A produção de hidrogênio e intermediários químicos por processo fermentativo é uma linha de pesquisa atual e que pode representar uma alternativa ao setor sucroenergético de melhoria na eficiência produtiva e energética dos processos. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tempo de detenção hidráulica (TDH) na produção de hidrogênio e metabólitos solúveis a partir de três reatores anaeróbios de leito granular expandido (EGSB) mesofílicos (30°C) independentes (EGSB-10, EGSB-20 e EGSB-30), operando em diferentes concentrações afluentes (10, 20 e 30 g DQO L-1, respectivamente) e submetidos a tempos de detenção hidráulica de 24, 16, 8, 4, 2 e 1 h. No EGSB-10 o processo fermentativo não foi direcionado à produção de hidrogênio, sendo gerados, no entanto, compostos de interesse comercial (ácidos acético e propiônico) como metabólitos principais. O HAc produzido pela via homoacetogênica foi quantificado entre 29 e 41,3% do HAc total produzido no reator, justificando a ausência de hidrogênio nesse reator. No EGSB-20 a produção de hidrogênio ocorreu somente no TDH de 1 h (480 kg DQO m-3 d-1), sendo a PVH igual a 4,36 ± 1,68 L d-1 L-1 e o HY 0,34 ± 0,05 mmol H2 g-1 DQO. Já o EGSB-30 apresentou produção de hidrogênio nos TDH de 2 e 1 h, sendo a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) máxima obtida no TDH de 1 h (8,77 ± 1,46 L d-1 L-1) e o maior rendimento de hidrogênio (HY) obtido no TDH de 2 h (0,33 ± 0,08 mmol H2 g-1 DQO). Em ambos os reatores (EGSB-20 e EGSB-30) a produção de hidrogênio foi favorecida pela elevação nas concentrações dos ácidos butírico e lático. A geração de ácido lático foi sugerida como fonte alternativa de carbono nesses reatores em condição de menor disponibilidade de carboidrato aos microrganismos, sendo, no entanto, uma via de baixo rendimento, o que justifica os valores reduzidos de HY. Os resultados obtidos evidenciaram a possibilidade de produção de hidrogênio e metabólitos solúveis por processo fermentativo a partir da vinhaça de cana-de-açúcar em reatores EGSB. / Hydrogen and chemical intermediates production by fermentative process is a current research line and may present an alternative to the sugarcane industry to improve the productivity and energy efficiency of the process. Moreover, this study aimed to evaluate the effect of hydraulic retention time (HRT) over the production of soluble metabolites in three independent mesophilic (30°C) expanded granular sludge bed (EGSB) reactors named EGSB-10, EGSB-20 and EGSB-30. These EGSB reactors were operated at different feed concentrations (10, 20 and 30 g DQO L-1) and hydraulic retention times of 24, 16, 8, 4, 2 e 1 h. In EGSB-10 the fermentation process was not directed towards hydrogen production. However, compounds of commercial interest (acetic and propionic acids) were produced as main metabolites. The acetic acid produced by the homoacetogenic pathway was quantified around 29 and 41.3% of total acetic acid, corroborating with the absence of hydrogen in this reactor. In EGSB-20 hydrogen production occurred only in HRT of 1 h. The hydrogen production rate (HPR) in this reactor was 4.36 ± 1.68 L d-1 L-1 and hydrogen yield (HY) was 0.34 ±0.05 mmol H2 g-1 COD. EGSB-30 presented hydrogen production in HRT of 2 and 1 h, with maximum HPR obtained in the HRT of 1 h (8.77 ± 1.46 L d-1 L-1). The highest HY was achieved in HRT of 2 h (0.33 ± 0.08 mmol H2 g-1 COD). In both rectors (EGSB-20 and EGSB-30), hydrogen production was favored by the increase of butyric and lactic acid concentrations. Lactic acid generation in the hydrogen production stages suggested the occurrence of an alternative carbon source in systems operated with carbohydrate limitation to the microorganisms. However, lactic acid generation is a metabolic route of low yield. As a consequence, HY was low in the evaluated experimental conditions. The production results evidenced the possibility of hydrogen and soluble metabolites production by fermentative process of sugarcane vinasse in EGSB reactors.

A avaliação da qualidade da água do rio Piracicaba foi realizada utilizando diferentes metodologias e organismos teste, e para tanto, de fevereiro de 2011 a janeiro de 2012 amostras de água foram coletadas em seis locais de amostragens ao longo do rio Piracicaba. Parâmetros físicos e químicos da água foram mensurados e de acordo com a condutividade elétrica e demanda bioquímica de oxigênio, baixa qualidade foi observada em locais próximos a Americana e Piracicaba. Efeitos sobre a reprodução de Ceriodaphnia dubia e Ceriodaphnia silvestrii foram observados em fevereiro e março de 2011 e janeiro de 2012, e ocorreram em amostras coletadas próximas às cidades de Americana e Piracicaba. A avaliação das brânquias do peixe Danio rerio mostrou que para todos os meses, exceto fevereiro, setembro e outubro para alguns pontos, as alterações não foram significativas. Amostras de água coletada em todos os locais, assim como em todos os meses apresentaram valores de clorofila a abaixo do estabelecido pela legislação ambiental brasileira. A água coletada nos meses de outubro e novembro e aquelas amostradas à montante e à jusante de Piracicaba apresentaram maiores valores de índice de estado trófico comparado aos outros pontos e meses do ano, no entanto, não foram classificadas como eutrofizadas. Concentrações dos herbicidas atrazina e ametrina também foram determinadas na água do rio Piracicaba e variaram de 0,11 a 1,92 \'mü\'g L-1 e 0,25 a 1,44 \'mü\'g L-1, respectivamente, e mostraram ter potencial mutagênico e genotóxico para D. rerio. Um estudo avaliando a toxicidade da vinhaça antes e após a correção do pH também foi realizado já que o rio Piracicaba está localizado em uma região influenciada por plantações de cana-de-açúcar. Os resultados apresentados confirmam que a vinhaça possui alta toxicidade aguda para organismos aquáticos, no entanto, esta pode ser reduzida através da correção do seu pH para 6,5 / An assessment of water quality of the Piracicaba River was performed using different methodologies and organisms, and therefore, from February 2011 to January 2012 water samples were collected at six sampling sites along the Piracicaba River. Physical chemical parameters of the water were measured and demonstred low water quality according to the conductivity and biochemical oxygen in places close to Americana and Piracicaba. Effects on the reproduction of Ceriodaphinia dubia and Ceriodaphnia silvestrii were observed in February and March 2011, and January 2012 and occurred in samples collected close to Americana and Piracicaba cities. Evaluation of the gills of Danio rerio showed no significant difference during all months, except in February, September and October for some locations. During the study period, water samples collected in all sampling sites and months presented values of chlorophyll a below the limit set by the Brazilian environmental law. Water collected in October and November and those sampled upstream and downstream of Piracicaba presented higher values of throfic state index than the other sites and months, however, were not classified as euthrofic. Concentrations of atrazine and ametrine during the sampling period were also measured and ranged from 0.11 to 1.92 \'mü\'g L-1 and from 0.25 to 1.44 \'mü\'g L-1, respectively, and showed genotoxic and mutagenic potentials to D. rerio. A study evaluating the acute toxicity of vinasse before and after the pH correction was conducted due to the influence of sugar cane cultures on the Piracicaba River area. The results confirmed the high acute toxicity of vinasse to aquatic organisms, however, this can be reduced by correcting its pH to 6.5

A gaseificação utiliza o conteúdo intrínseco de carbonos e hidrogênios das matérias primas sólidas ou líquidas na geração de uma mistura de hidrogênio (H2), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). Tal mistura pode ser utilizada como matéria prima na síntese de novos produtos ou como combustível. A gaseificação pode ser utilizada no processamento de uma gama variada de produtos, independentemente de suas características ou estado físico. A utilização de biomassa como insumo da gaseificação vem sendo cada vez mais explorada e estudada, já que apresenta benefícios não somente na esfera ambiental, mas também em âmbitos econômicos e sociais. A vinhaça é um subproduto do processo de produção de álcool, que contém grandes concentrações de nutrientes e matéria orgânica em sua composição. A sua utilização hoje está limitada a fertirrigação e a aplicações isoladas em biodigestão e outros, que não são suficientes para o consumo da produção anual crescente do resíduo. Seu uso na gaseificação permitiria o aproveitamento do conteúdo orgânico da mesma e a produção de gases de alto valor agregado. Como a umidade do insumo interfere negativamente na eficiência da gaseificação clássica, a aplicação da mesma para matérias primas com alto teor de líquidos não é recomendada. Uma alternativa viável seria a utilização do meio gaseificante supercrítico, que resulta em rendimentos constantes, independentemente da umidade da corrente de entrada do reator. O presente trabalho consiste no projeto de um módulo de gaseificação de vinhaça em água supercrítica, a ser instalado como uma unidade anexa a usinas de açúcar e álcool. Ele compreende o projeto conceitual e análise de viabilidade deste módulo, incluindo estimativas de CAPEX (Capital Expenditure) e OPEX (Operation Expenditure) e uma análise de sensibilidade dos mesmos. O estudo apresenta ainda o estado da arte do conhecimento e da tecnologia de gaseificação com água supercrítica (SCWG), relacionando os gargalos a serem resolvidos, assim como os ganhos intrínsecos da definição conceitual do projeto. / The gasification process uses the carbon and hydrogen content in a given solid or liquid feedstock to produce a gaseous mixture of hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). This mixture can be used as a precursor in the synthesis of new products or directly as a fuel. The gasification can be used in the processing of a wide range of materials, regardless of its characteristics or physical state. The use of vinasse as a gasification feedstock has been increasingly explored and studied, since its appeal lies not only on the environmental sphere, but as well on economic and social scope. Vinasse is a byproduct of the ethanol/ sugar producing process and contains large concentrations of nutrients and carbon organic matter in its protein-rich composition. The use of this fluid is limited today to fertirrigation and isolated applications, that are not enough for the consumption of its growing production. The possibility of gasifying the vinasse would allow a more profitable use of the fluid. In the classical gasification, the moisture content of the product being gasified impairs the yield of the reaction. So, for liquid feedstock its use is not recommended. One viable alternative for this case would be the use of the supercritical water as a reaction medium, which results in constant yields regardless of the moisture content of the raw material. This work consists on the design of module for vinasse gasification in supercritical water, to be installed as a unit, attached to an alcohol/ sugar plant. It comprises the conceptual design and feasibility study of the module, including CAPEX and OPEX estimates, plus a sensitivity analysis. The study also presents the state of the art of the knowledge associated to SCWG technology, relating bottlenecks to be solved, as well as the intrinsic gains from conceptual design definition.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a interferência da sulfetogênese sobre a produção de metano em reator anaeróbio de leito fixo ordenado tratando água residuária orgânica contendo sulfato. A escolha dessa configuração de reator foi devida à possibilidade de manutenção de uma área transversal de escoamento na zona reacional, o que minimiza diversos problemas oriundos da colmatação do leito por acúmulo de polímeros extracelulares e sólidos suspensos nos interstícios do material suporte. Foram utilizados dois sistemas em paralelo com as mesmas características operacionais e alimentados com água residuária sintética simulando alguns componentes da fração solúvel da vinhaça, e matéria orgânica constituída por uma mistura de sacarose, etanol e fenol. Um dos reatores recebeu adição de sulfato apenas como fonte de enxofre requerido pela digestão anaeróbia e o outro recebeu dosagem de sulfato para relações DQO/Sulfato de 3 a 5. O estudo se estendeu por 7 fases operacionais distintas. A concentração afluente de matéria orgânica variou de 800 para 1000, 2000 e 4000 mg.L-1. O tempo de detenção hidráulica (TDH) foi de 24 h. Na última fase operacional (com carga orgânica aplicada de 4 g.L-1.dia-1) as eficiências de remoção de matéria orgânica chegaram a cerca de 97% no reator metanogênico e de 96% no reator sulfetogênico. Este último também obteve eficiências de remoção de sulfato da ordem de 97% nessa fase (com relação DQO/Sulfato de 3 e concentração afluente de sulfato de 1300 mg.L-1), chegando ao máximo de 99% de remoção em alguns dias de operação. No sistema sulfetogênico a relação DQO/Sulfato que proporcionou maiores eficiências de remoção combinada de matéria orgânica e sulfato, com maior geração de alcalinidade, foi de 3 gDQO/gSO42-. Os reatores metanogênico e sulfetogênico apresentaram rendimentos de metano próximos ao longo do tempo, tendo o sistema sulfetogênico apresentado rendimento de metano superior ao alcançado pelo sistema metanogênico em alguns dias da operação. Na última fase os rendimentos médios de metano obtidos foram, nas CNTP, da ordem de 320 mLCH4/gDQOremovida no reator sulfetogênico, e da ordem de 315 mLCH4/gDQOremovida no reator metanogênico. Esses resultados não indicaram inibição significativa da atividade metanogênica sob as condições impostas no sistema sulfetogênico, viabilizando a recuperação de energia pelo aproveitamento do metano. / The aim of this study was to evaluate the interference of sulphidogenesis on methane production in structured bed anaerobic reactor treating organic wastewater containing sulphate. Choosing this setting reactor was due to the possibility of maintaining a crosssectional area of flow in the reaction zone, which minimizes several problems caused by the clogging of the bed by accumulation of extracellular polymers and suspended solid in the interstices of support material. Two parallel systems were used with the same operational features and fed with synthetic wastewater simulating some compounds of the soluble fraction of vinasse, and organic matter constituted by a mixture of sucrose, ethanol and phenol. One reactor received sulphate just as a source of sulfur required for anaerobic digestion and another one received sulphate dosage for COD/Sulphate ratios from 3 to 5. Seven distinct operational phases were tested. The influent concentration of organic matter ranged from 800 to 1000, 2000 and 4000 mg.L-1. The hydraulic retention time (HRT) was 24 h. In the last step (with organic loading rate of 4 g.L-1.day-1) the efficiencies of organic matter removal were around 97% in the methanogenic reactor and 96% in sulfidogenic reactor. The last one also achieved efficiencies of sulphate removal close to 97% in this phase (COD/Sulphate ratio of 3 and influent sulphate concentration of 1300 mg.L-1), reaching a maximum removal of 99% in some operational days. The COD/Sulphate ratio in sulfidogenic system that showed higher efficiencies of combined removal of organic matter and sulphate, with higher generation of alkalinity, was 3 gCOD/gSO42-. The methanogenic and sulfidogenic reactors showed similar values of methane yield, having the sulfidogenic system presented higher methane yield than achieved by methanogenic system at some operational days. In the last phase the average yields of methane obtained, at NTP, were around 320 mLCH4/gCODremoved in the sulfidogenic reactor, and around 315 mLCH4/gCODremoved in the methanogenic reactor. These results indicated no significant inhibition of methanogenic activity under the conditions imposed in sulfidogenic system, enabling energy recovery by use of produced methane.

O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar e também o primeiro do mundo na produção de açúcar e etanol, o biocombustível mais utilizado como alternativa energética no país (BRASIL, 2017). No entanto, esse processo produtivo precisa considerar os subprodutos gerados, principalmente a vinhaça, que se não tratada e disposta corretamente podem causar problemas ambientais sérios. Sendo um efluente com alta carga orgânica, a vinhaça concentra potencial substancial para geração de bioenergia como o metano. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência da concentração de sulfato, advindo da utilização de ácido sulfúrico para manutenção da pureza das cepas fermentativas e incorporado à vinhaça, na produção de metano. Para tanto, testes em batelada foram feitos com relações DQO/Sulfato diferentes. As respostas obtidas no planejamento experimental fatorial 22 com ponto central, utilizando a demanda química de oxigênio (DQO) e sulfato como os fatores, foram a produção de metano, a eficiência de remoção de matéria orgânica e a eficiência de remoção de sulfato ao longo dos ciclos de operação. As faixas estudadas foram de 4,6 a 2,0 gDQO.L-1 e 0,3 a 2,3 gSO4-2.L-1. Dessa forma, para o intervalo de concentrações testadas, a quantidade de matéria orgânica foi o fator mais importante para a produção de metano, e foi constatado que o sulfato possuiu efeito negativo em sua produção. Para a eficiência de remoção de matéria orgânica, a interação dos fatores foi a mais significativa, mostrando que a participação das bactérias redutoras de sulfato foi positiva, aumentando a eficiência de remoção. Com relação à eficiência de remoção do sulfato, apenas a concentração de sulfato foi significativa para a remoção do mesmo, quanto maior a concentração menor foi a eficiência de remoção observada. A maior produção de metano ocorreu na condição 4,6 gDQO.L-1 e 0,3 gSO4-2.L-1, DQO/SO42- de 12,5, em que a eficiência de remoção de matéria orgânica foi de 80% e a de sulfato foi de 89%. A biomassa desenvolveu as rotas metanogênica e sulfetogênica, sendo a metanogênica responsável pela maior eficiência de remoção (85% do total). Sequenciamento Illumina MiSeq 16S rRNA foi feito no inóculo utilizado nos experimentos, indicando a presença abundante das bactérias capazes de produzir acetato (54,75%), dentre elas o gênero Desulfofaba (Bactéria Redutora de Sulfato Oxidativa Incompleta, 7,08%), mostrando uma predisposição da rota metanogênica pela via do acetato ser a predominante. / Brazil is the world\'s largest producer of sugarcane and the world\'s leading producer of sugar and ethanol, the most used biofuel as an energy alternative in the country (BRASIL, 2017). However, this productive process needs to consider the by-products generated, especially the vinasse, which if not treated and disposed properly can cause serious environmental problems. Being an effluent with high organic load, vinasse concentrates potential for bioenergy generation as methane. The objective of this work was to evaluate the influence of the sulfate concentration, resulting from the use of sulfuric acid to maintain purity of fermentative strains and incorporated into vinasse, in the production of methane. For that, batch tests were done with different COD/SO42- ratios. The responses obtained in the 22 design of experiment with central point, using the chemical oxygen demand (COD) and sulfate, as the factors were the methane production, the organic matter removal efficiency and the sulfate removal efficiency along the cycles of operation. The ranges studied were 4.6 to 2.0 gDQO.L-1 and 0.3 to 2.3 gSO42-.L-1. Therefore, for the range of concentrations tested, the amount of organic matter was the most important factor for the production of methane, and it was verified that the sulfate had a negative effect on its production. For the removal efficiency of organic matter, the interaction of the factors was the most significant, showing that the participation of the sulfate reducing bacteria was positive, increasing the removal efficiency. Regarding the sulfate removal efficiency, only the sulfate concentration was significant for the removal of itself, the higher the concentration the lower the observed removal efficiency. The highest methane production occurred in the condition 4.6 gDQO.L-1 and 0.3 gSO4-2.L-1, COD/SO42- of 12.5, where the removal efficiency of organic matter was 80% and sulfate was 89%. The biomass developed the methanogenic and sulfetogenic routes, being the methanogenic responsible for the greater removal efficiency (85% of the total). Sequencing Illumina MiSeq 16S rRNA was done in the inoculum used in the experiments, indicating the abundant presence of bacteria capable of producing acetate (54.75%), among them the genus Desulfofaba (Incomplete Oxidative Sulfate Reducing Bacteria, 7.08%), showing a predisposition of the methanogenic route through the acetate route is the predominant one.

O Brasil é o segundo maior produtor de etanol do mundo. A produção de etanol brasileira é quase que exclusivamente por via fermentativa. A fermentação alcoólica é uma etapa do processo industrial que consome grandes quantidades de água para diluir o xarope ou melaço para o preparo do mosto. Ademais, para cada litro de etanol produzido são gerados cerca de 10 a 14 litros de vinhaça. Este resíduo apresenta alto potencial poluente e pode atingir os recursos hídricos. Contudo, é composto por mais de 90% de água. Nesse sentido, uma estratégia para reduzir o potencial poluidor é realizar a produção de biogás através da biodigestão anaeróbia da vinhaça. Após esse processo, a água contida na vinhaça biodigerida pode ser tratada, com o auxílio de processos físico-químicos, e reutilizada em outros processo industriais. Por esses motivos, o objetivo do trabalho foi recuperar a água presente na vinhaça biodigerida e utilizá-la na diluição do xarope para fermentação alcoólica. Na primeira etapa da pesquisa, a vinhaça biodigerida foi submetida aos tratamentos físico-químicos, os quais consistiram em etapas de coagulação, sedimentação, centrifugação, filtragens sucessivas em filtro de areia, filtro de polipropileno (20 e 5 μm), filtro de carvão ativado e microfiltração (0,22 μm). A avaliação do resultado desses tratamentos foi realizada com base nos resultados de pH, condutividade, teor de sólidos totais (ST), sólidos totais voláteis (STV) e sólidos totais fixos (STF), demanda química de oxigênio(DQO), turbidez, teores de cátions e ânions. A segunda etapa, consistiu na realização de fermentação alcoólica com 4 ciclos fermentativos, utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae. Foram investigados dois tratamentos, a saber: 1) Tratamento 1 (T1) - Controle: o mosto foi preparado com diluição do xarope realizada com o uso de água destilada; e, Tratamento 2 (T2): o mosto foi preparado com a diluição do xarope utilizando água proveniente da vinhaça biodigerida após os tratamentos supracitados. Na 2ª etapa foram avaliados os seguintes parâmetros: açúcares redutores totais (ART), teor alcoólico, teores de cátions e ânions, glicerol, viabilidade celular, concentração de células de levedura, contaminação microbiana, rendimento e produtividade. As amostras de vinhaça biodigerida e amostras de água proveniente da vinhaça biodigerida apresentaram os seguintes resultados: pH 7,68 e a 7,99, respectivamente; turbidez de 2190 (±39,69) NTU e a 729,67(±10,07) NTU, respectivamente; e os teores totais de cátions de 24.984,67 mg L-1 e para 22.930,99 mg L-1, respectivamente. Também foram observadas diminuições nos teores dos seguintes componentes da água recuperada da vinhaça biodigerida: condutividade: diminuição de 39%; o teor de ST: redução de 28,2% e de STV diminuição de 42,5%. Já os teores totais de ânions nas amostras de água recuperada e tratada não apresentaram diferença significativa Na fermentação alcoólica, aquela conduzida sob as condições do T2 apresentou diferenças significativas no rendimento, em que no ciclo 3 a diferença entre os dois tratamentos foi de 12,6% (T1: 83,56% e T2: 70,99%) e no ciclo 4 essa diferença foi de 9,1 % (T1: 80,65% e T2: 71,56%). A produtividade no T2 também foi menor; no ciclo 2, a diferença entre T1 e T2 foi de 1,6 mL L-1 h-1 (T1: 8,83 ml L-1 h-1 e T2: 7,25 ml L-1 h-1); no ciclo 3 a diferença foi ainda maior atingindo 2,96 mL L-1 h-1 (T1: 10,0 mL L-1 h-1 e T2: 7,04 mL L-1 h-1). Esse comportamento também foi observado no ciclo 4, quando a produtividade de T1 foi 2,47 mL L-1 h-1 maior do que T2, ou melhor, T1: 10,25 mL L-1 h-1 e T2: 7,78 mL L-1 h-1. Essas diferenças nos resultados de T2 em relação aos do Tratamento Controle podem ser atribuídos altos teores de cátions no mosto, uma vez que as diferenças foram muito grandes, pois em T1 foram encontrados teores médios de 11206,86 ±123,99 mg L-1 e em T2, os resultados encontrados foram de 29.521,14 ±597,29 mg L-1. Isso pode ter induzido estresse osmótico às leveduras submetidas ao T2, de modo que, afetou negativamente a produtividade da fermentação. Portanto, conclui-se que é possível utilizar a água proveniente da vinhaça biodigerida no preparo do mosto para a fermentação alcoólica. Contudo, há necessidade de tratamento complementar aos realizados no presente estudo, visando reduzir a concentração de sais e por consequência o estresse osmótico às leveduras. / Brazil is the second largest producer of ethanol in the world. Brazilian ethanol production is almost exclusively via fermentation. Alcoholic fermentation is a stage of the industrial process that consumes large amounts of water to dilute the syrup or molasses for the preparation of the must. In addition, about 10 to 14 liters of vinasse are generated for each liter of ethanol produced. This residue presents high polluting potential and can reach water resources. However, it is composed of more than 90% water. In this sense, a strategy to reduce the polluting potential is to realize biogas production through anaerobic biodigestion of vinasse. After this process, the water contained in biodigested vinasse can be treated with the support of physico-chemical processes and reused in other industrial processes. For these reasons, the objective of the work was to recover the water present in the biodigested vinasse and to use it in the dilution of syrup for alcoholic fermentation. In the first phase of the research, biodigested vinasse was submitted to physical-chemical treatments, which consisted of coagulation, sedimentation, centrifugation, successive sand filtration, polypropylene filter (20 and 5 μm), activated carbon filter and microfiltration (0, 22 μm). The evaluation results of these treatments were carried out based on the results of pH, conductivity, total solids (TS), total volatile solids (STV), and fixed total solids (FTS), chemical oxygen demand (COD), turbidity, content of cations and anions. The second stage consisted of alcoholic fermentation with 4 fermentation cycles, using Saccharomyces cereviasiee yeasts. Two treatments were investigated: 1) Treatment 1 (T1) - Control: the wort was prepared with dilution of the syrup performed with the use of distilled water; and Treatment 2 (T2): the wort was prepared by diluting the syrup using water from the biodigested vinasse after the above treatments. In the second stage, the following parameters were evaluated: total reducing sugars (ART), alcohol content, cation and anion contents, glycerol, cell viability, yeast cell concentration, microbial contamination, yield and productivity. Samples of biodigested vinasse and samples of water from biodigested vinasse presented the following results: pH 7.68 and 7.99, respectively; turbidity of 2190 (± 39.69) NTU and 729.67 (± 10.07) NTU, respectively; and the total cation contents of 24,984.67 mg L-1 and 22930.99 mg L-1, respectively. Reductions of the following proportions were also observed in the water recovered from biodigested vinasse: conductivity: 39% decrease; the ST content: reduction of 28.2% and STV decrease of 42.5%. The total amount of anions in the samples of recovered and traded water did not present significant difference. In the alcoholic fermentation, the one conducted under T2 conditions presented significant differences in the yield; , in which in cycle 3 the difference between the two treatments was 12.6% (T1: 83.56% and T2: 70.99%) and in cycle 4 this difference was 9.1% (T1: 80, 65% and T2: 71.56%). Productivity in T2 was also lower; in cycle 2 the difference between T1 and T2 was 1.6 mL L-1 h-1 (T1: 8.83 mL L-1 h-1 and T2: 7.25 mL L-1 h-1); in cycle 3 the difference was even higher reaching 2.96 mL L-1 h-1 (T1: 10.0 mL L-1 h-1 and T2: 7.04 mL L-1 h-1). This behavior was also observed in cycle 4, when the productivity of T1 was 2.47 mL L-1 h-1 higher than T2, or better, T1: 10.25 mL L-1 h-1 and T2: 7.78 mL L-1 h-1. These differences in the results of T2 in relation to the Control Treatment can be attributed high levels of cations in the wort, since the differences were very large, because in T1 were found average contents of 11206.86 ± 123.99 mg L-1 and in T2, the results found were 29,521.14 ± 597.29 mg L-1. This may have induced osmotic stress to the yeasts submitted to T2, so that it negatively affected the fermentation productivity. Therefore, it is concluded that it is possible to use water from the biodigested vinasse in the preparation of the must for alcoholic fermentation. However, there is a need for complementary treatment to those carried out in the present study, in order to reduce the concentration of salts and consequently the osmotic stress to the yeasts.

Orientador: Marcelo Loureiro Garcia / Resumo: Com a crescente produção de etanol no Brasil, houve o aumento da geração da vinhaça, que em certas condições pode ser utilizada para a fertirrigação de lavouras de cana-de-açúcar com o intuito de elevar a fertilidade do solo. A pesquisa consistiu na análise temporal e espacial de dados das características químicas e físicas dos solos de uma lavoura de cana-de-açúcar e da vinhaça aplicada, além da análise granulométrica, química e mineralógica de seis amostras de solo coletadas na área de estudo. A partir dos resultados obtidos, observou-se que elevados volumes de vinhaça foram calculados em 2014, sendo que os resultados indicaram baixas condições de fertilidade com altas concentrações de H+Al e de CTC total. A análise temporal de uma das glebas da fazenda demonstrou que, em dosagens previamente calculadas, a aplicação de vinhaça pode melhorar a fertilidade do solo e promover a redução da acidez e da toxicidade por alumínio. As análises granulométricas, químicas e mineralógicas caracterizaram o latossolo vermelho da área de estudo como um solo arenoso muito fino a médio com altas concentrações de silicatos e óxidos e hidróxidos de ferro e alumínio com minerais de gibbsita, hematita, quartzo e argilominerais do grupo da caulinita. O estudo avaliou a possibilidade de lixiviação dos cátions de base e de concentração de íons H+ e Al3+ pela hidrólise total e parcial da caulinita e da gibbsita e da decomposição da Matéria Orgânica no período chuvoso, sendo que a fertirrigação repõe ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: As the ethanol production has been developing in Brazil, it resulted on the increase of vinasse generation, which under certain conditions can be used for fertirrigation of sugarcane plantations in order to increase soil fertility. The research consisted of temporal and spatial data analysis of chemical and physical characteristics of soils of the soils of a sugar cane yield and the applied vinasse, in addition to the granulometric, chemical and mineralogical analysis of six soil samples collected in the research area. From the results obtained, it was observed that high volumes of vinasse were calculated in 2014, as the results had also indicated low fertility conditions with high concentrations of H+Al and total CEC. The temporal analysis of the plot 15 demonstrated that, in controlled doses, the application of vinasse can improve soil fertility and promote reduction of acidity and toxicity by aluminum. The granulometric, chemical and mineralogical analyzes characterize the red latosol of the research area as a very fine to medium sandy soil with high concentrations of silicates and oxides and hydroxides of iron and aluminum with minerals of gibbsite, hematite, quartz and clay minerals of the kaolinite group. The research evaluated the possibility of leaching of base cations and concentration of H+ and Al3+ ions by total and partial hydrolysis of kaolinite and decomposition of Organic Matter (OM) in rainy season, with soil moisture restoring and reposition of macronutrients... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O Brasil é o segundo maior produtor de etanol do mundo. A produção de etanol brasileira é quase que exclusivamente por via fermentativa. A fermentação alcoólica é uma etapa do processo industrial que consome grandes quantidades de água para diluir o xarope ou melaço para o preparo do mosto. Ademais, para cada litro de etanol produzido são gerados cerca de 10 a 14 litros de vinhaça. Este resíduo apresenta alto potencial poluente e pode atingir os recursos hídricos. Contudo, é composto por mais de 90% de água. Nesse sentido, uma estratégia para reduzir o potencial poluidor é realizar a produção de biogás através da biodigestão anaeróbia da vinhaça. Após esse processo, a água contida na vinhaça biodigerida pode ser tratada, com o auxílio de processos físico-químicos, e reutilizada em outros processo industriais. Por esses motivos, o objetivo do trabalho foi recuperar a água presente na vinhaça biodigerida e utilizá-la na diluição do xarope para fermentação alcoólica. Na primeira etapa da pesquisa, a vinhaça biodigerida foi submetida aos tratamentos físico-químicos, os quais consistiram em etapas de coagulação, sedimentação, centrifugação, filtragens sucessivas em filtro de areia, filtro de polipropileno (20 e 5 μm), filtro de carvão ativado e microfiltração (0,22 μm). A avaliação do resultado desses tratamentos foi realizada com base nos resultados de pH, condutividade, teor de sólidos totais (ST), sólidos totais voláteis (STV) e sólidos totais fixos (STF), demanda química de oxigênio(DQO), turbidez, teores de cátions e ânions. A segunda etapa, consistiu na realização de fermentação alcoólica com 4 ciclos fermentativos, utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae. Foram investigados dois tratamentos, a saber: 1) Tratamento 1 (T1) - Controle: o mosto foi preparado com diluição do xarope realizada com o uso de água destilada; e, Tratamento 2 (T2): o mosto foi preparado com a diluição do xarope utilizando água proveniente da vinhaça biodigerida após os tratamentos supracitados. Na 2ª etapa foram avaliados os seguintes parâmetros: açúcares redutores totais (ART), teor alcoólico, teores de cátions e ânions, glicerol, viabilidade celular, concentração de células de levedura, contaminação microbiana, rendimento e produtividade. As amostras de vinhaça biodigerida e amostras de água proveniente da vinhaça biodigerida apresentaram os seguintes resultados: pH 7,68 e a 7,99, respectivamente; turbidez de 2190 (±39,69) NTU e a 729,67(±10,07) NTU, respectivamente; e os teores totais de cátions de 24.984,67 mg L-1 e para 22.930,99 mg L-1, respectivamente. Também foram observadas diminuições nos teores dos seguintes componentes da água recuperada da vinhaça biodigerida: condutividade: diminuição de 39%; o teor de ST: redução de 28,2% e de STV diminuição de 42,5%. Já os teores totais de ânions nas amostras de água recuperada e tratada não apresentaram diferença significativa Na fermentação alcoólica, aquela conduzida sob as condições do T2 apresentou diferenças significativas no rendimento, em que no ciclo 3 a diferença entre os dois tratamentos foi de 12,6% (T1: 83,56% e T2: 70,99%) e no ciclo 4 essa diferença foi de 9,1 % (T1: 80,65% e T2: 71,56%). A produtividade no T2 também foi menor; no ciclo 2, a diferença entre T1 e T2 foi de 1,6 mL L-1 h-1 (T1: 8,83 ml L-1 h-1 e T2: 7,25 ml L-1 h-1); no ciclo 3 a diferença foi ainda maior atingindo 2,96 mL L-1 h-1 (T1: 10,0 mL L-1 h-1 e T2: 7,04 mL L-1 h-1). Esse comportamento também foi observado no ciclo 4, quando a produtividade de T1 foi 2,47 mL L-1 h-1 maior do que T2, ou melhor, T1: 10,25 mL L-1 h-1 e T2: 7,78 mL L-1 h-1. Essas diferenças nos resultados de T2 em relação aos do Tratamento Controle podem ser atribuídos altos teores de cátions no mosto, uma vez que as diferenças foram muito grandes, pois em T1 foram encontrados teores médios de 11206,86 ±123,99 mg L-1 e em T2, os resultados encontrados foram de 29.521,14 ±597,29 mg L-1. Isso pode ter induzido estresse osmótico às leveduras submetidas ao T2, de modo que, afetou negativamente a produtividade da fermentação. Portanto, conclui-se que é possível utilizar a água proveniente da vinhaça biodigerida no preparo do mosto para a fermentação alcoólica. Contudo, há necessidade de tratamento complementar aos realizados no presente estudo, visando reduzir a concentração de sais e por consequência o estresse osmótico às leveduras. / Brazil is the second largest producer of ethanol in the world. Brazilian ethanol production is almost exclusively via fermentation. Alcoholic fermentation is a stage of the industrial process that consumes large amounts of water to dilute the syrup or molasses for the preparation of the must. In addition, about 10 to 14 liters of vinasse are generated for each liter of ethanol produced. This residue presents high polluting potential and can reach water resources. However, it is composed of more than 90% water. In this sense, a strategy to reduce the polluting potential is to realize biogas production through anaerobic biodigestion of vinasse. After this process, the water contained in biodigested vinasse can be treated with the support of physico-chemical processes and reused in other industrial processes. For these reasons, the objective of the work was to recover the water present in the biodigested vinasse and to use it in the dilution of syrup for alcoholic fermentation. In the first phase of the research, biodigested vinasse was submitted to physical-chemical treatments, which consisted of coagulation, sedimentation, centrifugation, successive sand filtration, polypropylene filter (20 and 5 μm), activated carbon filter and microfiltration (0, 22 μm). The evaluation results of these treatments were carried out based on the results of pH, conductivity, total solids (TS), total volatile solids (STV), and fixed total solids (FTS), chemical oxygen demand (COD), turbidity, content of cations and anions. The second stage consisted of alcoholic fermentation with 4 fermentation cycles, using Saccharomyces cereviasiee yeasts. Two treatments were investigated: 1) Treatment 1 (T1) - Control: the wort was prepared with dilution of the syrup performed with the use of distilled water; and Treatment 2 (T2): the wort was prepared by diluting the syrup using water from the biodigested vinasse after the above treatments. In the second stage, the following parameters were evaluated: total reducing sugars (ART), alcohol content, cation and anion contents, glycerol, cell viability, yeast cell concentration, microbial contamination, yield and productivity. Samples of biodigested vinasse and samples of water from biodigested vinasse presented the following results: pH 7.68 and 7.99, respectively; turbidity of 2190 (± 39.69) NTU and 729.67 (± 10.07) NTU, respectively; and the total cation contents of 24,984.67 mg L-1 and 22930.99 mg L-1, respectively. Reductions of the following proportions were also observed in the water recovered from biodigested vinasse: conductivity: 39% decrease; the ST content: reduction of 28.2% and STV decrease of 42.5%. The total amount of anions in the samples of recovered and traded water did not present significant difference. In the alcoholic fermentation, the one conducted under T2 conditions presented significant differences in the yield; , in which in cycle 3 the difference between the two treatments was 12.6% (T1: 83.56% and T2: 70.99%) and in cycle 4 this difference was 9.1% (T1: 80, 65% and T2: 71.56%). Productivity in T2 was also lower; in cycle 2 the difference between T1 and T2 was 1.6 mL L-1 h-1 (T1: 8.83 mL L-1 h-1 and T2: 7.25 mL L-1 h-1); in cycle 3 the difference was even higher reaching 2.96 mL L-1 h-1 (T1: 10.0 mL L-1 h-1 and T2: 7.04 mL L-1 h-1). This behavior was also observed in cycle 4, when the productivity of T1 was 2.47 mL L-1 h-1 higher than T2, or better, T1: 10.25 mL L-1 h-1 and T2: 7.78 mL L-1 h-1. These differences in the results of T2 in relation to the Control Treatment can be attributed high levels of cations in the wort, since the differences were very large, because in T1 were found average contents of 11206.86 ± 123.99 mg L-1 and in T2, the results found were 29,521.14 ± 597.29 mg L-1. This may have induced osmotic stress to the yeasts submitted to T2, so that it negatively affected the fermentation productivity. Therefore, it is concluded that it is possible to use water from the biodigested vinasse in the preparation of the must for alcoholic fermentation. However, there is a need for complementary treatment to those carried out in the present study, in order to reduce the concentration of salts and consequently the osmotic stress to the yeasts.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a interferência da sulfetogênese sobre a produção de metano em reator anaeróbio de leito fixo ordenado tratando água residuária orgânica contendo sulfato. A escolha dessa configuração de reator foi devida à possibilidade de manutenção de uma área transversal de escoamento na zona reacional, o que minimiza diversos problemas oriundos da colmatação do leito por acúmulo de polímeros extracelulares e sólidos suspensos nos interstícios do material suporte. Foram utilizados dois sistemas em paralelo com as mesmas características operacionais e alimentados com água residuária sintética simulando alguns componentes da fração solúvel da vinhaça, e matéria orgânica constituída por uma mistura de sacarose, etanol e fenol. Um dos reatores recebeu adição de sulfato apenas como fonte de enxofre requerido pela digestão anaeróbia e o outro recebeu dosagem de sulfato para relações DQO/Sulfato de 3 a 5. O estudo se estendeu por 7 fases operacionais distintas. A concentração afluente de matéria orgânica variou de 800 para 1000, 2000 e 4000 mg.L-1. O tempo de detenção hidráulica (TDH) foi de 24 h. Na última fase operacional (com carga orgânica aplicada de 4 g.L-1.dia-1) as eficiências de remoção de matéria orgânica chegaram a cerca de 97% no reator metanogênico e de 96% no reator sulfetogênico. Este último também obteve eficiências de remoção de sulfato da ordem de 97% nessa fase (com relação DQO/Sulfato de 3 e concentração afluente de sulfato de 1300 mg.L-1), chegando ao máximo de 99% de remoção em alguns dias de operação. No sistema sulfetogênico a relação DQO/Sulfato que proporcionou maiores eficiências de remoção combinada de matéria orgânica e sulfato, com maior geração de alcalinidade, foi de 3 gDQO/gSO42-. Os reatores metanogênico e sulfetogênico apresentaram rendimentos de metano próximos ao longo do tempo, tendo o sistema sulfetogênico apresentado rendimento de metano superior ao alcançado pelo sistema metanogênico em alguns dias da operação. Na última fase os rendimentos médios de metano obtidos foram, nas CNTP, da ordem de 320 mLCH4/gDQOremovida no reator sulfetogênico, e da ordem de 315 mLCH4/gDQOremovida no reator metanogênico. Esses resultados não indicaram inibição significativa da atividade metanogênica sob as condições impostas no sistema sulfetogênico, viabilizando a recuperação de energia pelo aproveitamento do metano. / The aim of this study was to evaluate the interference of sulphidogenesis on methane production in structured bed anaerobic reactor treating organic wastewater containing sulphate. Choosing this setting reactor was due to the possibility of maintaining a crosssectional area of flow in the reaction zone, which minimizes several problems caused by the clogging of the bed by accumulation of extracellular polymers and suspended solid in the interstices of support material. Two parallel systems were used with the same operational features and fed with synthetic wastewater simulating some compounds of the soluble fraction of vinasse, and organic matter constituted by a mixture of sucrose, ethanol and phenol. One reactor received sulphate just as a source of sulfur required for anaerobic digestion and another one received sulphate dosage for COD/Sulphate ratios from 3 to 5. Seven distinct operational phases were tested. The influent concentration of organic matter ranged from 800 to 1000, 2000 and 4000 mg.L-1. The hydraulic retention time (HRT) was 24 h. In the last step (with organic loading rate of 4 g.L-1.day-1) the efficiencies of organic matter removal were around 97% in the methanogenic reactor and 96% in sulfidogenic reactor. The last one also achieved efficiencies of sulphate removal close to 97% in this phase (COD/Sulphate ratio of 3 and influent sulphate concentration of 1300 mg.L-1), reaching a maximum removal of 99% in some operational days. The COD/Sulphate ratio in sulfidogenic system that showed higher efficiencies of combined removal of organic matter and sulphate, with higher generation of alkalinity, was 3 gCOD/gSO42-. The methanogenic and sulfidogenic reactors showed similar values of methane yield, having the sulfidogenic system presented higher methane yield than achieved by methanogenic system at some operational days. In the last phase the average yields of methane obtained, at NTP, were around 320 mLCH4/gCODremoved in the sulfidogenic reactor, and around 315 mLCH4/gCODremoved in the methanogenic reactor. These results indicated no significant inhibition of methanogenic activity under the conditions imposed in sulfidogenic system, enabling energy recovery by use of produced methane.

O setor sucroalcooleiro é uma importante representação do potencial bioenergético do Brasil. A estimativa da produção de cana-de-açúcar para a safra de 2007/2008, segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (Conab), será de mais de 11% que na safra passada. A cana-de-açúcar constitui uma fonte de energia abundante e renovável. Além do aproveitamento de seu caldo para a produção de etanol e do emprego do bagaço para fins energéticos em processos de combustão e gaseificação, seus polissacarídeos constituintes (celulose e polioses) podem ser liberados por hidrólises enzimáticas para serem fermentados a etanol e outros produtos químicos de maior valor agregado. Porém os resíduos gerados a partir desse processamento, como o bagaço e a vinhaça, podem ser reaproveitados para outros fins. A ecologia da degradação da celulose e lignina é lenta e muito complexa, envolvendo inúmeras e variadas interações metabólicas entre diferentes microrganismos que também são afetados por vários fatores ambientais. Partindo de nove linhagens de fungos, foram selecionados quatro quanto à produção de biomassa e produção de celulases e ligninases em meios específicos. Estas linhagens, três espécies e Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus e P. ostreatus, e Trichoderma reesei foram cultivadas em bagaço pré-tratado com 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 e combinação 2% H2O2 + 1,5% NaOH. Foram determinados o teor de celulose, lignina e hemicelulose resultante de cada tratamento e a atividade lignolíticas: lacase, peroxidase e manganês peroxidase e a atividade das enzimas celulolíticas: exoglicanase e endoglicanase, comparando com um controle sem tratamento químico. A atividade celulolítica foi avaliada com os quatro fungos cultivados em meio bagaço-moído umedecido com vinhaça e bagaço-moído umedecido com meio mineral. Em relação ao controle foi observado que o pré-tratamento conjunto 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave proporcionou maior quebra nas fibras aumentando 1,4 vezes o teor de celulose e diminuindo em 8,5 vezes o da hemicelulose. Esse mesmo tratamento também proporcionou uma maior atividade lignolítica para as quatro linhagens. O ascomiceto T. reesei produziu lacase, peroxidase e manganês peroxidase em todos os tratamentos inclusive no controle, sendo a atividade de manganês peroxidase de 1,9 a 4,8 vezes maior que os basidiomicetos. / The sugar-alcohol industry is an important representation of the bioenergy potential of Brazil. The estimative for the 2007/2008 sugarcane production, according to the National Supply Company (Conab), will be of about 11% more than the last season. Sugarcane constitutes a large and renewable energy source. Besides the exploitation of its juice for ethanol production and the use of bagasse for energetic means in processes of combustion and gasification, its polysaccharides constituents (cellulose and cellobiose) can be released by enzymatic hydrolyses for alcohol fermentation and other chemical of higher aggregate value. However the residues generated from this process, like bagasse and vinasse, which can be reutilized for other means. To obtain an effective conversion of these residues, chemical and biological pre-treatments are necessary for an improved hydrolysis. The ecology of the cellulose and lignin degradation is slow and very complex, involving innumerous and different metabolic interactions among microorganism that are also affected by many environmental factors. From nine lineages of fungi, were selected four relating to the production of biomass and cellulases and ligninases in specific media. These lineages, three species of Pleurotus: P. sajor-caju, P. ostreatoroseus and P. ostreatus, and the ascomycete Trichoderma reesei were cultivated in pre-treated bagasse with 2% H2SO4, 1,5% NaOH, 2% H2O2 and a combination of 2% H2O2 + 1,5% NaOH. It was determined the levels of cellulose, lignin and hemicellulose from each treatment and the lignolytic activity: laccase, peroxidase and manganese peroxidase and the activity of the cellulolitic enzymes: exogluconase and endogluconase, comparing to a control without chemical treatment. The cellulolitic activity was evaluated with the four cultivated fungi in two media: a grounded bagasse + vinasse and grounded bagasse + mineral media. Relating to the control was observed that the pre-treatment in conjunction with 2% H2O2 + 1,5% NaOH + autoclave promoted more breakage in the fiber increasing to 1,4 times the level of cellulose and decreasing the levels of hemicellulose to 8,5 times. This same treatment promoted a higher lignolytic activity for the four lineages. The ascomycete T. reesei produced laccase, peroxidase and manganese peroxidase in all treatments including the control, having the manganese peroxidase activity ranging from 1,9 to 4,8 times higher than the basidiomycetes.