CODinfluent. The monitoring of the anaerobic process performance was due to the evaluation of the following parameters: efficiency of COD removal pH, alkalinity, intermediate alkalinity/partial alkalinity ratio; Prop:Ac ratio, methane flow and percentage of methane in the biogas. The UASB reactor demonstrated a COD average removal efficiency of 92±4.4%, to applied loads between 0.7 and 4.8 KgCOD.m-3.d-1. The highest average methane production observed during the operational period was 5 m3CH4.m-3 of vinasse applied for organic loads between 4.1 and 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The biogás production demonstrated a methane average of 70±7% for 1 to 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The reactor operation with loads up to 5.6 KgCOD.m-3.d-1 caused lower production of biogas, reduction in the percentage of methane and increase for effluent volatile acids load, as well as decrease of COD removal efficiency. Due to the additional load (0-2 to 4-6 KgCOD.m-3.d-1), the change in concentration for each type of acid was: acetic acid (56±70 to 216±121 mg.L-1), propionic acid (26±28 to 165±150 mg.L-1) and butyric acid (4±7 to 60 ± 18 mg.L-1). It was noted that the relationship between the concentrations of propionic acid and acetic acid (ratio Prop:Ac) may be used as a monitoring parameter of the reactor stability. The increase in VOL of 3.9 to 6.4 KgCOD.m-3.d-1 caused change in the Prop:Ac ratio of 0.8 to 1.75, confirming the upsets on the anaerobic process associated with efficiency drop in methane generation.

No presente trabalho foi avaliado o potencial do reator anaeróbio de leito fixo-estruturado e fluxo descendente (down-flow fixed strucutured bed reactor – DFSBR) para o tratamento de drenagens ácidas de minas (DAM) com vistas à recuperação de metais. Vinhaça de cana-de-açúcar foi utilizada como doador de elétrons para bactérias redutoras de sulfato (BRS) e ferro (Fe2+) foi adicionado como metal de referência. Em associação com a sulfetogênese, produção de metano foi promovida pela relação DQO/SO42- de 2,0, maior que a relação estequiométrica de oxidação da matéria orgânica via redução de SO42- (0,67). Concentrações afluentes de DQO e SO42- da ordem de 4000 mg.L-1 e 2000 mg.L-1, respectivamente, foram mantidas durante todo o período experimental (547 dias), sendo o reator operado com TDH de 20 h. Durante a ETAPA 1 (277 dias) o DFSBR foi alimentado com substrato sintético simulando a fração solúvel da vinhaça e recebeu cargas crescentes de ferro (0,07 a 0,51 g Fe2+.L-1.d-1) para avaliação do potencial de remoção de metais. Foram obtidas eficiências de remoção de DQO e SO42- de 94±2% e 97±3%, respectivamente. Remoção de ferro de 95±5% foi alcançada, assim como proporções crescentes de ferro (de até 55%) nas cinzas do precipitado. Ao longo da ETAPA 2 (100 dias) vinhaça foi utilizada como único doador de elétrons e diferentes razões de recirculação foram estudadas (0, 50, 100 e 150 vezes), com velocidades superficiais do escoamento variando de 0,03 a 5,20 m.h-1. A eficiência de remoção de DQO de 82±6% foi atribuída à presença de compostos recalcitrantes na vinhaça, ao passo que a remoção de SO42- permaneceu próxima da alcançada na ETAPA 1 (95±5%). Uma produção volumétrica de metano da ordem de 390 mL CH4.L-1.d-1 foi obtida (CNTP). A despeito da variação nas taxas de reciclo, maior estabilidade e eficiência de remoção de ferro (96±3%) foram determinadas na ausência de recirculação, com ganhos econômicos para o processo. Durante a ETAPA 3 (170 dias) a diminuição gradativa do pH afluente de 6,30 para 3,50 foi realizada. Apesar da supressão de alcalinidade, o sistema atingiu eficiências de remoção de SO42- de 97±1% e remoção de ferro de 95±4%. Foram observados efeitos adversos sobre o metabolismo metanogênico, com queda na produção de metano de 380 para 230 mL CH4.L-1.d-1, acompanhada por aumento da DQO residual no efluente (1500 mg DQO.L-1). Ainda assim, o DSFBR foi capaz de elevar o pH da água residuária de 3,5 para 6,9, confirmando o potencial do sistema para a neutralização de DAM. A caracterização da comunidade microbiana por análise do sequenciamento do gene RNAr 16S indicou predominância dos gêneros Desulfovibrio e Methanosaeta, comprovando o estabelecimento simultâneo dos processos sulfetogênicos e metanogênicos. Por fim, os resultados apontaram perspectivas promissoras de aplicação do DFSBR ao tratamento de DAM via redução de SO42- favorecendo a precipitação e separação de metais em reator de único estágio. A vinhaça de cana-de-açúcar também se mostrou um adequado doador de elétrons para o processo. / This work evaluated the potential of the down-flow fixed-structured bed anaerobic reactor (DFSBR) for the treatment of acid mine drainage (AMD) aiming at metals recovery. Sugarcane vinasse was used as electron donor for sulfate-reducing bacteria (BRS) and iron (Fe2+) was added as reference metal. In association with sulfidogenesis, methane production was promoted by the applied COD/SO42- ratio of 2.0, which is higher than the stoichiometric ratio for organic matter oxidation solely by SO42- reduction (0.67). Affluent concentrations of COD and SO42- were kept close to 4000 mg.L-1 and 2000 mg.L-1, respectively, over the entire experimental time (547 days). The reactor was operated with HRT of 20 h. During STAGE 1 (277 days) the DFSBR was fed with synthetic substrate simulating the soluble fraction of vinasse and received increasing iron loads (0.07 to 0.51 g Fe2+.L-1.d-1) to verify the potential for metal removal. COD and SO42- removal efficiencies were 94±2% and 97±3%, respectively. Iron removal of 95±5% was achieved, as well as increasing proportions of iron (up to 55%) were observed in the ashes of precipitate. Throughout STAGE 2 (100 days) sugarcane vinasse was used as unique electron donor whereas different recirculation ratios were studied (0, 50, 100 and 150 times), with superficial flow velocities ranging from 0.03 to 5.20 m-1. COD removal efficiency of 82±6% was attributed to the presence of recalcitrant compounds in the vinasse, while the removal of SO42- remained close to that previously achieved during STAGE 1 (95±5%). Volumetric methane production near of 390 mL CH4.L-1.d-1 was obtained (STP). Although the variation in the recycle rates, greater stability and efficiency of iron removal (96±3%) were determined in the absence of recirculation, with economic gains for the process. During the STAGE 3 (170 days) gradual decrease of the pH affluent from 6.30 to 3.50 was performed. Despite the alkalinity suppression, the system achieved SO42- removal efficiencies of 97±1% and iron removal close to 95±4%. Adverse effects over methanogenic metabolism were observed once methane production decreased from 380 to 230 mL CH4.L-1.d-1, which was followed by a residual COD increase in the effluent (1500 mg COD.L-1). Nevertheless, the DSFBR was able to raise the pH of the wastewater from 3.5 to 6.9, indicating the potential of such system for AMD neutralization. 16S rRNA gene sequencing analysis for microbial community characterization showed predominance of the genera Desulfovibrio and Methanosaeta, confirming the simultaneous establishment of sulfidogenic and methanogenic processes. Finally, the results presented promising perspectives for the DFSBR application to the AMD treatment via SO42- reduction, also favoring metals precipitation and separation in a single-stage reactor. Sugarcane vinasse was also considered a suitable electron donor for the process.

The sugarcane is a raw material which after industrialization originates derivatives, like sugar and alcohol, extremely important for the country economical income. The process of fermentation of the broth and posterior distillation originate alcohol and vinasse. The last was earlier considered as a pollutant, however, nowadays it is carefully used for the improvement of biological, physical and chemical properties of the soil. The present work aims to evaluating, in laboratory, the modifications and displacements of some physical and chemical attributes in two clayish soils that had received vinasse for more than 25 years, in the factories Marituba (UMA) and Sto Antonio (USA), in the sugar cane region of Alagoas state, Brazil. The soil samples were collected in five layers (0-10, 10-20, 20-40, 40-70 and 70-100 cm) of depth, using the factorial [(2) plant (2) +vinasse (+v)/ -vinasse (-v) - (5) layers], 22x5 totalizing twenty treatments with four repetitions. From the results, it was noticed that vinasse promoted significant alterations in the soil, in accordance with the variance analysis (ANAVA), for with 0,01 of probability for test F, the attributes: pH, P, K+, Ca2++Mg2+, Total Organic Matter in Soil (OMS), Water Soluble Carbon (WSC), Potassium Saturation in the Cation Exchange Capacity (CEC) and porosity, The variables Soil Density (SD) and clay had presented significant differences, 0,05 level of probability and sands had been non-significant (NS). For the changeable layers in the profile of the ground, the parameters that had significance in 1% were; pH, P, K+, Ca2++Mg2+, OMS, WSC, CEC, sands and porosity, while the variable CEC and SD had been non-significant (NS). In the interaction of vinasse with layers the parameters that had significant differences for F test 0,01 were P, K+, Ca2++Mg2+, MOS, CTC, DS, % K+ CTC and sands, with significant difference of 0,05 for pH, CSA and clay. In the interaction of vinasse with layers, the differences 0,01 had been for P, Ca2++Mg2+, OMS, WCS, and % K+ CTC, of 0,05 of probability, the variables CTC and DS presented significant differences, already pH, K+, CEC, sands, clay and porosity had been NS. Comparing the averages among areas with and without vinasse, for the test of Tukey 0,05, have average higher for layers of the area that received vinasse: pH, P, K+, Ca2++Mg2+, WCS, SD and % K+ CTC. They had been similar for CEC and sands, however, in the area that did not receive vinasse, OMS, clay and porosity had presented higher values. The data obtained in this study indicate that the addition of vinasse was beneficial to the soil and therefore it is recommended to maintain its use, on the comparison between the benefit and the damage it can cause stillage. / A cana-de-açúcar é a matéria prima que depois de industrializada origina vários derivados, tendo como principais o açúcar e o álcool. Após o processo de fermentação do caldo e posterior destilação, originam-se o álcool e a vinhaça. Essa, que antes era considerada poluente, atualmente é utilizada, com zelo, para a melhoria das propriedades biológicas, físicas e químicas do solo. O presente trabalho visou avaliar, em laboratório, as modificações e deslocamentos de alguns atributos físicos e químicos em dois Argissolos que recebem vinhaça há mais de 25 anos, nas usinas Marituba (UMA) e Sto Antonio (USA), localizadas na região canavieira de Alagoas, Brasil. Foram utilizadas amostras de solos coletadas em cinco camadas (0-10, 10-20, 20-40, 40-70 e 70-100 cm) do perfil do solo, em que se aplicou o fatorial 22x5 [(2)usinas-(2) com vinhaça (CV) e sem vinhaça (SV)-(5)camadas], totalizando vinte tratamentos com quatro repetições. Pelos resultados, se observou que a vinhaça promoveu alterações significativas no solo. Os atributos: pH, P, K+, Ca2++Mg2+, Matéria Orgânica do Solo (MOS), Carbono Solúvel em Água (CSA), percentagem de potássio trocável na capacidade de troca de cátions em (%KCTC) e porosidade apresentaram diferenças significativas a 0,01 de probabilidade pelo teste F. As variáveis, densidade do solo (DS) e argila, apresentaram diferenças significativas a 0,05 de probabilidade e capacidade de troca de cátions (CTC) e areias foram não significativas (NS). Para as variáveis do solo houve significância a 0,01 para: pH, P, K+, Ca2++Mg2+, MOS, CSA, CTC, areias e porosidade, enquanto as variáveis % K+ CTC e DS foram NS. Na interação de vinhaça com camadas, houve diferenças significativas pelo teste F a 0,01 para P, K+, Ca2++Mg2+, MOS, CTC, DS, % K+ CTC e areias. Houve diferença significativa a 0,05 para pH, CSA e argila. Na interação de vinhaça com camadas, as diferenças a 0,01 foram para P, Ca2++Mg2+, MOS, CSA, e % K+ CTC, com 0,05 de probabilidade, as variáveis CTC e DS apresentaram diferenças significativas, já pH, K+, CTC, areia, argila e porosidade foram NS. Comparando as médias entre as áreas com e sem vinhaça, pelo teste de Tukey a 0,05, tem-se médias maiores para camadas da área que receberam vinhaça, para pH, P, K+, Ca2++Mg2+, CSA, DS e % K+ CTC. Foram semelhantes para CTC e areias, porém, na área que não recebeu vinhaça apresentaram superioridade: MOS, argila e porosidade. Os dados obtidos no presente trabalho indicam que a adição de vinhaça ao solo foi benéfica e por isso se recomenda a manutenção de seu uso, diante da comparação entre o benefício e o prejuízo que a vinhaça poderá causar.

Com o propósito de explorar o potencial de geração de metano a partir de vinhaça de cana-de-açúcar e propor procedimentos de controle do processo anaeróbio, foi utilizado um reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) em escala piloto, equipado de separador gás-sólido-líquido modificado e sem recirculação de efluente. A unidade foi inoculada com lodo granular e utilizou-se substrato concentrado (DQO de 20 g.L-1) para sua alimentação. O reator foi submetido a cargas orgânicas volumétricas (COV) de 0,7 a 7 KgDQO.m-3.d-1, durante 300 dias de operação. O procedimento operacional baseou-se no aumento de carga por escalonamento da vazão de alimentação em função da manutenção de variação inferior a 10% para a eficiência do sistema. Para o tamponamento da vinhaça de alimentação, no início da operação utilizou-se 1g NaHCO3.g-1DQOafluente, com redução gradativa até 0,125g NaHCO3.g-1DQOafluente. O monitoramento do desempenho do processo anaeróbio se deu pela avaliação dos parâmetros: eficiência de remoção de DQO, pH, alcalinidade, ácidos voláteis, razão alcalinidade intermediária/alcalinidade parcial, razão Prop:Ac, vazão de metano e porcentagem de metano no biogás. O reator UASB apresentou valor médio de eficiência de remoção de DQO de 92±4,4%, para cargas aplicadas entre 0,7 e 4,8 KgDQO.m-3.d-1. A maior produção média de metano observada durante o período operacional foi 5 m3CH4.m-3 de vinhaça aplicada para cargas orgânicas entre 4,1 e 5,6 KgDQO.m-3.d-1. A produção de biogás apresentou valor médio de metano de 70±7% para 1 a 5,6 Kg DQO.m-3.d-1. A operação do reator com cargas aplicadas acima de 5,6 KgDQO.m-3.d-1 gerou menor produção de biogás, redução na porcentagem de metano e aumento da carga de ácidos voláteis efluente, assim como queda na eficiência de remoção de DQO. Devido ao acréscimo de carga (0-2 para 4-6 KgDQO.m-3.d-1), a variação da concentração para cada tipo de ácido foi: acético (56±70 para 216±121 mg.L-1), propiônico (26±28 para 165±150 mg.L-1) e butírico (4±7 para 60±18 mg.L-1). Notou-se que a relação entre as concentrações de ácido propiônico e ácido acético (razão Prop:Ac) pode ser utilizada como parâmetro de monitoramento da estabilidade do reator. A elevação de COV de 3,9 a 6,4 KgDQO.m-3.d-1acarretou alteração na razão Prop:Ac de 0,8 a 1,75, corroborando descontroles do processo anaeróbio associado à queda de eficiência na geração de metano. / In order to explore the potential of methane generation from sugarcane vinasse and propose procedures for the anaerobic process control, was utilized a pilot scale UASB reactor (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), equipped with modified gas-solid-liquid separator and without recirculation of effluent. The unit was inoculated with granular sludge and concentrated substrate was used (COD 20 g.L-1) for feeding. The reactor was submitted to volumetric organic load (VOL) from 0.7 to 7 KgCOD.m-3.d-1, during 300 days of operation. The reactor operation was based on the increase of load by staggering the feed flow in function of the maintenance of variation lower than 10% for the system efficiency. For buffering the feedings vinasse was used 1g NaHCO3.g-1CODinfluent at the beginning of the operation, with gradual reduction to the value of 0.125 g NaHCO3.g-1CODinfluent. The monitoring of the anaerobic process performance was due to the evaluation of the following parameters: efficiency of COD removal pH, alkalinity, intermediate alkalinity/partial alkalinity ratio; Prop:Ac ratio, methane flow and percentage of methane in the biogas. The UASB reactor demonstrated a COD average removal efficiency of 92±4.4%, to applied loads between 0.7 and 4.8 KgCOD.m-3.d-1. The highest average methane production observed during the operational period was 5 m3CH4.m-3 of vinasse applied for organic loads between 4.1 and 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The biogás production demonstrated a methane average of 70±7% for 1 to 5.6 KgCOD.m-3.d-1. The reactor operation with loads up to 5.6 KgCOD.m-3.d-1 caused lower production of biogas, reduction in the percentage of methane and increase for effluent volatile acids load, as well as decrease of COD removal efficiency. Due to the additional load (0-2 to 4-6 KgCOD.m-3.d-1), the change in concentration for each type of acid was: acetic acid (56±70 to 216±121 mg.L-1), propionic acid (26±28 to 165±150 mg.L-1) and butyric acid (4±7 to 60 ± 18 mg.L-1). It was noted that the relationship between the concentrations of propionic acid and acetic acid (ratio Prop:Ac) may be used as a monitoring parameter of the reactor stability. The increase in VOL of 3.9 to 6.4 KgCOD.m-3.d-1 caused change in the Prop:Ac ratio of 0.8 to 1.75, confirming the upsets on the anaerobic process associated with efficiency drop in methane generation.

La vinasse de distillerie, co-produit de l’industrie canne-sucre-alcool-énergie, contient de 5 à 7 g/L d’un acide d’intérêt, l’acide aconitique, au sein d’un milieu complexe comportant d’autres acides organiques, des acides aminés, mais surtout des sels minéraux (chlorures et sulfates) et des colorants, rendant sa purification complexe. Afin d’améliorer les performances du procédé d’échange d’ions, au coeur de cette purification, la résine anionique faible Lewatit S4528 a été caractérisée. Le dosage de la résine et des mesures d’isothermes d’échange d’ions ont permis de définir : la capacité totale du support, l’ordre d’affinité des principaux anions de la vinasse et les coefficients d’échange d’ions associés, de même que la capacité pour l’acide d’intérêt dans cette matrice complexe. L’effet du pH, de la forme du support (sulfate, chlorure et base libre) et de l’éluant ont été étudiés en colonne pour différentes solutions (acide seul, vinasse « modèle », vinasse réelle), permettant de préciser les mécanismes de la purification.Les meilleures conditions (vinasse à pH 4,5, résine sous forme chlorure et élution par HCl 0,5 N) ont abouti à un éluat d’une pureté de 28 %MS avec un rendement global de 61 %. Pour éliminer les principales impuretés qui persistent dans l’éluat (ions chlorure et sulfate et des colorants), l’électrodialyse s’est avérée un procédé très performant en ce qui concerne l’élimination des ions chlorure (proche de 100 %) tandis qu’une étape d’adsorption sur résine polystyrénique XAD16 permet l’élimination de 80 % de la charge colorante de l’éluat acide. Le couplage le plus intéressant associe microfiltration, échange d’ions, électrodialyse et adsorption. Il permet d’obtenir une pureté estimée à 37 % MS, avec un facteur de purification de 3,6 par rapport à la vinasse initiale. Ces travaux ont permis d’améliorer d’un facteur 2,6 la pureté de l’acide par rapport à des études antérieures et de mieux comprendre les mécanismes de sa purification sur résine anionique faible. / Cane stillage or vinasse, a byproduct of cane industry, contains from 5 to 7 g/L of aconitic acid, a valuable trivalent carboxylic acid belonging to the second class of building block chemicals. Vinasse also contains a variety of organic compounds (organic acids, amino-acids, colouring matters) and minerals (chlorides, sulphates), which makes purification not straightforward. The objective of this work is to develop the extraction of aconitic acid from stillage, with anion exchange as the heart of the process. In order to improve performances, the main characteristics of the selected anion-exchange resin (Lewatit S4528) are studied. Acid-base dosage and ion-exchange equilibrium experiments allow the total capacity of this support and the ion-exchange coefficients for the major competing anions (aconitate, chloride and sulfate) to be obtained. Separation performances in column are studied for different pH, different solutions (aconitic acid alone, synthetic and industrial stillage) and different resin forms (sulfate, chloride and free- base) in order to elucidate the separation mechanisms.Elution step is also investigated. Best conditions are for stillage at its natural pH (pH 4.5) on the resin under chloride form and HCl 0,5N as the eluant. A 28% DM purity and a 61% global recovery are achieved for aconitic acid in the eluate. Main impurities still remaining are chlorides or sulfates and coloring matter. Homopolar electrodialysis proves successful for removing nearly 100% chlorides from aconitic acid with a limited loss of the acid (< 15%). Adsorption step on a polystyrenic resin (XAD16) of an acidic eluate leads to the retention of 80% of the colorants, with only 12% of the acid lost. At last, the most interesting process combination associates microfiltration, anion-exchange, electrodialysis and adsorption. Purity is 37% MS, namely 3.6 higher than the original vinasse. This work enables aconitic acid purity to be improved by a factor of 2.6 compared with prior studies and to have a better comprehension of the mechanisms involved in its purification on weak anionic resin.

Esta dissertação apresenta uma contribuição aos estudos de planejamento do sistema elétrico do Estado de São Paulo, ressaltando os benefícios que se obteria, com uma maior integração das fontes renováveis à matriz elétrica desse estado (notadamente as fontes de energia solar fotovoltaica, eólica, aproveitamento dos resíduos sólidos urbano RSU e vinhaça), visando o aumento da segurança e independência energética, redução de perdas, e benefícios ambientais. Para tanto, apresenta-se o conceito das usinas virtuais, cujo propósito é obter um melhor e maior aproveitamento dos recursos energéticos normalmente dispersos espacialmente - incluindo nesse rol a microgeração distribuída, a autoprodução e cogeração, e mesmo as fontes não renováveis que se encontram perto dos centros de consumo - com o objetivo de coordenar o seu funcionamento conjunto para satisfazer os requisitos da demanda de energia, por meio do uso da Tecnologia da Informação e Telecomunicações ou das Redes Inteligentes (Smart Grid), e, além disso, configurando a usina virtual de maneira que ela atue , no que diz respeito ao sistema interconectado de energia elétrica, rede de transmissão ou distribuição, como se fosse uma planta de geração de grande porte. Apresenta-se uma análise e projeções da operação e do suprimento do subsistema Sudeste/Centro Oeste (SE/CO), com foco especial no Sistema Elétrico do Estado de São Paulo, com suas interações com o SIN. / This Thesis presents contributions for the planning of the electrical system of São Paulo State Brazil, emphasizing benefits obtained with a better integration of renewables (mainly solar photovoltaics, wind energy, from municipal solid waste and sugarcane vinasse) aiming energy security and independence, loss reduction and environmental benefits. For this, the concept of VPP Virtual Power Plant is introduced, in which a better and broader use of energetic resources, geographically dispersed, including distributed microgeneration, autoproduction, cogeneration, and even nonrenewable sources, is facilitated. Those disperse energy resources, in general located near the consumer, are grouped and jointly managed, in order of to satisfy the demand requirements, using Smart Grid and Information and Telecommunication Technologies, and making the VPP to act, for the transmission or distribution system point of view, as a conventional large electrical power plant. An analysis and forecasts of the operation of the Brazilian Southeast/Center West (SE/CO) subsystem, with special focus on São Paulo State electrical system, and its interactions with the Brazilian Interconnected Electrical System (SIN), is presented.

Esta dissertação apresenta uma contribuição aos estudos de planejamento do sistema elétrico do Estado de São Paulo, ressaltando os benefícios que se obteria, com uma maior integração das fontes renováveis à matriz elétrica desse estado (notadamente as fontes de energia solar fotovoltaica, eólica, aproveitamento dos resíduos sólidos urbano RSU e vinhaça), visando o aumento da segurança e independência energética, redução de perdas, e benefícios ambientais. Para tanto, apresenta-se o conceito das usinas virtuais, cujo propósito é obter um melhor e maior aproveitamento dos recursos energéticos normalmente dispersos espacialmente - incluindo nesse rol a microgeração distribuída, a autoprodução e cogeração, e mesmo as fontes não renováveis que se encontram perto dos centros de consumo - com o objetivo de coordenar o seu funcionamento conjunto para satisfazer os requisitos da demanda de energia, por meio do uso da Tecnologia da Informação e Telecomunicações ou das Redes Inteligentes (Smart Grid), e, além disso, configurando a usina virtual de maneira que ela atue , no que diz respeito ao sistema interconectado de energia elétrica, rede de transmissão ou distribuição, como se fosse uma planta de geração de grande porte. Apresenta-se uma análise e projeções da operação e do suprimento do subsistema Sudeste/Centro Oeste (SE/CO), com foco especial no Sistema Elétrico do Estado de São Paulo, com suas interações com o SIN. / This Thesis presents contributions for the planning of the electrical system of São Paulo State Brazil, emphasizing benefits obtained with a better integration of renewables (mainly solar photovoltaics, wind energy, from municipal solid waste and sugarcane vinasse) aiming energy security and independence, loss reduction and environmental benefits. For this, the concept of VPP Virtual Power Plant is introduced, in which a better and broader use of energetic resources, geographically dispersed, including distributed microgeneration, autoproduction, cogeneration, and even nonrenewable sources, is facilitated. Those disperse energy resources, in general located near the consumer, are grouped and jointly managed, in order of to satisfy the demand requirements, using Smart Grid and Information and Telecommunication Technologies, and making the VPP to act, for the transmission or distribution system point of view, as a conventional large electrical power plant. An analysis and forecasts of the operation of the Brazilian Southeast/Center West (SE/CO) subsystem, with special focus on São Paulo State electrical system, and its interactions with the Brazilian Interconnected Electrical System (SIN), is presented.