Subsídios para a gestão dos planos de aplicação de vinhaça (PAV): um estudo de caso da região de Piracicaba

Concomitantemente à produção de etanol, a partir da fermentação de diferentes matérias-primas (cana-de-açúcar, beterraba, milho, trigo, batata, mandioca), produz-se a vinhaça. A vinhaça da cana-de-açúcar é gerada na proporção média de 12 litros para cada litro de etanol. O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar (570 milhões de toneladas, em 2009) com a produção de 27 bilhões de litros/ano de etanol, no ciclo 2009/2010, basicamente para fins carburantes, e, portanto, a quantidade de vinhaça produzida é da ordem de 320 bilhões de litros/ano. Dentre as possíveis soluções para a destinação da vinhaça, tais como: concentração, tratamento químico e biológico ou produção de biomassa, é sua aplicação no solo a forma mais usual de disposição. No entanto, sua aplicação no solo não pode ser excessiva nem indiscriminada, sob pena de comprometer o ambiente e a rentabilidade agrícola e industrial da unidade sucroalcooleira. A necessidade de medidas de controle sobre a aplicação de vinhaça no solo do Estado de São Paulo, que concentra a produção de 60% do etanol produzido no Brasil, levou à elaboração da Norma Técnica P4.231, em 2005. A constatação do cumprimento dos itens desta Norma é uma das ações do agente fiscalizador, no monitoramento da geração e destinação da vinhaça pelos empreendimentos produtores de etanol. Os itens 5.7.1 e 5.7.2, desta Norma, tornam obrigatório o encaminhamento à CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo), para fins de acompanhamento e fiscalização, até o dia 02 de abril de cada ano, o PAV (Plano de Aplicação de Vinhaça). Com o intuito de proporcionar melhor entendimento da Norma P4.231, contribuir para otimização de sua aplicabilidade e melhoria e perceber a realidade prática da aplicação da vinhaça, foram analisados PAVs protocolados na Agência Ambiental de Piracicaba, licenças concedidas, processos de licenciamento e realizadas vistorias a campo. Conclui-se que a Norma P4.231 representa um avanço no gerenciamento do uso da vinhaça no Estado de São Paulo, por disciplinar a disposição de vinhaça no solo, tornando obrigatórios: demarcações de áreas protegidas e núcleos populacionais, caracterização de solo e da vinhaça, doses máximas a serem aplicadas, estudos da geologia e hidrogeologia locais, monitoramento das águas subterrâneas, impermeabilização de tanques e dutos. Estabelece critérios a serem obedecidos por lei, e todos são condutas de boas práticas de proteção ao meio, que repercutem em maior rentabilidade agrícola e industrial. A Norma P4.231 é bem elaborada, complexa e extensa, o que a torna de difícil execução. Para facilitar sua aplicabilidade, sugere-se o estabelecimento de um cronograma de prioridades: impermeabilização dos tanques e dutos, drenos testemunha com funcionamento otimizado e boa caracterização do que está sendo aplicado, se vinhaça pura ou se misturada a águas residuárias. Das oito empresas deste estudo, apenas quatro (as maiores) vêm protocolando os PAVs com regularidade, desde 2005. As informações apresentadas foram incompletas e, em alguns casos, precárias. Mesmo com lacunas, os dados fornecidos, desde o início da obrigatoriedade do PAV, foram de utilidade para esboçar o perfil da atividade sucroalcooleira na região estudada.

Avaliação dos teores de metais pesados no solo e na planta de cana-de-açúcar sob adubação com lodo de esgoto e vinhaça

The objective of this work was to evaluate Cd, Cr, Ni and Pb total contents in soil and sugar cane after four annual applications of sewage sludge and vinasse to supply all N and all K required by the crop. A field experiment was carried out on clayey Typic Haplustox. It was used a randomized block design with seven treatments and three replications. The treatments consisted in: (i) rate of sewage sludge to supply 100% of the N required by the crop; (ii) rate of sewage sludge to supply 200% of the N required; (iii) rate of vinasse to supply 100% of the K required; (iv) rate of vinasse to supply 200% of the K required; ( v) combination of the treatments ( i) and ( iii); ( vi) combination of the treatments ( ii) e ( iv); (vii) control ( mineral fertilization). The contents of Cd, Cr, Ni and Pb in sewage sludge reached maximum values of 1.58, 41.66, 35.17 and 45.25 mg kg(-1), respectively. These metals were not detected in vinasse. The residues were applied annually for four years. At the end of this period, sewage sludge and vinasse accumulated rates, that get up to 51 t ha(-1) and 762 m(3) ha(-1), respectively, did not cause alteration in Cd, Cr, Ni and Pb total contents in soil, up to 50 cm of depth, and in plant. Sewage sludge and vinasse application to supply N and K for sugar cane did not offer soil pollution risk by heavy metals.

Resíduos e subprodutos agroindustriais e grãos como substratos para produção do fungo entomapatogênico Lecanicillium lecanii

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Sewage sludge as nitrogen and phosphorus source for cane-plant and first ratoon crops

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito residual de quatro aplicações anuais de lodo de esgoto e vinhaça na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar

O principal objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos residuais, por quatro anos seguidos, de diferentes tipos de resíduos, aplicados de formas e em doses distintas, sobre a qualidade tecnológica da cana-de-açúcar de quinto corte (cultivar SP 81-3250). Os tratamentos testados são combinações de dois tipos de resíduos (lodo de esgoto; vinhaça; lodo de esgoto + vinhaça) com dois modos de aplicação (ao lado da linha de cultivo e em área total) e com duas doses (100 e 200%), e um tratamento-testemunha. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com três repetições, totalizando 39 parcelas. As variáveis analisadas foram: percentagem de sólidos solúveis no caldo extraído (Brix % C.E.), percentagem aparente de sacarose no caldo extraído (Pol % C.E.), percentagem da fibra na cana (Fibra % cana), pureza (%), percentagem aparente de sacarose na cana (Pol % cana), percentagem de açúcares redutores na cana (AR % cana), percentagem de açúcares redutores totais na cana (ART % cana) e açúcares totais recuperáveis (ATR). Os fatores de variação testados (tipo de resíduo, modo de aplicação e doses) não promoveram alterações na qualidade e não comprometeram a valorização da cana-de-açúcar.

Atributos físicos de um latossolo cultivado com cana-de-açúcar após aplicações de lodo de esgoto e vinhaça

O objetivo deste trabalho foi avaliar se a aplicação anual de lodo de esgoto e vinhaça, resíduos empregados com a finalidade exclusiva de fornecer a quantidade necessária de N e K para cana-de-açúcar, causaria alteração em alguns atributos físicos de um Latossolo Vermelho distroférrico argiloso, após as colheitas do 3º e 4º cortes da cultura. O experimento foi conduzido em blocos ao acaso, com três repetições. Os tratamentos foram: (i) dose de lodo de esgoto para suprir 100% do N exigido pela cultura; (ii) dose de lodo de esgoto para suprir 200% do N exigido; (iii) dose de vinhaça para suprir 100% do K exigido; (iv) dose de vinhaça para suprir 200% do K exigido; (v) combinação dos tratamentos (i) e (iii); (vi) combinação dos tratamentos (ii) e (iv); (vii) testemunha (adubação mineral recomendada). Os somatórios das doses dos resíduos foram de 39 e 51 t ha-1 de lodo de esgoto e de 870 e 1.174 m³ ha-1 de vinhaça até o 3º e 4º cortes, respectivamente. Nas camadas de 0-10; 10-20; 20-30; 30-40 e 40-50 cm de profundidade, após as colheitas do 3º e 4º cortes da cultura, foram determinados: teor de matéria orgânica, porosidade total, macroporosidade, microporosidade, densidade do solo, densidade de partícula, resistência do solo à penetração e teor de água gravimétrico. Aplicações de lodo de esgoto e vinhaça não causaram modificação nos atributos físicos, resultado associado à falta de efeito dos resíduos na matéria orgânica do solo.

Emergência e desenvolvimento de guanxuma (Sida rhombifolia), capim-braquiária (Brachiaria decumbens) e cana-de-açúcar (Saccharum spp.) influenciados por subprodutos da destilação do álcool

Este trabalho objetivou avaliar os efeitos da aplicação de óleo de fúsel, comparativamente a vinhaça e flegmaça, sobre o desenvolvimento e a composição química de plantas de guanxuma (Sida rhombifolia), capim-braquiária (Brachiaria decumbens) e cana-de-açúcar (variedade RB72454), cultivadas simultaneamente em casa de vegetação. As concentrações de 12,5; 25,0; 50,0; e 100,0% (v/v) de cada subproduto e a testemunha (água) foram aplicadas (numa taxa equivalente a 150 m³ ha-1) no solo dos vasos (22 L), contendo uma planta de cana-de-açúcar (13 cm de altura) e 100 sementes de cada planta daninha. O delineamento foi o inteiramente casualizado, com 13 tratamentos e 4 repetições, em esquema fatorial 3 x 4 (três tipos de resíduos e quatro concentrações), e uma testemunha adicional com água. O óleo de fúsel inibiu a emergência de Sida rhombifolia e Brachiaria decumbens e matou a cana-de-açúcar. A vinhaça e a flegmaça prejudicaram a emergência e o desenvolvimento de B. decumbens, bem como o de S. rhombifolia, mas não o da cana-de-açúcar.

Analysis of the performance of an extraction-condensation steam turbine on a cogeneration system of a Brazilian sugar-alcohol factory

In this work a detailed thermodynamic analysis for an extraction-condensation steam turbine capable to drive a 40 MVA electricity generator in a sugar-alcohol factory was carried out. The use of this turbine in the cogeneration system showed that its efficiency contributed to increase the power generation, although the condensation reduces the overall efficiency of the plant. Sensibility analyses were performed to evaluate the behavior of the overall energy efficiency of a plant with the extraction-condensation turbine in function of the boiler efficiency, the specific consumption of steam in the processes and the condensation rate in the turbine. It was observed that the plant efficiency is very sensible to the condensation rate variation and it increases when there is an increase in the demand of steam for processes.

Produtividade e qualidade de cana-de-açúcar cultivada em solo tratado com lodo de esgoto, vinhaça e adubos minerais

O uso agrícola de resíduos orgânicos, de origem agrícola, urbana ou industrial, é uma interessante alternativa de disposição, permitindo a reciclagem de nutrientes (NPK) nos ecossistemas. Este trabalho avaliou o efeito da aplicação de lodo de esgoto como fonte de N e de vinhaça como fonte de K comparado ao uso de fontes minerais desses nutrientes sobre a produtividade e variáveis agroindustriais da cana-de-açúcar, por dois anos consecutivos (cana-planta e cana-soca). O experimento foi conduzido em Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico típico, em Pontal - SP, e a variedade de cana-de-açúcar avaliada foi a SP 81-3250. Utilizou-se de esquema fatorial 3x2x2+1, ou seja, três tipos de resíduos (lodo de esgoto + KCl; vinhaça + uréia, e lodo de esgoto + vinhaça); dois modos de aplicação (na linha de plantio ou em área total); duas doses (100 e 200% do N e K necessários à cultura) e um tratamento adicional com adubação mineral, sendo os tratamentos distribuídos na área em blocos ao acaso, com três repetições. Foram avaliadas a produtividade e as variáveis agroindustriais (°brix, pol no caldo, fibra, pureza, pol na cana, AR e ATR). As produtividades de colmo e de açúcar para cana-planta foram mantidas quando N e K foram fornecidos pelo lodo de esgoto e vinhaça, respectivamente. A cana-soca apresentou maior produtividade de colmo e de açúcar quando foram utilizados os resíduos separadamente, complementados com fontes minerais. Quanto ao modo de aplicação, não foram observadas diferenças significativas para as variáveis analisadas.

NEW YEAST STRAINS FOR ALCOHOLIC FERMENTATION AT HIGHER SUGAR CONCENTRATION

New yeast strains for alcoholic fermentation were isolated from samples collected from Brazilian alcohol factories at the end of the sugar cane crop season. They were selected by their capacity of fermenting concentrated sugar cane syrup as well as high sucrose concentrations in synthetic medium with a conversion efficiency of 89-92%. The strains were identified as Saccharomyces cerevisiae.

Aplicacao da analise discriminante no estudo hidroquimico does rios Corumbatai e Piracicaba (SP)

The results indicated potassium as the most important for the discrimination between groups of samples, followed by magnesium, calcium and sodium. As the area has been under intense sugar cane industrialisation, the soil and the river waters of the region receive a high content of vinasse rich in potassium. -from English summary

Mineralización de la paja de caña de azúcar en suelo adicionado con viñaza (suproducto de la industria del alcohol de caña de azúcar) y fertilizante nitrogenado

Cellulose is the most abundant vegetable organic compound, being derived mainly from plant residues. The decomposition of sugar-cane (Saccharum officinarum L.) straw was studied in a period up to 90 days, through variables related to the carbon cycle, such as respiratory activity and CM-cellulase (CM, cellulose microcrystalline) and CMC-cellulase (CMC, carboxymethylcellulose) activities. The treatments consisted of 0, 0.5 and 1.0% of straw, in the presence and absence of vinasse (a sugar-cane alcohol industry byproduct) and nitrogen fertilizer. The respiratory and cellulase activities increased up to the 14th day of incubation and later decreased. The respiratory activity was 1.9 and 2.3 fold larger (P < 0.05) in the soil with 0.5 and 1.0% of straw added, respectively, in relation to the control. CM- and CMC- cellulase activities also increased from 1.8 to 2.9 and from 2.3 to 2.7 fold, respectively. The vinasse addition enhanced CO 2 production and CM-cellulase activity, however, no significant effect was observed on CMC-cellulase activity. The addition of N reduced both respiratory and cellulase activities. The decomposition of the sugar-cane straw may enhance soil nutrient cycling increasing agricultural production. © 2006 Instituto de Investigaciones Agropecuarias, INIA.

Environmental evaluation of cogeneration scenarios in sugar industry

The development of new techniques that allow the analysis and optimization of energy systems bearing in mind environmental issues is indispensable in a world with finite natural resources and growing demand of energy. Among the energy systems that deserve special attention, cogeneration in the sugar industry must be pointed out, because it uses efficiently a common fuel for generation of useful heat and power. Within this frame, thermoeconomical optimization - 2nd Law of Thermodynamics analysis by exergy function and economic evaluation of the thermal system - gradually is taking importance as a powerful tool to assist to the decision making process. Also, the explicit consideration of environmental issues offers a better way to explore trade-offs between different aspects to support the decisions that must be made. In this work it is used the technique of Life Cycle Analysis (LCA) which allows to consider environmental matters as an integral part of the problem, in opposite to most of the environmental approaches that only reduce residuals generation , without taking into account impacts associated to other related processes. On the other hand, the consideration of environmental issues in optimization of energy systems is a novel and promissory contribution in the state of the art of energy optimization and LCA. The system under study is a sugar plant of Tucumán (Argentina) given the particular importance that this industry had inside the regional economy of the Argentinean Northwest. Although cogeneration comes being used a while ago in sugar industry, being the main objective the generation of heat and as secondary objective the electric power generation and mechanic power to cover several needs of working machineries, to the date it is no available a versatile tool that allows to analyze economical feasible alternatives bearing in mind environmental issues. At sugar plants, steam is generated in boilers using as fuel bagasse - cellulosic fiber waste obtained crushing the sugar cane- and it is used to give useful heat and shaft work to the plant, but it can also be used to generate electricity with export opportunities to the electrical network. The great number of process alternatives outlines a serious decision making problem in order to take advantage of the resources. Although the problem turns out to be a mixed non-linear problem (MINLP), the main contribution of this work is the development of a hybrid strategy to evaluate cogeneration alternatives that combines optimization approaches with environmental indicators. This powerful tool for its versatility and robustness to analyze cogeneration systems, will be of great help in the decision making process, because of their easy implementation to analyze the kind of problems presented in the sugar industry.

Greenhouse gas emission associated with sugar production in southern Brazil

Background: Since sugarcane areas have increased rapidly in Brazil, the contribution of the sugarcane production, and, especially, of the sugarcane harvest system to the greenhouse gas emissions of the country is an issue of national concern. Here we analyze some data characterizing various activities of two sugarcane mills during the harvest period of 2006-2007 and quantify the carbon footprint of sugar production.Results: According to our calculations, 241 kg of carbon dioxide equivalent were released to the atmosphere per a ton of sugar produced (2406 kg of carbon dioxide equivalent per a hectare of the cropped area, and 26.5 kg of carbon dioxide equivalent per a ton of sugarcane processed). The major part of the total emission (44%) resulted from residues burning; about 20% resulted from the use of synthetic fertilizers, and about 18% from fossil fuel combustion.Conclusions: The results of this study suggest that the most important reduction in greenhouse gas emissions from sugarcane areas could be achieved by switching to a green harvest system, that is, to harvesting without burning. © 2010 de Figueiredo et al; licensee BioMed Central Ltd.

Analysis of efficiency and rationality in a sugar-alcohol mill using hyperboloid a-load and potency

Brazil is the world's largest producer of sugar cane and which in the state of São Paulo concentrate the greatest amount of sugar cane field of the country. The sugar-alcohol sector has the capacity to produce sufficient thermal and electrical energy to be used in their process of production and commercialize of surplus in electricity distribution network. Therefore it is necessary to evaluate the energy efficiency and rationality within the mill. Accordingly this research proposed analyze the sugar-alcohol mill's sectors globally and individually, located in the west center of the São Paulo state, using the valuation methodology employed by the Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) in the industries that do not have systems of cogeneration. In this analysis, the hyperboloids of load and potency were applied based on the indexes of potency factor and load factor that allow estimate the efficiency and rationality. © 2013 IEEE.