Vinhaça da indústria sucroalcooleira como matéria-prima a carbonização hidrotérmica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Seleção, avaliação e utilização de uma levedura personalizada para a produção de etanol

Pós-graduação em Microbiologia - IBILCE

Acúmulo de nutrientes e decomposição do palhiço de cana em função de doses de vinhaça

Understanding the influence of vinasse application on trash decomposition and its effects on soil chemical attributes and sugar cane culture is essential for the good management of the production system. The objective of this study was to assess the time of decomposition and nutrient cycling of the green ratoon cane's trash, and their effects on soil fertility and technological components of crops, in terms of vinasse doses. The study was developed in the northwest region of Sao Paulo State - Brazil, under Eutrophic Ultisol, using the RB855453 variety. The experimental design was randomized blocks with split plot in time. The treatments were composed of four doses of vinasse (0, 50, 100 and 200 m(3) ha(-1)). There was a 20.9% reduction in the amount of crop residue remaining after one year review. The vinasse doses increased the ratoon cane's yield, without interfering in the raw material quality. The green cane system, in which the trash is deposited on the soil and vinasse application, changes the dynamics of the trash decomposition and modifies the soil fertility, contributing positively to the crop yield.

Pyrolysis, combustion and oxy-combustion studies of sugarcane industry wastes and its blends

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação da toxicidade da vinhaça tratada quimicamente utilizando Oreochromis niloticus (Perciformes: Cichlidae) como organismo teste

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

Desenvolvimento de detector eletroquímico para cromatografia líquida de alta eficiência baseado em um eletrodo modificado com nanopartículas metálicas para determinação de ácidos carboxílicos em vinhaça de cana-de-açúcar

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

Efeito da vinhaça na membrana impermeabilizante usada nos tanques de armazenamento

This work evaluated the effect of vinasse (residue from sugar cane) in high density polyethylene (HDPE) geomembranes having in mind that it is deposited at temperatures of 80-90˚C on the geomembrane in storage tanks. The objective was to evaluate the resistance of the geomembrane in contact with residue in a total period of 4 months. Physical and mechanical tests, and thermogravimetric analysis (TGA) were used to determine degradation of polymer membranes after chemical immersion. In general, the results obtained show that the vinasse affected the geomembranes significantly in some aspects, for instance, the thickness of the material presented a variation of 7.8%. The average values in both directions at yielding showed a significant loss of tensile strength (34.13%) and strain (23.48%) and an increase in the modulus of elasticity (9.63%). At the rupture the behavior presented the same trend: a loss of 32% for tensile strength and 24.4% for the deformation were observed. Tear strength presented small decrease (4.72%) and puncture resistance a increase of 7.9% after immersion of geomembranes. The TGA tests were not efficient to detect evidence of degradation in samples of geomembranes after exposures, but identified problems in the quality of the supplied material.

Aplicação de doses de vinhaça sob desenvolvimento vegetativo de pastagem degradada e propriedades físicas do solo

The experiment was conducted in the experimental field of the University of GoiásUEG, UNU Ipameri - GO with the objective of evaluating the effect of different doses of vinasse on the vegetative development of degraded pasture and soil physical properties in two seasons. The pasture used in the experiment was in a state of degradation, and had eight years of formation. The experimental design was randomized blocks consisted of eight treatments and four blocks, totaling 32 experimental units. We evaluated the following soil physical properties: density the soil, particle density, total porosity, infiltration velocity, soil water. We also evaluated the following parameters of vegetative development of grassland: green and dry mass of shoots, effective depth of the root system, the grass height. The results were submitted to analysis of variance at 5% significance level and after we performed regression testing. The vinasse promoted significant effect on all parameters related to vegetative development of both grazing during the rainy season as in the dry. In this case, a model that best fit the dataset vegetative pasture was quadratic. It appeared that the vinasse different doses did not cause changes in the physical properties of the soil.

Hydrogen and Methane Production, Energy Recovery, and Organic Matter Removal from Effluents in a Two-Stage Fermentative Process

This study evaluates the potential for using different effluents for simultaneous H-2 and CH4 production in a two-stage batch fermentation process with mixed microflora. An appreciable amount of H-2 was produced from parboiled rice wastewater (23.9 mL g(-1) chemical oxygen demand [COD]) and vinasse (20.8 mL g(-1) COD), while other effluents supported CH4 generation. The amount of CH4 produced was minimum for sewage (46.3 mL g(-1) COD), followed by parboiled rice wastewater (115.5 mL g(-1) COD) and glycerol (180.1 mL g(-1) COD). The maximum amount of CH4 was observed for vinasse (255.4 mL g(-1) COD). The total energy recovery from vinasse (10.4 kJ g(-1) COD) corresponded to the maximum COD reduction (74.7 %), followed by glycerol (70.38 %, 7.20 kJ g(-1) COD), parboiled rice wastewater (63.91 %, 4.92 kJ g(-1) COD), and sewage (51.11 %, 1.85 kJ g(-1) COD). The relatively high performance of vinasse in such comparisons could be attributed to the elevated concentrations of macronutrients contained in raw vinasse. The observations are based on kinetic parameters of H-2 and CH4 production and global energy recovery of the process. These observations collectively suggest that organic-rich effluents can be deployed for energy recovery with sequential generation of H-2 and CH4.

Aplicación de un tratamiento biológico a las aguas residuales provenientes de una destilería de alcohol de caña, utilizando un reactor UASB

En este trabajo se llevó a cabo el tratamiento de vinazas mediante dos tecnologías anaerobias. Se dividió en cuatro estudios técnicos. El primero fue el arranque y estabilización del reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), en dónde se evaluó la estabilización mediante la eficiencia de remoción de DQO y la granulación del lodo. El segundo estudio evaluó el rendimiento del reactor UASB frente a diferentes Cva. El tercer estudio evaluó el efecto del TRH sobre la eficiencia del reactor UASB, y el cuarto de ellos fue evaluar el rendimiento del RABF (Reactor Anaerobio de Biomasa Fija). El reactor UASB de 2,6 L de capacidad, fue arrancado por lotes, con seis ensayos utilizando vinaza como sustrato. Se obtuvieron eficiencias de remoción en DQO en un rango de 79-91%, en los seis lotes. Se obtuvo formación de gránulos con diámetro (Ø) de 0,85-1,15 mm y un coeficiente de esfericidad (Є) de 0,7-0,77. Se logró la granulación de lodos tras 2 meses de operación. Alcanzada la estabilización del reactor UASB, se siguió una operación en flujo continuo. Las Cva probadas de 1, 2, 4 y 6 gDQO/L.d para el reactor UASB dan una respuesta bastante favorable con respecto al rendimiento del reactor, ya que presento eficiencias de remoción de DQOs del 51 hasta el 76%, eficiencias similares a los reportados por la literatura. En el estudio de TRH se operó con Cva de 6 gDQO/L.d y los TRH fueron de 24, 12 ,5 ,3 y 1 día. El % de eliminación de DQO fue de 51, 60, 57, 60 y 63 % remoción en DQOsoluble, respectivamente. Se alcanzó una producción de biogás máximo de 5.283 ml/d, pero al reducir el TRH se observó una reducción proporcional del volumen total de biogás. El %CH4 contenido en el biogás aumento al disminuir el TRH, reflejando valores de 80 al 92 % de CH4. El RABF con un volumen de 8,2 L, utilizo tubos de plástico corrugado como medio de soporte para las bacterias. Se aplicaron las siguientes Cva; 0,5, 1, 3 y 6 gDQO/L.d. El reactor RABF presento una excelente remoción de la materia orgánica (80% DQOs), una producción de biogás estable, y un contenido en CH4 del biogás muy interesante. Sin embargo, para una Cva superior a 3 gDQO/L.d empezó un comportamiento inesperado de reducción de capacidad. Las condiciones hidrodinámicas del reactor UASB son decisivas para la formación de los gránulos, condición previa para iniciar el flujo continuo. Al operar el reactor UASB en modo continuo, se pudo evaluar las mejores condiciones de operación para este tipo de residuo (vinaza). La Cva de 6 gDQO/L.d para el reactor UASB alimentado con vinaza bruta representa el límite de su capacidad. Sin embargo, al aumentar la Cva se genera una mayor producción de biogás y metano. La eficiencia de remoción de la DQO soluble es independiente del TRH, para una Cva de 6 g DQO/L•d y las condiciones de TRH probadas (24, 12, 5, 3 y 1 días). Los valores de remoción de DQO alcanzados son un poco superior a los valores de biodegradabilidad anaerobia de la vinaza observados de 50 %. De manera general, la reducción del TRH o bien la dilución de la vinaza no presenta un efecto significativo sobre la remoción de la materia orgánica soluble, pero si lo presenta en la remoción de sulfatos reduciendo indirectamente su toxicidad. El soporte termoplástico inoculado en el RABF y alimentado con vinaza bruta, actuó como un filtro, además de obtener buenos resultados en eliminación de DQO, pero dada las dimensiones y la altura del relleno se frena la evacuación del metano. This work was carried out by treatment vinasses with two anaerobic technologies. It was divided into four technical studies. The first was the start up and stabilization Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor, where the stability was evaluated by the removal efficiency of COD and sludge granulation. The second study evaluated the performance of the UASB reactor against different OLR. The third study evaluated the effect of HRT on the efficiency of the UASB reactor, and the fourth of which was evaluate the performance Fixed Biomass Anaerobic (FBA) reactor. The UASB reactor of 2,6 L capacity, was started in batch, with six assays using vinasse as substrate. Were obtained removal efficiencies of COD in the range of 79- 91% in the six batches. Forming granules were obtained with a diameter (Ø) of 0,85- 1,15 mm and sphericity coefficient (Є) of 0,7 to 0,77. Sludge granulation was achieved after 2 months of operation. Once stabilization is achieved of the UASB reactor, it was followed by a continuous flow operation. The OLR tested 1, 2, 4 and 6 gCOD/L.d for UASB reactor gives a very favorable response regarding the performance of the reactor, as presented COD5 removal efficiencies of 51 to 76%, similar efficiencies those reported in the literature The HRT study was operated with an OLR of 6 gCOD/L.d and HRT were 24, 12, 5, 3 and 1 day. The removal efficiency was 51, 60, 57, 60 and 63% in soluble COD, respectively. It reached a maximum biogas production of 5.283 ml / d, but by reducing the HRT showed a proportional reduction in the total volume of biogas. The %CH4 content in the biogas increased with decreasing TRH, reflecting values of 80 to 92% of CH4. The FBA reactor with a volume of 8,2 L, used corrugated plastic tubes as carrier for bacteria transportation. The following OLR was applied, 0,5, 1, 3 and 6 gCOD/L.d. The FBA reactor showed an excellent removal of organic matter (80% CODS), a stable biogas production, and CH4 content very interesting. However, for more than 3 gCOD/L.d OLR began with unexpected behavior of capacity reduction. The UASB reactor hydrodynamic conditions are decisive for the formation of the granules, precondition to start the continuous flow. By operating the UASB reactor in continuous mode, it was possible to evaluate the best operating conditions for this type of waste (vinasse). The OLR of 6 gCOD/L.d for the UASB reactor fed with raw vinasse represents the limit of its capacity. However, with increasing OLR creates increased biogas production and methane. The removal efficiency of soluble COD is independent of HRT for OLR of 6 gCOD/L.d and HRT conditions tested (24, 12, 5, 3 and 1 day). COD Removal values achieved are slightly higher than the values of the vinasse anaerobic biodegradability of observed at 50%. Generally, reduction of HRT or vinasse dilution does not present a significant effect on the removal of the soluble organic matter; however if it occurs in the removal of sulfate reducing indirectly its toxicity. The thermoplastic support inoculated in FBA reactor and fed with raw vinasse, acted as a filter, in addition to obtaining good results in COD removal, but given the size and height of the filling slows evacuation of methane.

Flotação por ar dissolvido aplicado à separação de microalgas cultivadas em fotobiorreator, alimentado com vinhaça pré-tratada físico-quimicamente, com vistas à exploração de seu potencial bioenergético

Apesar de ser considerado um combustível sustentável, o etanol, produzido a partir da cana de açúcar, deixa um passivo de grandes proporções durante seu processo produtivo, a vinhaça, que vem sendo depositada nas próprias lavouras de cana de açúcar. É gerada na proporção de 12 litros para cada litro de etanol produzido em média, sendo rica em diversos nutrientes, os quais podem ser aproveitados para diversos fins como, por exemplo, meio de cultivo para microalgas. A presente pesquisa avaliou em uma primeira etapa a clarificação da vinhaça por um processo de coagulação com auxílio de um polímero catiônico, seguida de uma etapa de microfiltração tangencial em filtro de fibras ocas, o que permitiu uma redução superior a 77% para a cor aparente, de 99% para a turbidez e de 20% para a DQO, facilitando a utilização deste efluente para o cultivo de microalgas. Numa segunda etapa, foi avaliado o cultivo da microalga Chlorella vulgaris, em escala de bancada e operação em batelada, em meio preparado a partir da diluição da vinhaça em água de poço profundo, obtendo um aumento na biomassa produzida, determinado em termos de clorofila-a, em concentrações de vinhaça inferiores a 7,5% utilizando inóculo da ordem de 106 indivíduos. Tais dados permitiram a realização de ensaios de cultivo em escala contínua, com fotobiorreatores em escala piloto, gerando assim a biomassa utilizada nas próximas fases do estudo, que avaliaram a separação da biomassa gerada pelo processo de flotação por ar dissolvido. Os ensaios inicialmente realizados em escala de bancada e operados em batelada permitiram identificar as condições ótimas de operação, as quais foram então avaliadas em um flotador operando em fluxo contínuo. Tal flotador permitiu a obtenção de um lodo com teor de sólidos superior a 2%, o qual foi submetido à um processo final de desaguamento por centrifugação. Os ensaios de desaguamento, permitiram verificar que a utilização do mesmo polímero utilizado na etapa de clarificação permite a obtenção de um lodo mais estável, quando comparado com a não utilização de produto químico, na dosagem de polímero catiônico de 6 g.kg-1. A conclusão deste trabalho permitiu verificar a possibilidade de utilização da vinhaça como meio de cultivo de microalgas, reduzindo assim um dos impactos causados pela produção de etanol. Além disso foi possível verificar o potencial da FAD, para o espessamento de biomassa produzido em fotobiorreatores.

Produção de hidrogênio por fermentação por um novo isolado de Clostridium beijerinckii

O hidrogênio (H2) tem sido considerado uma fonte de energia limpa bastante promissora, pois sua combustão origina apenas moléculas de água, sendo uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis. Entretanto, os métodos atuais de produção de H2 demandam matérias-primas finitas e uma grande quantidade de energia, tornando a sua obtenção não sustentável. Mais recentemente, a via fermentativa tem sido considerada para a produção de H2, utilizando como matérias-primas efluentes industriais, materiais lignocelulósicos e biomassa de algas, denominado de bio-hidrogênio de primeira, segunda e terceira geração, respectivamente. Neste trabalho foi isolada uma bactéria anaeróbia a partir de uma cultura mista (lodo) de um sistema de tratamento de vinhaça, após pré-tratamento do lodo a pH 3 por 12 horas. Este microrganismo foi identificado com 99% de similaridade como Clostridium beijerinckii com base na sequência do gene RNAr 16S denominado de C. beijerinckii Br21. A temperatura e o pH mais adequados para o crescimento e produção de H2 por esta cultura foi 35 °C e pH inicial 7,0. A bactéria possui a capacidade de utilizar ampla variedade de fontes de carbono para a produção de H2 por fermentação, especialmente, monossacarídeos resultantes da hidrólise de biomassa de algas, tais como glicose, galactose e manose. Foram realizados ensaios em batelada para a produção de H2 com a bactéria isolada empregando diferentes concentrações de glicose e galactose, visando a sua futura utilização em hidrolisados de alga. Os parâmetros cinéticos dos ensaios de fermentação estimados pelo modelo de Gompertz modificado, como a velocidade máxima de produção (Rm), a quantidade máxima de hidrogênio produzido (Hmáx) e o tempo necessário para o início da produção de hidrogênio (fase lag) para a glicose (15 g/L) foram de: 58,27 mL de H2/h, 57,68 mmol de H2 e 8,29 h, respectivamente. Para a galactose (15 g/L), a Rm, Hmáx e foram de 67,64 mL de H2/h, 47,61 mmol de H2 e 17,22 horas, respectivamente. O principal metabólito detectado ao final dos ensaios de fermentação, foi o ácido butírico, seguido pelo ácido acético e o etanol, tanto para os ensaios com glicose, como com galactose. C. beijerinckii é um candidato bastante promissor para a produção de H2 por fermentação a partir de glicose e galactose e, consequentemente, a partir de biomassa de algas como substratos.

Avaliação do desempenho ambiental de alternativas de reaproveitamento de vinhaça decorrente da produção de etanol.

A obtenção de etanol a partir de rotas alcoolquímicas consagradas gera resíduos com potencial de aproveitamento, tanto em outros setores produtivos como no ciclo produtivo do próprio combustível. Este é o caso de torta de filtro e vinhaça. A vinhaça em particular costuma ser devolvida ao campo com o intuito de ajustar teores nutricionais do solo no cultivo da cana. No entanto, estudos ambientais destacam que esta alternativa traz efeitos negativos sobre os meios receptores (água e solo), condição que abre a perspectiva para exploração de usos alternativos dessas substâncias. Este estudo se propôs a contribuir para o tema ao avaliar de forma sistêmica o desempenho ambiental de duas alternativas de reaproveitamento de vinhaça: (i) reuso no campo em processos de fertirrigação, alternativa consolidada no Brasil, e (ii) reuso da fração líquida da vinhaça em etapas diversas do processo industrial de obtenção de etanol. Em qualquer das situações fez-se uso da técnica de Avaliação de Ciclo de Vida - ACV para proceder tal verificação. A análise ambiental da prática de reuso de vinhaça e torta para fertirrigação foi conduzida a partir da comparação de cenários que consideraram a forma de suprimento de nutrientes para a cana e o método de colheita. A avaliação de impactos ocorreu em dois níveis: quanto ao consumo de recursos, a partir de Primary Energy Demand (PED); e em termos de emissões para o ambiente por meio da elaboração do Perfil Ambiental. Uma Análise de Sensibilidade foi também realizada para verificar o efeito de oscilações dos teores de Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Potássio (K) na composição da vinhaça sobre os resultados obtidos, caso da primeira alternativa. Concluiu-se para esse caso que a substituição parcial de fertilizantes químicos por vinhaça traz aumento da Demanda de Energia Primária global para ambos os métodos de colheita. Em termos de Perfil Ambiental, a comparação entre cenários das mesmas práticas de manejo mostrou que a troca de adubos por vinhaça e torta é positiva para o desempenho ambiental do etanol por reduzir impactos quanto a Mudanças Climáticas (CC), Acidificação Terrestre (TA) e Toxicidade Humana (HT). Por outro lado, o tratamento de vinhaça para reposição de água na etapa industrial resultou em aumento global das contribuições para as categorias acima mencionadas além de incrementos para Eutrofização de água doce (FEut) e Ecotoxicidade de água doce (FEC), a despeito de ser constatada a redução de 45% quanto a Depleção de água (WD). Os aumentos no impacto se deveram principalmente aos efeitos negativos causados durante a produção do CaO usado no processo de tratamento da vinhaça. No entanto, a substituição deste insumo por NaOH só representou melhora em termos de CC. Pode-se concluir que a reutilização de vinhaça e de torta de filtro como complemento nutricional para o cultivo de cana-de-açúcar resultou em uma alternativa mais adequada de reaproveitamento do que o se este fluído fosse reutilizado para suprir parte da demanda hídrica de processo, mesmo quando o consumo de água na etapa industrial tenha inexoravelmente se reduzido a partir da implantação dessa medida.

Gaseificação de vinhaça em água supercrítica.

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.

Degradation and sorption of fipronil and atrazine in Latossols with organic residues from sugarcane crop.

ABSTRACT: Organic residues from sugarcane crop and processing (vinasse, boiler ash, cake filter, and straw) are commonly applied or left on the soil to enhance its fertility. However, they can influence pesticide degradation and sorption. The objective of this study was to assess the effect of adding these organic residues on the degradation and sorption of fipronil and atrazine in two soils of the State of Mato Grosso do Sul, MS, Brazil. The degradation experiment was carried out with laboratory-incubated (40 days; 28°C; 70% field capacity) soils (0-10cm). The batch equilibration method was used to determine sorption. Fipronil (half-life values of 15-105 days) showed to be more persistent than atrazine (7-17 days). Vinasse application to the soil favored fipronil and atrazine degradation, whereas cake filter application decreased the degradation rates for both pesticides. Values for sorption coefficients (Kd) were determined for fipronil (5.1-13.2mL g-1) and atrazine (0.5-1.5mL g-1). Only straw and cake filter residues enhanced fipronil sorption when added to the soil, whereas all sugarcane residues increased atrazine sorption. RESUMO: Resíduos orgânicos do cultivo e processamento da cana-de-açúcar (vinhaça, cinzas, torta de filtro e palha) são usualmente aplicados ou deixados no solo para aumentar sua fertilidade, mas eles podem influenciar na degradação e sorção de agrotóxicos. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da adição desses resíduos orgânicos no solo sobre a degradação e sorção do fipronil e da atrazina em dois solos no Estado de Mato Grosso do Sul, MS, Brasil. O experimento de degradação foi realizado com solos (0-10cm) incubados em laboratório (40 dias; 28°C; 70% da capacidade de campo). Para determinar a sorção, foi usado o método da batelada. Fipronil mostrou ser mais persistente (valores de meia-vida entre 15-105 dias) que atrazina (7-17 dias). O solo com adição de vinhaça favoreceu a degradação de fipronil e atrazina, enquanto adição da torta de filtro desacelerou o processo. Os valores do coeficiente de sorção (Kd) foram determinados para fipronil (5,1-13,2mL g-1) e atrazina (0,5-1,5mL g-1). Apenas os resíduos palha e torta de filtro aumentaram a sorção de fipronil quando adicionados ao solo, enquanto todos os resíduos aumentaram a sorção de atrazina.