A vinhaça é um resíduo que pode representar um problema ambiental, porém pode ser utilizado com fertilizante potássico na cultura da cana-de-açúcar, que apresenta uma grande importância na agricultura brasileira. A seleção de cultivares com um comportamento adequado às áreas que receberam esse resíduo, e o conhecimento das quantidades exportadas de macronutrientes primários pelos colmos, tem importância na melhoria da produtividade agrícola. Doze cultivares de cana-de-açúcar foram cultivadas em um LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO Distrófico psamítico (LVA) e um NITOSSOLO VERMELHO Eutroférrico latossólico (NV), no município de Rafard, SP, em áreas com aplicação de vinhaça, durante três safras. As cultivares, em função das características genéticas, do ano agrícola, do estágio e do conjunto de práticas utilizadas, apresentaram diferenças de produção, dentro de cada solo. A cultivar RB 835089 apresentou uma boa adaptação, enquanto que as cultivares RB 72454, SP 80-1842 apresentaram desempenho intermediário, nos dois ambientes. Já as cultivares RB 835486, RB 845257 e RB 825336 adaptaram-se melhor ao LVA e as cultivares SP 80-3280 e RB 855536 ao NV. As cultivares apresentaram concentrações diferentes de nutrientes em função do solo, do ano agrícola (estágio), das práticas culturais e da sua adaptabilidade ao ambiente e a ordem de exportação de macronutrientes primários obtida foi K>N>P. As exportações de nutrientes sofreram efeito do solo: LVA - 71; 14,2 (32,1 – P2O5); 141 (169 - K2O) kg ha -1 N, P e K, respectivamente e NV - 94; 9,2 (20,7 – P2O5) e 257 kg (310 - K2O) N, P e K, respectivamente. / The vinasse, a residue of sugarcane processing, can be an environmental risk. It is a potassium source that can be used for fertilization on sugarcane, which is a very important crop in Brazilian agriculture. The selection of varieties that shows high sugar yield per area unit and the determination of the amount of major nutrients in this crop has importance on achieving high yields. Twelve varieties were grown in a Hapludox and in a Kandiudalf soils in the state of São Paulo, Brazil, in vinasse application areas, during three harvests. The varieties presented yield differences, in each soil, as function of genetic characteristics, of the agricultural year and the set of management practices used. The variety RB 835089 presented a good adaptation, while the varieties RB 72454, SP 80-1842 had presented intermediate performance in the two soils used in the experiments. The varieties RB 835486, RB 845257 and RB 825336 adapted better in the Oxissol and the varieties SP 80-3280 and RB 855536 to the Alfisol. The varieties nutrients concentration varied with the soil, the agricultural year, the management practices and the adaptation environment. The order of exportation of primary macronutrients was K>N>P. The exportations of nutrients had soil effects: in the Oxisol - 71; 14,2 (32,1 - P2O5); (169 - 141 K2O) kg ha -1 of N, P and K, respectively, and in the Alfisol - 94; 9,2 (20,7 – P2O5) and 257 kg (310 – K2O) of N, P and K, respectively.

Made available in DSpace on 2016-07-18T17:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo.pdf: 12526 bytes, checksum: df6cf084d4a63552ea7bebde6c4b1dd4 (MD5) Previous issue date: 2016-05-13 / The environmental impact problem of solid waste generated by consumption is the responsibility of every citizen. Respect for the law and protecting the environment is part of the environmental management process for the benefit of society and future generations. In this context, resolution should be sought alternatives and / or minimize this problem. This work aims to study the manufacture and structural characterization of ecological bricks of adobe type using as ultisol matrix and oxisol the Pontal do Paranapanema region and recyclable materials from the selective collection, construction and sugar industry (plaster, PET, EPS, vinasse) for potential application in sustainable housing. The methodology involved the study: physical characterization of the raw material (grain size, proctor-normal permeability test and chemical analysis of vinasse), the manufacturing process of ecological bricks and physical characterization (mechanical compression, water absorption, dry density, moisture content, behavior, stress / strain, acoustic behavior, temperature resistance, thermal analysis, electronic microscopy, mass comparison and compressive strength of the manufactured bricks) and recycling of green bricks (grain size and reuse). ecological bricks were obtained with different traits containing ultisol or oxisol, plaster, PET, EPS, vinasse and lime. Among the lines manufactured with ultisol only 2A trait and oxisol only 2L trait attended NBR 8492/12. The result of the physical characterization ecological bricks made in the above traits indicate that viability in the manufacture of green bricks with the proposed recyclable materials, and are potential for use in sustainable buildings. / O problema de impacto ambiental dos resíduos sólidos gerados pelo consumo é de responsabilidade de todo o cidadão. O respeito à legislação e à proteção do meio ambiente faz parte do processo da gestão ambiental em benefício da sociedade e das futuras gerações. Neste contexto deve se buscar alternativas de resolução e/ou minimização deste problema. Este trabalho tem como objetivo estudar a fabricação e caracterização estrutural de tijolos ecológicos do tipo adobe utilizando como matriz argissolo e latossolo da Região do Pontal do Paranapanema e materiais recicláveis da coleta seletiva, construção civil e indústria canavieira (reboco, PET, EPS, vinhaça) para potencial aplicação em habitações sustentáveis. A metodologia empregada envolveu o estudo: da caracterização física da matéria prima (granulometria, proctor-normal, ensaio de permeabilidade e análise química da vinhaça), do processo de fabricação dos tijolos ecológicos, bem como da caracterização física (compressão mecânica, absorção hídrica, densidade seca, teor de umidade, comportamento tensão/deformação, comportamento acústico, resistência à temperatura, análise térmica, microscopia eletrônica de varredura, comparação de massa e resistência à compressão dos tijolos fabricados) e da reciclagem dos tijolos ecológicos (granulometria e reaproveitamento). Foram obtidos tijolos ecológicos com diferentes traços contendo argissolo ou latossolo, reboco, PET, EPS, vinhaça e cal. Dentre os traços fabricados com argissolo apenas o traço 2A e com o latossolo apenas o traço 2L atenderam a NBR 8492/12. Os resultados da caracterização física dos tijolos ecológicos fabricados nos traços citados indicam que há viabilidade na fabricação dos tijolos ecológicos propostos com os materiais recicláveis, bem como são potenciais para serem utilizados em construções sustentáveis.

Submitted by Jakeline Ortega (jakortega@unoeste.br) on 2018-09-21T18:11:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Jacqueline Roberta Tamashiro - resumo.pdf: 51113 bytes, checksum: 54bab18aa252772921b9b51e3a002aec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-21T18:11:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Jacqueline Roberta Tamashiro - resumo.pdf: 51113 bytes, checksum: 54bab18aa252772921b9b51e3a002aec (MD5) Previous issue date: 2018-04-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The process of industrialization, population growth and globalization have led, over the decades, to the increase of industrial activities and intensive and mechanized agriculture, which consequently triggered in disorderly urbanization and increased consumption. These demands have generated until the present day, numerous environmental problems, ranging from the exploratory extraction of natural resources, many of them almost extinct, to the disposal of the residues generated by the manufactured products. This scenario has its aggravating, irregular accumulation of this waste. The construction industry uses non-renewable raw materials in abundance, consuming a large amount of energy in the extraction of inputs, in the production of materials and in the transportation of both. Appropriate treatment and recycling of the generated waste may be the most viable to stop the exploration of degraded areas caused by the disordered extraction. This research aims at the mechanical fabrication and characterization of recycled concrete prototypes and precast concrete panels from Presidente Prudente, and vinasse, a by-product of a sugar and alcohol mills in the Western Region of the State of São Paulo. The methodological process involves the sampling of the recycled concrete aggregate (RCA) and the characterization of the raw material (RCA, cement, sand and gravel) using grain size distribution, grains form, specific mass, water absorption and swelling tests. In sequence, the step manufacturing different traits reproduced in many lots of samples, as well as the physical characterization of the fresh mass by the slump test; setting time of paste (Vicat), pH value and the physical characterization of the test specimens through resistance to mechanical compression strength and mass monitoring. Subsequently, it follows the stage of the manufacture of new test specimens of the trace that presented better results in the previous stage. This trait was physically characterized by porosity; (X-Ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Absorption, Attenuated Total Reflectance (ATR-FTIR)), optical microscopy, Scanning Electron Microscopy (SEM). Finally, the last step involved the fabrication of the prototype of the precast concrete panels and the physical tests (mass monitoring, strength of the surface hardness by the sclerometer and flexural tensile strength in a prismatic prototype). The results indicate the feasibility of use as a constructive material, they also indicate the possibility of minimizing the environmental impacts, by reusing them within the civil construction cycle. / O processo de industrialização, o crescimento populacional e a globalização acarretaram, ao longo das décadas, no aumento das atividades industriais e na agricultura intensiva e mecanizada, que por consequência, desencadearam na urbanização desordenada e no maior consumo. Tais demandas geraram até os dias atuais inúmeros problemas ambientais, que envolvem desde a extração exploratória de recursos naturais, muitos dos quais quase extintos, até o descarte dos resíduos gerados pelos produtos fabricados. Este cenário tem seu agravante, o acúmulo irregular destes resíduos. A indústria da construção civil utiliza em abundância matéria-prima não renovável, consome grande quantidade de energia na extração de insumos, na produção de materiais e no transporte de ambos. O tratamento adequado e a reciclagem dos resíduos gerados pode ser o meio mais viável para cessar a exploração de áreas degradadas provocadas pela extração desordenada. Esta pesquisa visa a fabricação e caracterização mecânica de protótipos e placas pré-moldadas de concreto reciclado do descarte de obras da construção civil, de Presidente Prudente e, vinhaça, subproduto de uma usina de açúcar e álcool da Região Oeste do Estado de São Paulo. O processo metodológico contempla a amostragem do agregado de resíduo de concreto (ARC) e a caraterização da matéria-prima (ARC, cimento, areia e brita basáltica) através das técnicas de granulometria, formato dos grãos, massa específica, absorção de água e ensaio de inchamento. Em sequência, a etapa fabricação de diferentes traços reproduzidos em lotes de corpos de prova, bem como a caracterização física da massa fresca pelas técnicas de consistência e abatimento (slump test); tempo de pega da pasta (Vicat) e potencial hidrogeniônico (pH) e a caracterização física dos corpos de prova via resistência à compressão mecânica e monitoramento da massa. Posteriormente, segue a etapa da fabricação de novos corpos de prova do traço que apresentou melhores resultados na etapa anterior. Este traço foi caracterizado fisicamente pelas técnicas de porosidade ou índice de vazios superficiais; caracterização estrutural (Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Difração de Raios-x (DRX), Absorção no infravermelho com transformada de Fourier modo ATR (ATR-FTIR)). Por fim, na última etapa compreendeu a fabricação do protótipo da placa pré-moldada e os ensaios físicos da mesma (avaliação da dureza superficial pelo esclerômetro de reflexão e resistência à tração na flexão em um protótipo prismático). Os resultados apresentados indicam a viabilidade de utilização como um material construtivo, indicam ainda a possibilidade de minimização dos impactos ambientais, através da reutilização dos mesmos dentro do ciclo da construção civil.

A vinhaça é o principal subproduto da produção de etanol. As destilarias geram de 7 a 15 litros de vinhaça por litro de etanol de cana. Na safra 2018/2019, o Brasil produziu 33 milhões de m3 de etanol e, como consequência, foram gerados aproximadamente 400 milhões de m3 de vinhaça. Esse efluente das destilarias possui quantidades importantes de carga orgânica (DQO e DBO) e atualmente é utilizado in natura (sem tratamento) na fertirrigação das lavouras de cana-de-açúcar. Consequentemente, a vinhaça é uma fonte potencial de emissões de Gases de Efeito Estufa (GEE) e de outros impactos no solo e nos corpos de água. Nesse cenário, a tecnologia de biodigestão anaeróbia da vinhaça surge como uma possível solução, uma vez que diminui o potencial poluidor deste resíduo orgânico e possibilita a geração de biogás. A escolha dos usos finais do biogás impacta a viabilidade econômica e no desempenho ambiental da tecnologia de biodigestão. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar as possibilidades de integração do biogás de vinhaça na matriz energética de Ribeirão Preto, região com importante produção bioenergética no Estado de São Paulo. Por meio de uma análise multicritério, utilizando indicadores ambientais e econômicos, este trabalho analisa qual é o melhor uso final do biogás produzido. Para isso, foram comparadas cinco rotas tecnológicas de produção e de uso de biogás a partir da vinhaça: 1. Combustão conjunta do biogás com bagaço para cogeração de eletricidade e de energia térmica destinada à concentração da vinhaça; 2. Produção de energia elétrica com motor ciclo Otto; 3. Uso veicular na frota da usina; 4. Injeção de biometano na rede de gás natural; e 5. Substituição de combustíveis na matriz energética local. A partir dos resultados obtidos, chegou-se à conclusão de que, nas condições das usinas de Ribeirão Preto, a opção que se mostra mais favorável, econômica e tecnicamente, é a substituição do diesel por biometano na frota de transporte de cana-de-açúcar e a venda do excedente como Gás Natural Veicular (GNV) nos centros urbanos dos municípios da região. Com relação às questões ambientais, a substituição do diesel também é a opção mais vantajosa, tanto pela redução das emissões atmosféricas com impactos globais (GEE), como pela diminuição emissões de poluentes com impactos locais (NOx, SOx e MP). Essa última vantagem é maximizada quando o consumo do biometano como GNV tem lugar nos centros urbanos e, em especial, em cidades com qualidade do ar degradada, como é o caso de Ribeirão Preto, a qual se encontra saturada de MP e O3. / Vinasse is the main byproduct of ethanol production from sugarcane. Distilleries produce between 7 and 15 liters of vinasse per liter of sugarcane ethanol. Brazil produced 33 million m3 of ethanol in the 2018/2019 harvest and, as a consequence, approximately 400 million m3 of vinasse. This distilleries\' effluent has significant amounts of organic matter (COD and BOD) and it\'s currently used in natura (without treatment) in the fertirrigation of sugarcane fields. Therefore, vinasse is a potential source of Greenhouse Gases (GHG) emissions besides other impacts on soil and water bodies. In that scenario, the anaerobic biodigestion technology of vinasse emerges as a possible solution, since it reduces the polluting potencial of this organic residue and enables biogas production. The choice of biogas end uses impacts the economic viability and environmental performance of biodigestion technology. Thus, the purpose of this work was to assess possibilities of integration of vinasse biogas in the energy matrix of Ribeirão Preto, a region with an important bioenergy production in the State of São Paulo. By means of a multicriteria analysis, using environmental and economic indicators, this work analises the best final use of the biogas produced. To this end, this work compared five technological routes of production and vinasse biogas uses: 1. Co-combustion of biogas with bagasse for cogeneration of electricity and thermal energy intended to vinasse concentration; 2. Electric power generation with Otto motor cycle; 3. Vehicular use in the mill\'s fleet; 4. Biomethane injection into the natural gas network; and 5. Replacement of fuels in the local energy matrix. From the results obtained, it was concluded that, under the conditions of the Ribeirão Preto mills, the most favorable option, economically and technically, is the replacement of diesel by biomethane in the transport fleet of sugarcane and the sale of the surplus as vehicular natural gas (VNG) in urban centers of the municipalities of the region. Regarding to environmental issues, The replacement of diesel is also the most advantageous option, both by reducing atmospheric emissions with global impacts (GHG) and by reducing emissions of pollutants with local impacts (NOx, SOx and MPs). This last advantage is maximized when the consumption of biomethane as VNG takes place in urban centers and especially in cities with degraded air quality, such as Ribeirão Preto, which is saturated with MP and O3.

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.

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.

A aplicação da digestão anaeróbia aparece como opção para processamento da vinhaça, visto que por meio deste processo é possível aliar a recuperação de energia (hidrogênio e metano) ao enquadramento ambiental deste resíduo sem interferir em suas qualidades como biofertilizante. Nesse sentido, este trabalho avaliou a aplicação da digestão anaeróbia da vinhaça em sistema combinado acidogênico e metanogênico. Inicialmente, avaliou-se a influência de materiais suportes (argila expandida, carvão vegetal, cerâmica porosa e polietileno de baixa densidade) na produção de hidrogênio, em reatores de leito empacotado (APBR) operados em condição mesofílica (25°C) (Etapa 1). De uma forma geral, apenas traços de hidrogênio foram observados nos reatores preenchidos com partículas de carvão vegetal e cerâmica porosa (2 - 7,9 mL-H2.d-1.L-1 reator). Por outro lado, os valores para a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) nos reatores com argila expandida e polietileno de baixa densidade foram dez vezes superior (74,3 - 84,2 mL-H2.d-1.L-1 reator), todavia, estatisticamente iguais. O critério de seleção do material suporte ocorreu com base em relatos na literatura que indicaram rebaixamento do leito e entupimento da saída de reatores APBR preenchidos com argila expandida. Portanto, o polietileno de baixa densidade foi escolhido como melhor opção dentre os suportes avaliados. Não obstante, a baixa relação C/N da vinhaça associada à microaeração do sistema (presença de microrganismos anóxicos) afetou severamente os reatores APBR com diferentes materiais suportes, levando-os à falência. Na segunda etapa, adotou-se a operação dos APBR preenchidos com polietileno de baixa densidade, em condição termofílica (55°C) a fim de diminuir o rendimento da biomassa acidogênica e a solubilidade do oxigênio. Adicionalmente, foi avaliada influência da Carga Orgânica Volumétrica aplicada (COVa - 36,4 - 108,6 kg- DQO.m-3.d-1), por meio da variação do Tempo de Detenção Hidráulica (TDH - 8 - 24 h). Produção contínua de hidrogênio foi observada em todos os reatores operados em condição termofílica (Etapa 2). Nessa etapa, estabeleceu-se a condição ótima de operação com COVa de 84,2 kg-DQO.m-3.d-1 e TDH de 10 h, resultando em PVH de valor 575,3 mL-H2.d-1.L-1 reator e rendimento de hidrogênio (Y1H2) de 1,4 mol-H2.mol-1 carboidratos totais. Na Etapa III, essas condições foram impostas na operação do APBR, resultando em aumento de 18,2% e 14,2% nos valores de PVH e Y1H2, respectivamente, em relação aos dados obtidos na Etapa II. Em paralelo, foram operados dois reatores metanogênicos do tipo manta de lodo (UASB), compondo um sistema único (UASB) e um sistema combinado (APBR/UASB). A produção de energia no sistema combinado foi 25,7% superior ao observado no sistema único. A eficiência de remoção da matéria orgânica total e solúvel aumentou de 60,7 ± 0,3% e 72,6% ± 1,2% no sistema único e 74,6 ± 0,3% e 96,1 ± 1,7% no sistema combinado, respectivamente, sob COVa de 25 kg-DQO.m-3.d-1 (calculada para os sistemas metanogênicos). / Anaerobic digestion application appears as an option for sugar cane vinasse processing, since via this process it is possible to combine the energy recovery (hydrogen and methane) to the environmental framework of this residue without interfering in their qualities as biofertilizer. In this sense, this study evaluated the application of anaerobic digestion of vinasse in two-stage system (acidogenic and methanogenic). Initially, it was evaluated the influence of support material (expanded clay, charcoal, porous ceramics, and low-density polyethylene) on hydrogen production in acidogenic packed bed reactors (APBR) operated under mesophilic condition (25°C) (Phase 1). In general, only traces of hydrogen were observed in APBR filled with charcoal and porous ceramics particles (2 - 7.9 mL-H2.d-1.L-1 reactor). On the other hand, in APBR with expanded clay and low-density polyethylene as support, the values for volumetric hydrogen production (VHP) were ten times higher (74.3 - 84.2 mL-H2.d-1.L-1 reactor), however, statistically equal. The selection criteria of support material was based on reports in the literature that indicated bed lowering and clogging in APBR outlet with expanded clay as support. Therefore, the low-density polyethylene was chosen as the best support among those evaluated. Nevertheless, the low C/N ratio of vinasse associated to microaeration condition in the systems (presence of microorganisms anoxic) severely affected the APBR with different support materials, leading them to bankruptcy. In the second phase, it was adopted the operation of APBR filled with low density polyethylene in thermophilic conditions (55°C) in order to reduce the acidogenic biomass yield and oxygen solubility. Moreover, it was evaluated the influence of organic loading rate (OLR - 36.4 to 108.6 kg-COD.m-3.d-1) by hydraulic retention time varying (HRT - 8 - 24 h). Continuous hydrogen production was observed in all reactors operated at 55°C (Phase 2). In this phase, it was established the optimum condition of operation, OLR of 84.2 kg-COD.m-3.d-1 and HRT of 10 h, resulting in values for PVH and hydrogen yield (Y1H2) of 575.3 mL-H2.d-1.L-1 reactor and 1.4 mol-H2.mol-1 total carbohydrates, respectively. In Phase III, these conditions were imposed on the operation of the APBR, resulting in an increase of 18.2% and 14.2% in the values of PVH and Y1H2, respectively, compared to the data obtained in Phase II. In parallel, two methanogenic reactors were operated (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket UASB type), which composed a single stage system (UASB) and a two-stage system (APBR/UASB). The energy production in the two-stage system was 25.7% higher compared to the single stage system. The values for total and soluble organic matter removal were 60.7 ± 0.3% and 72.6 ± 1.2% to single stage system and 74.6 ± 0.3% and 96.1 ± 1.7% to two-stage system, respectively, at OLR of 25 kg-COD.m-3.d-1 (calculated for the methanogenic reactors).

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.

A aplicação da digestão anaeróbia aparece como opção para processamento da vinhaça, visto que por meio deste processo é possível aliar a recuperação de energia (hidrogênio e metano) ao enquadramento ambiental deste resíduo sem interferir em suas qualidades como biofertilizante. Nesse sentido, este trabalho avaliou a aplicação da digestão anaeróbia da vinhaça em sistema combinado acidogênico e metanogênico. Inicialmente, avaliou-se a influência de materiais suportes (argila expandida, carvão vegetal, cerâmica porosa e polietileno de baixa densidade) na produção de hidrogênio, em reatores de leito empacotado (APBR) operados em condição mesofílica (25°C) (Etapa 1). De uma forma geral, apenas traços de hidrogênio foram observados nos reatores preenchidos com partículas de carvão vegetal e cerâmica porosa (2 - 7,9 mL-H2.d-1.L-1 reator). Por outro lado, os valores para a produção volumétrica de hidrogênio (PVH) nos reatores com argila expandida e polietileno de baixa densidade foram dez vezes superior (74,3 - 84,2 mL-H2.d-1.L-1 reator), todavia, estatisticamente iguais. O critério de seleção do material suporte ocorreu com base em relatos na literatura que indicaram rebaixamento do leito e entupimento da saída de reatores APBR preenchidos com argila expandida. Portanto, o polietileno de baixa densidade foi escolhido como melhor opção dentre os suportes avaliados. Não obstante, a baixa relação C/N da vinhaça associada à microaeração do sistema (presença de microrganismos anóxicos) afetou severamente os reatores APBR com diferentes materiais suportes, levando-os à falência. Na segunda etapa, adotou-se a operação dos APBR preenchidos com polietileno de baixa densidade, em condição termofílica (55°C) a fim de diminuir o rendimento da biomassa acidogênica e a solubilidade do oxigênio. Adicionalmente, foi avaliada influência da Carga Orgânica Volumétrica aplicada (COVa - 36,4 - 108,6 kg- DQO.m-3.d-1), por meio da variação do Tempo de Detenção Hidráulica (TDH - 8 - 24 h). Produção contínua de hidrogênio foi observada em todos os reatores operados em condição termofílica (Etapa 2). Nessa etapa, estabeleceu-se a condição ótima de operação com COVa de 84,2 kg-DQO.m-3.d-1 e TDH de 10 h, resultando em PVH de valor 575,3 mL-H2.d-1.L-1 reator e rendimento de hidrogênio (Y1H2) de 1,4 mol-H2.mol-1 carboidratos totais. Na Etapa III, essas condições foram impostas na operação do APBR, resultando em aumento de 18,2% e 14,2% nos valores de PVH e Y1H2, respectivamente, em relação aos dados obtidos na Etapa II. Em paralelo, foram operados dois reatores metanogênicos do tipo manta de lodo (UASB), compondo um sistema único (UASB) e um sistema combinado (APBR/UASB). A produção de energia no sistema combinado foi 25,7% superior ao observado no sistema único. A eficiência de remoção da matéria orgânica total e solúvel aumentou de 60,7 ± 0,3% e 72,6% ± 1,2% no sistema único e 74,6 ± 0,3% e 96,1 ± 1,7% no sistema combinado, respectivamente, sob COVa de 25 kg-DQO.m-3.d-1 (calculada para os sistemas metanogênicos). / Anaerobic digestion application appears as an option for sugar cane vinasse processing, since via this process it is possible to combine the energy recovery (hydrogen and methane) to the environmental framework of this residue without interfering in their qualities as biofertilizer. In this sense, this study evaluated the application of anaerobic digestion of vinasse in two-stage system (acidogenic and methanogenic). Initially, it was evaluated the influence of support material (expanded clay, charcoal, porous ceramics, and low-density polyethylene) on hydrogen production in acidogenic packed bed reactors (APBR) operated under mesophilic condition (25°C) (Phase 1). In general, only traces of hydrogen were observed in APBR filled with charcoal and porous ceramics particles (2 - 7.9 mL-H2.d-1.L-1 reactor). On the other hand, in APBR with expanded clay and low-density polyethylene as support, the values for volumetric hydrogen production (VHP) were ten times higher (74.3 - 84.2 mL-H2.d-1.L-1 reactor), however, statistically equal. The selection criteria of support material was based on reports in the literature that indicated bed lowering and clogging in APBR outlet with expanded clay as support. Therefore, the low-density polyethylene was chosen as the best support among those evaluated. Nevertheless, the low C/N ratio of vinasse associated to microaeration condition in the systems (presence of microorganisms anoxic) severely affected the APBR with different support materials, leading them to bankruptcy. In the second phase, it was adopted the operation of APBR filled with low density polyethylene in thermophilic conditions (55°C) in order to reduce the acidogenic biomass yield and oxygen solubility. Moreover, it was evaluated the influence of organic loading rate (OLR - 36.4 to 108.6 kg-COD.m-3.d-1) by hydraulic retention time varying (HRT - 8 - 24 h). Continuous hydrogen production was observed in all reactors operated at 55°C (Phase 2). In this phase, it was established the optimum condition of operation, OLR of 84.2 kg-COD.m-3.d-1 and HRT of 10 h, resulting in values for PVH and hydrogen yield (Y1H2) of 575.3 mL-H2.d-1.L-1 reactor and 1.4 mol-H2.mol-1 total carbohydrates, respectively. In Phase III, these conditions were imposed on the operation of the APBR, resulting in an increase of 18.2% and 14.2% in the values of PVH and Y1H2, respectively, compared to the data obtained in Phase II. In parallel, two methanogenic reactors were operated (Up-flow Anaerobic Sludge Blanket UASB type), which composed a single stage system (UASB) and a two-stage system (APBR/UASB). The energy production in the two-stage system was 25.7% higher compared to the single stage system. The values for total and soluble organic matter removal were 60.7 ± 0.3% and 72.6 ± 1.2% to single stage system and 74.6 ± 0.3% and 96.1 ± 1.7% to two-stage system, respectively, at OLR of 25 kg-COD.m-3.d-1 (calculated for the methanogenic reactors).

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.