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Resumo Avaliar a qualidade do lixiviado e o comportamento de diferentes tipos de solo após a aplicação de vinhaça, foi o que se objetivou com este estudo. Para isto, foram reproduzidos, em 27 colunas de PVC de 20 de diâmetro e 110 cm de altura (mantidos horizontes, espessuras e densidades), três solos: Nitossolo, Argissolo e Espodossolo. Os solos foram irrigados com 0 (Testemunha), 350 e 700 m3 ha-1 de vinhaça e aplicadas lâminas de lixiviação aos 30 e 60 dias, quando foram coletadas amostras do efluente e submetidas às análises de K e Na; após o período de incubação, as amostras dos solos foram coletadas com auxilio de um trado, nas profundidades dos respectivos horizontes e submetidas, também, a análises de K e Na. A aplicação de vinhaça provocou variação de K e Na no lixiviado e os menores valores foram obtidos no Nitossolo, seguido do Espodossolo. Nos solos ocorreu aumento de K e diminuição de Na. Abstract The present study evaluated leachate quality and behavior of different types of soils after vinasse application. For this, three soils (Nitossolo, Argissolo and Espodossolo) were reproduced in 27 PVC columns of 20 x 110 cm (diameter x height), maintaining the horizons, thickness and densities. The soils were irrigated with vinasse at 0 (Control), 350 and 700 m3 ha-1, applied at 30 and 60 days, and effluent samples collected for K and Na analysis. After the incubation period, soil samples were also collected at respective horizon depths for K and Na analysis. The results pointed out that vinasse application induced K and Na variation in leachate, with the lowest values in Nitossolo, followed by Espodossolo. In soils there was increase in K and decrease in Na.

Brazil is the second-largest producer of ethanol and the alcoholic fermentation wastes have become a concern for both environmental and economic reasons. Recently, the Brazilian industry has implemented the second generation (2G) process to attend the growing for biofuel. In this study, we aimed to investigate whether the 2G vinasse faces the same environmental challenges that first generation (1G) vinasses do, meaning vinasses from ethanol processes using sugarcane juice and/or molasses. Thus, vinasse was obtained from one of the recently-started 2G ethanol facilities in São Paulo State and then chemically characterized. Considering glycerol, mannitol, residual sugars, and organic acids concentrations altogether, it was determined that 2G vinasse had a total carbon source of 23,050 mg L-1 (compared to 4,800 mg L-1 in 1G vinasse). Magnesium, calcium, potassium, and others salts were determined as well. Based on its chemical composition, vinasses could be considered as nutrient sources for other bioprocesses. Finally, we brought some perspectives into bioprocesses with nutritional requirements that might be fully or partially provided by vinasses, leading to the production of bioenergy or bioproducts.

In view of the growing importance of distributed generation, the pluralization of the energy matrix close to large consumption centers has become necessary. In this sense, the energy sector can contribute to electricity generation using waste products such as vinasse, the most relevant in terms of volume and polluting capacity. The general objective of this article is to analyze the economic feasibility of using vinasse for electricity generation, and as a specific objective, to identify the viable price range of MWh in free and regulated energy environments and the productive capacity of plants for this type of investment. The methodology used was quantitative research, based on the cost structure of a biodigester IC internal combustion engine with 38% yield and vinasse logistics according to the production capacity of autonomous plants of 100 m3, 1,000 m3, and 3,000 m3ethanol/day for scenarios with and without tax exemptions for a price range between US$ 26.04 and US$ 130.20/MWh. The analysis shows that the use of vinasse for electricity generation is restricted to medium and large producers. Furthermore, the price of MWh is more relevant than the tax exemption for the feasibility of this type of project. This corroborates the constant requests from the sugar-energy sector to hold exclusive electricity auctions for biomass, given its cost structure and its social, economic, and environmental externalities. Resumen En vista de la creciente importancia de la generación distribuida, la pluralización de la matriz energética cerca de los grandes centros de consumo se ha vuelto necesaria. En este sentido, el sector azucarero-energético puede contribuir a la generación de electricidad utilizando residuos como la vinaza, el más relevante en términos de volumen y capacidad contaminante. Por lo tanto, el objetivo general de este artículo es analizar la viabilidad económica del uso de vinaza para la generación de electricidad, como un objetivo específico, para identificar el rango de precio viable de MWh en entornos de energía libres y regulados y la capacidad productiva de las plantas para este tipo de inversión. La metodología utilizada fue la investigación cuantitativa, basada en la estructura de costos de biodigestores IC, motor de combustión interna con 38% de rendimiento y logística de vinaza de acuerdo con la capacidad de producción de la planta autónoma en 100 m3, 1,000 m3 y 3,000 m3 de etanol/día para escenarios con y sin exención de impuestos para un rango de precios entre US$ 26,04 a US$ 130,20/MWh. El análisis muestra que el uso de vinaza para la generación de electricidad está restringido a productores medianos y grandes. Además, el precio del MWh es más relevante que la exención de impuestos para la viabilidad de este tipo de proyecto. Esto corrobora las constantes solicitudes del sector azucarero-energético para realizar subastas exclusivas de electricidad para biomasa, dada su estructura de costos y sus externalidades sociales, económicas y ambientales. Resumo Ante a crescente importância da geração distribuída, a pluralização da matriz energética próxima aos grandes centros de consumo tornou-se necessário. Nesse sentido, o setor de sucro energético pode contribuir para a geração de eletricidade utilizando resíduos como vinhaça, o mais relevante em volume e capacidade poluidora. Logo, objetivo geral deste artigo é analisar a viabilidade econômico do uso de vinhaça para geração de eletricidade, como objetivo específico, identificar a faixa de preço viável do MWh nos ambientes livre e regulado de energia e a capacidade produtiva das plantas para esse tipo de investimento. A metodologia utilizada foi a pesquisa quantitativa, com base na estrutura de custo de biodigestor IC, motor de combustão interna com 38% de rendimento e logística de vinhaça em função da capacidade de produção de usina autônomas em 100 m3, 1.000 m3 e 3.000 m3 etanol / dia para cenários com e sem isenção de impostos para uma faixa de preço entre US$ 26,04 a US$ 130,20/MWh. A análise permite observar que o uso de vinhaça para geração de eletricidade está restrito a produtores de médio e grande porte. Outrossim, o preço do MWh é mais relevante que a isenção fiscal para viabilidade deste tipo de projeto. Isso corrobora os constantes pedidos do setor sucroenergetico para realização leilões de eletricidade exclusivos para biomassa, dado sua estrutura de custos e suas as externalidades sociais, econômicas e ambientais.

Vinasse is the main by-product of ethanol production. In 2005, its application was regulated in the state of Sao Paulo, so if it is to be applied to the fields, its volume must meet the established concentration regulations. Straw contains one-third of sugarcane calorific value and can be used for cogeneration. For these purposes, the project objective was to assess the effects of straw on the concentration of vinasse solids through physical and chemical processes, so its concentrated form could be used as biomass for cogeneration. For that, different concentrations of straw, ferric sulphate, and ferric chloride were used. Turbidity reduction was the parameter analysed. Both reagents were effective in reducing the turbidity. The 200 ppm of ferric chloride and 0.25% straw content reduced the turbidity by 55.02% and 400 ppm of ferric sulphate and 0.25% of straw reduced it by 57.96%. The addition of straw showed no significant effect in terms of the turbidity reduction, however, both best treatments had 0.25% straw content addition in it. Straw can be used to concentrate vinasse, contributing to the efficiency of the process and increasing the energy potential of the concentrated solids.

The expansion of sugarcane plantations in Brazil and the discarding of vinasse into the sugarcane field have been speculated to contribute to the growing population of the billbug Sphenophorus levis. This beetle attacks the root system and forms galleries in rhizomes, causing damage or even the death of host plants. It has been suspected that vinasse, a residue from ethanol production, can release volatiles that are attractive to the insect; however, no study has addressed this hypothesis so far. The aim of this study was to investigate the attractiveness of vinasse to S. levis adults and identify the volatile compounds released by this substance using gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS). We found that vinasse was more attractive to S. levis than sugarcane stems, molasses and wastewater under laboratory conditions, but not than cane stems at field conditions. Our GC–MS analysis revealed the presence of primary alcohols, terpenes and organic carboxylic acids in vinasse. When a mixture of the commercial synthetic compounds identified in the chemical analysis was tested in the laboratory, a strong attraction of the insects to the mixture was observed. Our results help to explain how vinasse can contribute to the infestations of S. levis in sugarcane fields and shed new light on the development of strategies to control this pest using chemical attractants.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Agrochemicals are largely used in sugar cane production in Brazil and they contaminate water bodies and potentially they can cause a process named biotic homogenization, through species selection and changes in the aquatic species compositions. In metacommunities the contamination can affect uncontaminated and connected water bodies through organisms dispersion or effluents sharing, on the other hand we can also predict that non affected places can help the local communities to recover after agrochemicals exposure directly, acting as key-communities and that phytoplankton communities would suffer the biotic homogenization process through pesticides (e.g., fipronil) and fertilizers (e.g., vinasse) addiction. The first one would cause top-down remotion, because of its toxicity to zooplankton and the second one would cause it because of bottom-up remotion by nutrients increase, leading to eutrophication. In contrast, fertilizers could also promote biotic heterogenization as a result of resources increase, which can favour a greater quantity of species. In this study, tried to understand possible changes in phytoplankton special and temporal composition in presence of fipronil and sugarcane vinasse, separately and test how key-communities can help contaminated communities to recover. To test our four hypotheses, we conducted an experiment in mesocosms outdoor contaminated with realistic concentrations for water bodies (an average of 2 µg/L of fipronil and 125 mL of vinasse for each 400 L mesocosm), considering a metacommunities approach, with dispersion among mesocosms. We found that the presence of the contaminants enhanced the diversity and richness loss, although it increased the species evenness. We also observed changes in the species composition, in which the same species respond to the top-down and bottom-up controls loosening or removal, respectively. Pesticides and fertilizers, in the concentrations we tested, tend to lead the phytoplankton communities to beta diversity decrease, although subsequently, the communities were able to recover, which does not support the biotic homogenization hypothesis. The species with the major contributions to beta diversity are the same for both contaminants and the patterns for local contributions were not clear, but it suggested that pristine communities had negative impacts after they received effluents and organisms from impacted locals. We concluded that the presence of contaminants in the current concentrations that are found in aquatic ecosystems can cause beta diversity decrease to phytoplankton communities that can still be recovered and that it selects species with some similar and particular characteristics in both cases, but mainly, that negative effects also occur on nonaffected communities that receive effluents and organisms from affected ones. Agroquímicos utilizados no cultivo da cana-de-açúcar no Brasil contaminam corpos d’água adjacentes e potencialmente causam o processo conhecido como homogeneização biótica, através de seleção de espécies e alterações nas composições de comunidades aquáticas. Em metacomunidades, a contaminação destes locais pode afetar demais corpos d’água não contaminados que estejam interligados a eles por dispersão de organismos ou compartilhamento de efluentes, por outro lado, também podemos prever que locais não impactados podem auxiliar na recuperação das comunidades locais que recebem agroquímicos diretamente, atuando como comunidades- chave e que comunidades de fitoplâncton sofreriam o processo de homogeneização biótica pela exposição aos pesticidas (e.g., fipronil) e fertilizantes (e.g., vinhaça). O primeiro pela remoção do controle top-down através da toxicidade para o zooplâncton e o segundo pela remoção do controle bottom-up pelo aumento de nutrientes, levando à eutrofização. Em contrapartida, fertilizantes também poderiam promover heterogeneização biótica por aumento de recursos, que auxiliaria no crescimento de várias espécies. Portanto, buscamos compreender as alterações na composição espacial e temporal do fitoplâncton, na presença de fipronil e vinhaça, separadamente e testar o papel das comunidades-chave na recuperação de comunidades contaminadas. Para testar nossas quatro hipóteses, utilizamos um experimento em mesocosmos ao ar livre contaminados com concentrações realistas em corpos d’água (em média 2 µg/L de fipronil e 125 mL de vinhaça para cada mesocosmo de 400 L), considerando uma abordagem de metacomunidades, com dispersão entre mesocosmos. Encontramos que a presença dos contaminantes acentuou o processo de perda de diversidade e de riqueza, mas gerou aumento de equitabilidade de abundâncias. Também observamos alteração na composição de espécies, onde as mesmas espécies responderam ao relaxamento ou remoção dos controles top-down e bottom-up, respectivamente. Pesticidas e fertilizantes, nas concentrações utilizadas, tendem a levar as comunidades de fitoplâncton à diminuição da diversidade beta, mas há posterior recuperação das comunidades, não sustentando a hipótese de homogeneização biótica. As espécies com maiores contribuições para a diversidade beta são semelhantes para ambos os contaminantes e a contribuição dos locais não tem padrão evidente, mas sugere que comunidades- chave também sofrem efeitos negativos após entrada de efluentes e organismos advindos de locais impactados. Concluímos que a presença dos contaminantes nas concentrações testadas mostra tendência à diminuição da diversidade beta para as comunidades de fitoplâncton que ainda podem ser recuperadas e seleciona espécies com características semelhantes em ambos os casos, mas principalmente, que efeitos negativos também ocorrem nas comunidades não contaminadas que recebem efluentes e organismos de comunidades contaminadas. CAPES: Código de Financiamento 001

Advances in production systems always aim at finding alternatives to improve crop productivity. One of the recent practices adopted in commercial banana and plantain plantations refers to the application of liquid fertilizers in bunches in order to increase productivity. This research aimed at verifying whether the use of biofertilizers based on pure vinasse or associated with other chemical fertilizers would provide morphophysiological changes in fruits or increase the productivity of ‘Terra Maranhão’ plantain cultivars. In order to carry out this project, a randomized block design with 6 treatments and 3 replicates was set up in a commercial crop and the postharvest production and quality characteristics of ‘Terra Maranhão’ plantain fruits were evaluated. The results showed that the morphophysiological characteristics of freshly harvested fruits that impact productivity such as the fruit weight and bunch weight were affected by treatments, as the postharvest characteristics of ripe fruits were little affected by the application of fertilizers in bunches, except for the SST content. It could be concluded that the crop yield increased significantly by 17% when using mixture of vinasse, potassium chloride and urea; however, this treatment caused significant reduction of 1.3 ºBrix compared to control. Resumo Os avanços nos sistemas de produção buscam sempre alternativas para a melhoraria da produtividade. Uma das práticas recentes adotadas em plantios comerciais de bananas e plátanos referem-se à aplicação de fertilizantes líquidos em cachos, visando ao aumento da produtividade. O objetivo deste trabalho foi verificar se o uso de biofertilizantes à base de vinhaça pura ou associada a outros adubos químicos poderia proporcionar alterações morfofisiológicas nos frutos ou aumento de produtividade no plátano cv Terra Maranhão. Para a execução deste projeto, foi montado, em uma lavoura comercial, um delineamento em blocos casualizados, com 6 tratamentos e 3 repetições, tendo sido avaliadas características de produção e qualidade dos frutos na pós-colheita do plátano cultivar (cv) Terra Maranhão. Como resultado, pôde-se observar que as características morfofisiológicas de frutos recém-colhidos, que impactam a produtividade, como peso dos frutos e dos cachos, foram afetados pelos tratamentos, enquanto características da pós-colheita dos frutos maduros foram pouco afetadas pela aplicação de fertilizantes nos cachos, com exceção do conteúdo de SST. Conclui-se, portanto, com este experimento, que a produtividade da cultura aumentou significativamente em 17%, quando utilizada uma mistura de vinhaça, cloreto de potássio e ureia; entretanto, este mesmo tratamento provocou a redução significativa de 1,3 ºBrix em relação a testemunha.

Orientadores: Bruna de Souza Moraes, Flavia Vischi Winck Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A produção de biogás ocorre por meio da digestão anaeróbia (DA), que permite a recuperação energética da matéria orgânica através da produção de metano (CH4). Substratos da atividade sucroalcooleira são considerados como potenciais facilitadores do desenvolvimento de biorrefinarias, tornando o sistema mais resiliente e versátil. Nesse contexto, a co-digestão de substratos de diferentes biodegradabilidades (mais degradáveis com menos degradáveis) surge como uma alternativa, sendo capaz de amenizar os efeitos inibitórios desses resíduos à DA, além de poder melhorar o processo de monodigestão de vinhaça que é "convencionalmente" realizado nas usinas de etanol. Portanto, o objetivo deste trabalho foi co-digerir resíduos da produção de etanol 1G (vinhaça e torta de filtro) e resíduos da produção de etanol 2G (licor de desacetilação) para obter biogás e propor a integração da biorrefinaria 1G2G. A etapa 1 do projeto consistiu em realizar a análise do Potencial Bioquímico de Metano (PBM) de cada resíduo, na etapa 2 foi realizada a operação em reator contínuo para a co-digestão de três resíduos e a etapa 3 foi uma otimização da produção de biogás com adição de nanopartículas de Fe3O4 (NP) na operação do reator de co-digestão (o mesmo operado na etapa 2). Para as etapas 2 e 3 foi feita a identificação do consórcio microbiano juntamente com proteínas extracelulares (análise proteômica), para traçar a rota metabólica em ambas as operações do reator. Os resultados de PBM mostraram que a co-digestão da vinhaça 1G com a torta de filtro e o licor de desacetilação melhorou o rendimento de CH4 de substratos isolados, atingindo 605 NmLCH4 gSV-1. A vinhaça e o licor de desacetilação como únicos co-substratos aumentaram o PBM em 38% em relação a vinhaça, indicando sinergismo nutricional. Na operação contínua do reator de co-digestão dos três resíduos o maior rendimento de CH4 foi de 230 NmLCH4 gSV-1 com eficiência média de remoção de matéria orgânica de 83% ± 13 alcançados na Carga Orgânica Volumétrica (COV) de 4,16 gSV L-1dia-1. Além disso, o uso de Fe3O4 NP mostrou-se eficiente no processo de otimização da produção de CH4, uma vez que o valor máximo foi 2,8 ± 0,1 NLCH4 gSV-1 sendo 90% superior ao obtido na co-digestão sem a presença de NP. A principal Archaea metanogênica encontrada em ambos os reatores (estágio 2 e estágio 3) foi Methanoculleus, indicando que a possível rota metabólica predominante foi a oxidação do acetato sintrófico (SAO) acoplada à metanogênese hidrogenotrófica. Por meio desses resultados, foi possível realizar uma análise energética e obter a capacidade instalada para uma biorrefinaria integrada de etanol 1G2G de mais de 50 MW (considerando somente a capacidade energética do biogás) durante o período de safra. Convertendo o biogás em biometano foi provido a necessidade de biocombustível da frota da maior usina de etanol do Brasil e ainda obtido um excedente que pode ser injetado na rede de gás e gerar eletricidade. De maneira geral, os resultados mostraram que a co-digestão dos resíduos propostos é uma alternativa viável para a produção de biogás e integração da biorrefinaria de etanol 1G2G Abstract: Biogas production occurs through anaerobic digestion (AD), which allows the energetic recovery of the organic source through the use of methane (CH4). Substrates from the sugar-alcohol activity are considered as potential facilitators of the development of biorefineries, making the system more resilient and versatile. In this context, the co-digestion of substrates of different biodegradability (more degradable with less degradable) appears as an interesting alternative, being able to soften the inhibitory effects of those residues to AD, in addition to being able to improve the process of monodigestion of vinasse that is "conventionally " carried out in ethanol plants. Therefore, the objective of this work was to co-digest residues from the 1G ethanol-producing (vinasse and filter cake) and residues from the 2G ethanol-producing (deacetylation liquor) to obtain biogas and propose the integration of the 1G2G biorefinery. Stage 1 of the project consisted of performing the Biochemical Methane Potential (BMP) analysis of each residue, stage 2 was the operation in a continuous reactor for the co-digestion of three residues, and stage 3 was an optimization of biogas production with adding Fe3O4 nanoparticles (NP) in the co-digestion reactor operation (the same was operated in stage 2). For stages 2 and 3 was done identification of the microbial consortium together with extracellular proteins (proteome analysis), to trace the metabolic route in both reactor operations. BMP results showed that co-digestion of vinasse 1G with filter cake and deacetylation liquor improved the CH4 yield of isolated substrates, reaching 605 NmLCH4 gVS-1. Vinasse and deacetylation liquor as the only co-substrates increased PBM by 38% over vinasse, indicating nutritional synergism. In the continuous operation of the co-digestion reactor of the three residues, the highest CH4 yield was 230 NmLCH4 gSV-1 with average organic matter removal efficiency of 83% + 13 achieved at Organic Load Rate (OLR) of 4.16 gVS L-1day-1. Furthermore, the use of Fe3O4 NP proved to be efficient in the process of optimizing the production of CH4, since the maximum value was were 2.8 ± 0.1 NLCH4 gVS-1 being 90% higher than that obtained in the co-digestion without the presence of NP. The main methanogenic Archaea found in both reactors (stage 2 and stage 3) was Methanoculleus, indicating that the predominant metabolic route possible was syntrophic acetate oxidation (SAO) coupled with hydrogenotrophic methanogenesis. Through these results, was possible to perform an energy analysis and obtained the installed capacity for an integrated 1G2G ethanol biorefinery of more than 50 MW (considering only the energy capacity of biogas) during the season period. By converting biogas into biomethane, the need for biofuel in the fleet of the largest ethanol plant in Brazil was provided and still obtained a surplus that can be injected into the gas grid and generate electricity. In general, the results obtained showed that the co-digestion of the proposed residues is a viable alternative for the production of biogas and integration of the 1G2G ethanol biorefinery Doutorado Bioenergia Doutora em Ciências FAPESP 2018/09893-1 CAPES 001 CNPQ

Sugarcane management practices include the application of pesticides, including the herbicide 2,4-D and the insecticide fipronil. In addition, a by-product from the ethanol industry, called vinasse, is commonly applied to fertilize sugarcane areas. The potential risks of these practices to the edge-of-field aquatic ecosystems were assessed in the present study. This was done by contaminating mesocosms with (single and mixtures of) both pesticides and vinasse and evaluating the effects on the midge Chironomus sancticaroli through in-situ and laboratory bioassays. To this end, outdoor mesocosms were treated with fipronil (F), 2,4-D (D), and vinasse (V) alone and with the mixture of fipronil and 2,4-D (M), as well as with both pesticides and vinasse (MV). C. sancticaroli was deployed in mesocosms before contamination in cages, which were taken out 4- and 8-days-post-contamination. Water and sediment samples were also taken for laboratory bioassays on the first day of contamination, as well as 7-, 14-, 21-, 30-, 45-, and 75-days post-contamination. The responses assessed in subchronic assays (8-day) were survival, growth, head capsule width, development, and mentum deformities. Low survival occurred in the in-situ experiments of all treatments due to the low oxygen levels. In the laboratory tests, effects on survival occurred for F, V, and M over time after exposure to both water and sediment. All organisms died post-exposure to water samples from the MV treatment, even 75-days-post-contamination. Impairments in body length and head capsule width occurred for F, V, and M for water and F, V, M, and MV for sediment samples over time. All treatments increased mentum deformities in exposed larvae for any of the sampling periods. The negative effects observed were more significant in the mixture mesocosms (M and MV), thus indicating increased risks from management practices applying these compounds together or with a short time interval in crops.

Submitted by Jessyca de Araujo Borro (jessyca.borro@unesp.br) on 2022-02-03T20:06:31Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_defesa_Jéssyca_de_Araujo_Borro_06_12_Energia_na_agricultura_final_revisado_pronto_03.02.pdf: 3744261 bytes, checksum: 3810fe0c233ce1a8f447232c60a0352c (MD5) Rejected by Messias Victor Telles de Carvalho (messias.victor@unesp.br), reason: Oi Jéssyca, As referências devem iniciar em página impar. Depois corrija a paginação na ficha catalográfica e no sumário. on 2022-02-04T17:32:31Z (GMT) Submitted by Jessyca de Araujo Borro (jessyca.borro@unesp.br) on 2022-02-04T17:43:22Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_defesa_Jéssyca_de_Araujo_Borro_06_12_Energia_na_agricultura_final_revisado_pronto_04.02_.pdf: 3746606 bytes, checksum: 1e1c353bc61b54932b7bb64403218fd8 (MD5) Approved for entry into archive by Messias Victor Telles de Carvalho (messias.victor@unesp.br) on 2022-02-04T18:32:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 borro_ja_me_botfca.pdf: 3746606 bytes, checksum: 1e1c353bc61b54932b7bb64403218fd8 (MD5) Made available in DSpace on 2022-02-04T18:32:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 borro_ja_me_botfca.pdf: 3746606 bytes, checksum: 1e1c353bc61b54932b7bb64403218fd8 (MD5) Previous issue date: 2021-12-06 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) A celulose bacteriana (CB) é produzida por meio da biossíntese de microrganismos, como as bactérias Gluconacetobacter xylinus. A utilização e aproveitamento de resíduos agroindustriais, alimentícios, cervejeiros, produtos com potenciais propriedades terapêuticas e/ou medicinais inseridos em meios de cultura para a obtenção de CB se fazem crescentes na literatura. A vinhaça, um subproduto da fabricação do etanol, é composta por 93% de água e 7% de sólidos orgânicos e inorgânicos. A Aloe vera, conhecida popularmente como babosa, é caracterizada pelo alto teor de água, cerca de 99%, e os outros 1% de 75 compostos ativos diferentes. A vinhaça e a Aloe vera apresentam-se como potenciais substratos para a produção de CB reduzindo o custo de produção, minimizando os impactos ambientais e revertendo em benefícios nas necessidades humanas, como aplicações em tratamentos de queimaduras, entre outros. O objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de membranas de CB produzidas a partir da bactéria Gluconacetobacter xylinus, em meios de cultura enriquecidos com vinhaça e Aloe vera. A análise de Espectroscopia na região do infravermelho (IR) possibilitou concluir que ocorreram alterações químicas nas estruturas da CB incorporadas com Aloe vera, presença de banda característica de interação com grupo amino e na incorporação com vinhaça, presença de banda característica de regiões cristalinas. Na análise de Difração de Raio – X(DRX), foi possível identificar incorporações com a presença de celulose I (CBV20, CBV40, CBV60, CBV80 e CBB80) e incorporações com a presença de celulose II (CBB20, CBB40 e CBB60). Mecanicamente, a incorporação CBB80 de Aloe vera demonstrou semelhança nos valores de módulo de elasticidade (MPa), tensão máxima (MPa) e alongamento (%), enquanto a incorporação com vinhaça, a CBV40 demonstrou semelhança nos valores de módulo de elasticidade (MPa), tensão máxima (MPa) e alongamento (%) quando comparadas às membranas CB (controle); morfologicamente, a incorporação CBB80 de Aloe vera demonstrou uma rede de microfibrilas com gel de Aloe vera e possivelmente aderidas à superfície. Os resultados mostraram o potencial uso de incorporações da vinhaça e Aloe vera como substratos alternativos, reduzindo os altos custos envolvidos na produção, a valorização do uso de resíduos agroindustriais e o potencial uso de plantas com compostos bioativos. Bacterial cellulose (BC) is produced through the biosynthesis of microorganisms, such as the bacteria Gluconacetobacter xylinus. The use and utilization of agroindustrial, food, and brewery wastes, products with potential therapeutic and/or medicinal properties inserted in culture media to obtain CB are increasing in the literature. Vinasse, a byproduct of ethanol production, is composed of 93% water and 7% organic and inorganic solids, Aloe vera, popularly known as babosa, is characterized by high water content, about 99%, and the other 1% of 75 different active compounds, present themselves as potential substrates for the production of CB reducing production cost, minimizing environmental impacts and reverting into benefits in human needs, such as applications in burn treatments, among others. The objective of the work was to develop CB membranes produced from Gluconacetobacter xylinus bacteria, in culture media enriched with vinasse and Aloe vera. The IR analysis allowed the conclusion that chemical alterations occurred in the structures of the CB incorporated with Aloe vera, presence of a characteristic band of interaction with amino group and in the incorporation with vinasse, presence of a characteristic band of crystalline regions. In XRD analysis, it was possible to identify incorporations with the presence of cellulose I (CBV20, CBV40, CBV60, CBV80 and CBB80) and incorporations with the presence of cellulose II (CBB20, CBB40 and CBB60). Mechanically, the CBB80 incorporation of Aloe vera showed similarity in the values of modulus of elasticity (MPa), maximum stress (MPa) and elongation (%), while the incorporation with vinasse, CBV40 showed similarity in the values of modulus of elasticity (MPa), maximum stress (MPa) and elongation (%) when compared to CB (control) membranes; Morphologically, CBB80 Aloe vera incorporation demonstrated a network of microfibrils with Aloe vera gel and possibly adhered to the surface. The results showed the potential use of incorporations of vinasse and Aloe vera as alternative substrates, reducing the high costs involved in production, the valorization of the use of agroindustrial waste and the potential use of plants with bioactive compounds. 134330/2019-6

O presente trabalho de conclusão de curso tem por objetivo analisar o atual cenário para cogeração de biogás, biometano e energia elétrica a partir da vinhaça de cana-de-açúcar, identificando as principais barreiras regulatórias no âmbito federal e paulista e, a partir desta análise inicial, propor contribuições para que seja desenvolvido um contexto regulatório que permita a consolidação desta fonte de bioenergia renovável na matriz energética nacional, em especial, no território paulista. Para tanto, após uma breve introdução e contextualização quanto ao uso agronômico da vinhaça, bem como sobre a tecnologia existente para o seu aproveitamento energético, será apresentada um mapeamento das regulamentações legais e infralegais sobre o aproveitamento deste subproduto no Brasil, em especial, no Estado de São Paulo, identificando-se as lacunas e barreiras regulatórias existentes. Por fim, foram formuladas propostas de adequação da legislação vigente com vistas a criar um ambiente regulatório que incentive investimentos neste modelo de cogeração de biogás, biometano e energia elétrica, contribuindo, assim, para formulação de uma política pública voltada à sua inclusão na matriz energética nacional. A partir deste referencial, foi possível concluir que o sucesso do aproveitamento energético da vinhaça em escala comercial está diretamente relacionado à criação de um ambiente regulatório que forneça segurança jurídica e operacional aos agentes econômicos. Para tanto, verificou-se a necessidade de formulação de uma política pública coordenada no nível federal, estadual e municipal, visto que se trata de uma atividade essencialmente transversal. This end-of course paper aims to analyze the current scenario for cogeneration of biogas, biomethane and electricity from sugarcane vinasse, identifying the main regulatory barriers in the federal and São Paulo scope and, based on this analysis Initially, propose contributions so that a regulatory context can be developed that allows the consolidation of this renewable bioenergy source in the national energy matrix, especially in São Paulo. Therefore, after a brief introduction and contextualization regarding the agronomic use of vinasse, as well as the existing technology for its energy use, a mapping of the legal and infra-legal regulations on the use of this by-product in Brazil, especially in the State, will be presented. São Paulo, identifying existing regulatory gaps and barriers. Finally, proposals will be made to adapt the current legislation to create a regulatory environment that encourages investments in this model of cogeneration of biogas, biomethane and electricity, thus contributing to the formulation of a public policy aimed at its inclusion in the energy matrix national. Based on this reference, it was possible to conclude that the success of energy production from vinasse on a commercial scale is directly related to developing a regulatory scenario that provides legal and operational security to economic agents. Therefore, it was concluded that there is a need to formulate a coordinated public policy at the three governmental levels, namely, federal, State, and municipal, as this is an essentially transversal activity.

Despite the environmental impacts generated by polluting waste from the sugar-energy industry, studies evaluating this issue in the Northeast region of Brazil are still incipient. Therefore, the aim of this study was to evaluate the environmental impacts of polluting waste produced by sugarcane industries in the state of Alagoas. A survey was carried out, applying a questionnaire in three mill and an autonomous distillery, located in the state of Alagoas. The mills are identified in this study as mills A, B, C and D. The four mills carried out the fermentation in fed batches (batch fed process) and have a lung chamber. Two have open vats and two closed fermentors, for recovering the ethanol dragged by the gases given off during the ethanol fermentation. The questionnaire was filled out by those responsible with operational data from each mill. Sugarcane crushing, sugar production, hydrous ethanol production, anhydrous ethanol production, kg of sugar per ton of cane and liters of ethanol per ton of cane, consumption of sulfuric acid and cyclohexane were evaluated; water used to wash the sugarcane and wash the gases released during fermentation. The sugarcane mills in the state of Alagoas evaluated in this study, which produce sugar and ethanol, in addition to other marketable by-products, use production methods and processes with a high potential for environmental impact. Apesar dos impactos ambientais gerados pelos resíduos poluentes da indústria sucroenergética, estudos avaliando essa temática na região Nordeste do Brasil ainda são incipientes. Portanto, objetivou-se com este estudo avaliar os impactos ambientais dos resíduos poluentes produzidos pelas indústrias sucroenergéticas no estado de Alagoas. Foi realizado um levantamento, aplicando-se um questionário em três usinas e uma destilaria autônoma, localizadas no estado de Alagoas. As usinas estão identificadas neste estudo como usinas A, B, C e D. As quatro usinas conduziram a fermentação em batelada alimentada (processo descontínuo alimentado) e possuem dorna pulmão. Duas possuem dornas abertas e duas fermentadores fechados, para recuperação do etanol arrastado pelos gases desprendidos durante a fermentação etanólica. O questionário foi preenchido pelos responsáveis com dados operacionais de cada usina. Foi avaliada a moagem de cana, produção de açúcar, produção de etanol hidratado, produção de etanol anidro, kg de açúcar por tonelada de cana e litros de etanol por tonelada de cana, consumo de ácido sulfúrico e de ciclohexano; água utilizada na lavagem da cana e na lavagem dos gases liberados durante a fermentação. As usinas sucroenergéticas no estado de Alagoas avaliadas neste estudo, que produzem açúcar e etanol, além de outros subprodutos comercializáveis, utiliza métodos e processos produtivos com elevado potencial de impacto ambiental. Apesar dos impactos ambientais gerados pelos resíduos poluentes da indústria sucroenergética, estudos avaliando essa temática na região Nordeste do Brasil ainda são incipientes. Portanto, objetivou-se com este estudo avaliar os impactos ambientais dos resíduos poluentes produzidos pelas indústrias sucroenergéticas no estado de Alagoas. Foi realizado um levantamento, aplicando-se um questionário em três usinas e uma destilaria autônoma, localizadas no estado de Alagoas. As usinas estão identificadas neste estudo como usinas A, B, C e D. As quatro usinas conduziram a fermentação em batelada alimentada (processo descontínuo alimentado) e possuem dorna pulmão. Duas possuem dornas abertas e duas fermentadores fechados, para recuperação do etanol arrastado pelos gases desprendidos durante a fermentação etanólica. O questionário foi preenchido pelos responsáveis com dados operacionais de cada usina. Foi avaliada a moagem de cana, produção de açúcar, produção de etanol hidratado, produção de etanol anidro, kg de açúcar por tonelada de cana e litros de etanol por tonelada de cana, consumo de ácido sulfúrico e de ciclohexano; água utilizada na lavagem da cana e na lavagem dos gases liberados durante a fermentação. As usinas sucroenergéticas no estado de Alagoas avaliadas neste estudo, que produzem açúcar e etanol, além de outros subprodutos comercializáveis, utiliza métodos e processos produtivos com elevado potencial de impacto ambiental.

Population increase, growing urbanization and industrialization directly influence the generation of domestic and industrial effluents containing high loads of nutrients such as nitrogen and phosphorus, compromising the environment and public health. This work aims to review the characteristics, impacts and advantages of using microorganisms in the anaerobic treatment of effluents rich in nitrogen and phosphorus, highlighting the potential use of process inputs for the circular economy. For this, a literature review was carried out using keywords on the mechanisms and assumptions related to the theme. Based on the references found, it was possible to understand the main characteristics of effluents rich in nitrogen and phosphorus with emphasis on the steps of anaerobic treatment, the advantages and disadvantages of the treatment, the microorganisms that can be used in the process, the different types of anaerobic reactors, as well as it was possible to demonstrate how wastewater treatment by-products under anaerobic conditions can be placed in the context of the circular economy. Therefore, anaerobic digestion is a low-cost alternative for the biological treatment of effluents rich in nitrogen and phosphorus, proving to be useful for minimizing negative impacts associated with environmental contamination and exposure to public health risks, as well as the opportunity to use or reuse of potential products from the process, such as nutrients and biogas. El aumento de la población, la creciente urbanización y la industrialización influyen directamente en la generación de efluentes domésticos y industriales que contienen altas cargas de nutrientes como nitrógeno y fósforo, comprometiendo el medio ambiente y la salud pública. Este trabajo tiene como objetivo revisar las características, impactos y ventajas del uso de microorganismos en el tratamiento anaeróbico de efluentes ricos en nitrógeno y fósforo, destacando el potencial uso de insumos de proceso para la economía circular. Para ello, se realizó una revisión de la literatura utilizando palabras clave relacionadas con los mecanismos y supuestos sobre el tema. A partir de las referencias encontradas, fue posible comprender las principales características de los efluentes ricos en nitrógeno y fósforo con énfasis en los pasos del tratamiento anaeróbico, como las ventajas y desventajas del tratamiento, los microorganismos que se pueden utilizar en el proceso, los diferentes tipos de reactores anaeróbicos, además de demostrar cómo los subproductos del tratamiento de aguas residuales en condiciones anaeróbicas pueden situarse en el contexto de la economía circular. Por lo tanto, la digestión anaeróbica es una alternativa de tratamiento biológico de bajo costo para los efluentes ricos en nitrógeno y fósforo, resultando útil para minimizar los impactos negativos asociados con la contaminación ambiental y la exposición a riesgos para la salud pública, así como la oportunidad de uso o reutilización pública de los productos potenciales del proceso, un ejemplo de nutrientes y biogás. O aumento da população, a crescente urbanização e a industrialização influenciam diretamente na geração de efluentes domésticos e industriais contendo altas cargas de nutrientes como nitrogênio e fósforo, comprometendo o ambiente e a saúde pública. O presente trabalho tem por objetivo revisar as características, os impactos e as vantagens da utilização de microrganismos no tratamento anaeróbio de efluentes ricos em nitrogênio e fósforo, ressaltando o potencial uso de insumos do processo para a economia circular. Para isto, foi realizada uma revisão de literatura utilizando palavras-chave sobre os mecanismos e pressupostos ligados ao tema. Com base nas referências encontradas, foi possível compreender as principais características dos efluentes ricos em nitrogênio e fósforo com ênfase nas etapas do tratamento anaeróbio, as vantagens e desvantagens do tratamento, os microrganismos que podem ser utilizados no processo, os diferentes tipos de reatores anaeróbios, assim como foi possível demonstrar como os subprodutos do tratamento de efluentes em condições anaeróbias podem ser inseridos no contexto da economia circular. Portanto, a digestão anaeróbia é uma alternativa de baixo custo para o tratamento biológico de efluentes ricos em nitrogênio e fósforo, mostrando-se útil para a minimização de impactos negativos associados à contaminação ambiental e à exposição aos riscos de saúde pública, bem como à oportunidade de uso ou reuso de potenciais produtos provenientes do processo a exemplo dos nutrientes e biogás.

Orientador: Newton Roberto Boni Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: No Brasil, grande parte da frota de veículos é movida pelo álcool, produzido a partir da cana-de-açúcar, cujo processo apresenta como produtos finais, álcool (etanol) e também um resíduo denominado vinhaça. Devido à sua elevada D.B.O. (Demanda Biológica de Oxigênio), a vinhaça apresenta-se altamente poluente, quando lançada nos cursos d'água, requerendo, assim, estudos para viabilizar formas racionais de descarte ou de seu adequado aproveitamento. O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da aplicação da vinhaça in natura e biodigerida em propriedades físicas, químicas e bioquímicas de um latos solo vermelho amarelo, no município de São João da Boa vista - SP, por comparação com um ecossistema natural (cerradão). A introdução da cultura de cana-de-açúcar promoveu, em relação ao solo virgem, modificação da estrutura original do solo. Com o emprego da vinhaça, tanto in natura como biodigerida, houve melhorias nos atributos do solo estudado, promovendo diminuição na densidade do solo, aumento na porosidade total, no pH, na estabilidade de agregados, na atividade da urease, no N-total e C-orgânico, sendo que a vinhaça biodigerida, por apresentar teor de matéria orgânica inferior ao da in natura, ocasiona efeito menos marcante. O processo de biodigestão da vinhaça reflete uma forma interessante de aproveitamento desse material, por apresentar como um dos produtos o metano, que serve como fonte alternativa de combustível, e um componente residual com boas características de fertilizante. É recomendável, entretanto, que outros estudos sejam conduzidos, no sentido de se avaliar o efeito prolongado deste resíduo no solo, no lençol freático e em aqúífero subterrâneos Abstract: A great fleet of vehicle in Brazil is impelled by alcohol Produced from sugar cane. Besides the alcohol , the process also results, a residue named vinasse. Due to the high D.B.O. (Dispute of Biological Oxygen), the vinasse shows high pollution when throw off in water courses. This procedure demands, therefore, effort to learn the possible ways of logical discard or the adequate utilization of the residue. The objective of this work was to evaluate the effects of the application of non-treated and biodigested vinasse on soil physical, chemycal and biochemical properties in a Latossolo Vermelho-Amarelo São João da Boa Vista, São Paulo state. The analysis of soil properties showed that the introduction of the sugar cane crop in the virgin soil, promoted changes on original structure. The application of non-treated, or biodigested vinasse, brought about changes in soil attributes. Biodigested residue has lower proportion of organic matter, and so, its effect was less evident than non-treated vinasse. The biological treatment of vinasse results in a good alternative, because methane is obtained from this process and final obtained residue appears to be a good soil fertilizer Mestrado Água e Solo Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Wesley Jorge Freire Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: Resultante da produção do álcool, a vinhaça, resíduo líquido de destilaria, foi por muito tempo considerada como despejo soluções alternativas de aproveitamento tornaramna de poluenteindesejávela sub-produtode ampla margemde utilização, tais como na fertirrigação, na produção de biogás, no arraçoamento animal e tantas outras. Recentemente, pesquisas têm demonstrado que a vinhaça, na forma concentrada, pode ser utilizada na estabilização de solos, com muito bom resultados. o presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar as características físico-mecânica do solo-vinhaça concentrada, a 19% de sólidos totais, e sua possível utilização para a fabricação de tijolos, utilizando-se, para tal, dois tipos de solo, a saber: um solo arenoso A2-4(O)e, outro argiloso A1-S(8), tratados com 0%, 12%, 16% e 20% de vinhaça concentrada. Os solos foram submetidosa ensaios de caracterização física, sendo, também, realizadas análises químicas dos solos e da vinhaça concentrada. As misturas experimentais de solo e vinhaça concentrada foram, por sua vez, postas a secar em dois ambientes diferentes, na tentativa de verificar-se qual deles proporcionaria menor tempo de secagem e, assim, maior rapidez de utilização a partir da aplicação dos tratamentos. Ensaio de peneiramento a seco com determinação da porcentagem de agregados em peneira n2 60 (0,25 mm) e do módulo de finura dos agregados dos solos, assim como ensaios de consistência e de compactação, foram, também, realizados. Corpos de prova foram utilizados para a determinação da resistência à compressão simples aos 7, 30 e 90 dias. Posteriormente, baseado nos resultados anteriores, foi escolhida a dose de 12% de vinhaça concentrada para a confecção dos tijolos de solo-vinhaça. Os dados obtidos, estatisticamente analisados, mostraram, ao nível de 5% de probabilidade, uma redução dos valores dos limitesde liquidez e de plasticidade e nenhuma diferença significativaentre o módulo de finura e a porcentagem acumulada de agregados na peneira n2 60 (0,25 mm), índice correntes de estabilidade. Os tratamentos com vinhaça concentrada conduziram a maiores valores de massa específica aparente seca máxima, sendo que, para o solo arenoso, a melhor dose foi 16%, enquanto que para o solo argiloso todos os tratamentos tiveram o mesmo efeito; com relação à umidade ótima do ensaio de compactação, os tratamentos provocaram uma diminuição,tanto para o solo arenoso como para o solo argiloso. A resistência à compressão simplesdos corpos de prova, aos 7, 30 e 90 dias, foi muito superior à testemunha, para ambos os solos, em função dos tratamentos. Os tijolos confeccionados com solo arenoso e argiloso tratados com 12% de vinhaça concentrada, não apresentaram diferenças significativas;no que se refere à resistência à compressão simples, cujos valores ficaram abaixo daqueles preconizados para tijolos de solo-cimento. Por outro lado, tendo em vista os resultados alcançados, os tijolos podem ser recomendado para uso em ambientes protegidos ou em paredes revestidas e tratadas comprodutos hidrofugantes Abstract: This work was carried out to study the soil physical and mechanical characteristics when vinasse is added in its concentrated form, 19% total solid, and its possible utilization for the fabrication of bricks, by using two types of soil: a sandy soil AZ-4(o) and, another clayey one A7-5(8), both treated with concentrated vinasse, in the proportion of 0%, 12%, 16% and 20%. The soil samples were submitted to an essay of physical characterization. The soil and concentrated vinasse chemical analyses were realized; the mixtures of soil and concentrated vinasse were dried into two different environrnents, in order to verify which one would show lower time of dry sieving and then the faster period of utilization, to start with the application of the treatments. Essays of 60 mesh dry sieving aggregate percentage and the modulus of fineness of soil agregates were made, as well as essays of the Atterberg limits and unconfined compressive strength test were determined in 7, 30 and 90 days. Based on previous results, the dose of 12% concentrated vinasse was chosen to the fabrication of soil-vinasse bricks. The results stastistically analyzed, showed reduction of liquid and plastic limits. There was no significant difference between the modulus of fineness and accumulated percentage. The treatments led to an increment in the apparent dry maximum unit weight values and caused reduction in optimum humidity; the concentrated vinasse dosage increased the strength values of uncofined compression test on the 7, 30 and 90 days. The bricks fabricated with sandy and clayey soils treated with 12% of concentrated vinasse did not show considerably differences in relation to the values of strength compression test low standarded values of soil-cement bricks. On the other hand, by observing the obtained results, in protected enviromments and coated walls treated with hydrorepellent, these bricks can be recommended. Mestrado Construções Rurais e Ambiencia Mestre em Engenharia Agrícola

Stable fly (Stomoxys calcitrans) outbreaks have been associated with sugarcane mills in Brazil. This study aimed to evaluate the attractivity of vinasse, a liquid byproduct of ethanol production applied to postharvest sugarcane fields, to adult S. calcitrans. Stable fly abundance was monitored for 21 days in August-September 2014, at a sugarcane mill in the municipality of Nova Alvorada do Sul, state of Mato Grosso do Sul, Brazil. Following mechanized harvesting of sugarcane and the consequent deposition of large amounts of plant residue (straw) in the field, the study area (13.5ha) was surrounded by 22 sticky cylinder (“alsynite”) traps. The area was fertigated with vinasse immediately after the traps were placed. Insects caught in the traps were collected daily at 7:00 a.m., 11:00 a.m. and 15:00 p.m. A total of 83,593 specimens of S. calcitrans were caught, of which 5,516 (6.6%) were attracted within the first five hours after vinasse application. The highest number of S. calcitrans was caught in the first week following vinasse application, with a peak on the 4th day (12,818 flies), which was influenced by adverse weather conditions on the previous days. This study confirms that fertigation of sugarcane fields by spraying vinasse after the harvest attracts S. calcitrans, thus quickly increasing their abundance over the days following application. RESUMO: Surtos da mosca-dos-estábulos (Stomoxys calcitrans) têm sido associados a usinas sucroalcooleiras no Brasil. Este estudo objetivou avaliar a atratividade da aspersão de vinhaça, um subproduto líquido da produção de etanol aplicado após a colheita em áreas canavieiras, a adultos de S. calcitrans. A abundância desta mosca foi monitorada em uma usina de cana-de-açúcar por 21 dias, entre agosto e setembro de 2014, em Nova Alvorada do Sul/MS. Após a colheita mecanizada da cana e consequente deposição de grande quantidade de palha no campo, a área de estudo (13,5ha) foi cercada com 22 armadilhas adesivas cilíndricas (“alsynite”). Fertirrigação com vinhaça foi iniciada imediatamente após instalação das armadilhas. A coleta das moscas capturadas nas armadilhas foi realizada diariamente às 7:00 a.m., 11:00 a.m. e 15:00 p.m. Foram capturados 83.593 espécimes de S. calcitrans, sendo 5.516 (6,6%) atraídos nas primeiras cinco horas após a aplicação da vinhaça. Maior número de S. calcitrans foi capturado na primeira semana do estudo (53.937 moscas), com pico no 4º dia (12.818 moscas), influenciado pelas condições climáticas adversas ocorridas nos dias anteriores. O presente estudo confirma que o processo de fertirrigação de áreas canavieiras com aspersão de vinhaça após a colheita é atrativo à S. calcitrans, aumentando rapidamente sua abundância nos dias subsequentes à aplicação.

Orientador : Sergio Luiz Monteiro Salles-Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Geociencias Doutorado

The Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) was applied in this study to simulate the processing of sugarcane vinasse in an Anaerobic Sequencing Batch Biofilm Reactor (AnSBBR). In the model calibration, the values of the free parameters, concentration of anaerobic biomass for specific species (Xsu, Xc4, Xpro, Xac, Xh2) 1 , were obtained by minimizing the objective function expressed by the determinant of the Box-Draper Matrix. Afterwards, these parameters were optimized with the Monte Carlo Markov Chain Method, using the Delayed Rejection Adaptive Metropolis Algorithm. The Geweke statistic test evaluated the convergence of the method. All results passed for direct and cross validation to elucidate the methane production, production and consumption of the organic acids and organic matter removal. The ADM1 was able to show the syntrophism between the species and to describe the experimental data, thus making it possible to be applied in others scenarios. However, it was not so adequate for all conditions in cross validation due to a lack of experimental data and the need to include other metabolic pathways in the model. The chosen concentration of anaerobic biomass for specific species were shown as an important step in this work, because these parameters are difficult to be determined in practice.

Submitted by Josiel José Da Silva (josiel.silva@unesp.br) on 2021-06-10T23:27:55Z No. of bitstreams: 1 Tese_Josiel_Versão_Final.pdf: 4375126 bytes, checksum: a89f55d1dc6824408c108a7f6c4bcbc4 (MD5) Approved for entry into archive by Ana Carolina Gonçalves Bet null (abet@iq.unesp.br) on 2021-06-11T01:09:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silva_jj_dr_araiq_par.pdf: 671452 bytes, checksum: 898573afedd6ecdd02c95a960a0ebb4b (MD5) Made available in DSpace on 2021-06-11T01:09:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silva_jj_dr_araiq_par.pdf: 671452 bytes, checksum: 898573afedd6ecdd02c95a960a0ebb4b (MD5) Previous issue date: 2021-05-14 Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) A vinhaça é um resíduo líquido proveniente da produção de etanol combustível a partir da cana-de-açúcar. Este resíduo tem sido utilizado há mais de 4 décadas na fertirrigação dos solos dos canaviais, sendo um aporte de água e nutrientes. Apesar da importância agronômica e econômica desta prática, a fertirrigação pode ser uma fonte de contaminantes para o meio ambiente, especialmente com relação à antibióticos, os quais são utilizados no processo de produção do etanol. Desta forma, o objetivo deste trabalho é avaliar possíveis riscos associados à prática da fertirrigação, do ponto de vista da dispersão de contaminantes orgânicos no meio ambiente, com maior foco em antibióticos, e avaliar o impacto da presença de antibióticos na biodigestão anaeróbia da vinhaça. Para isso, três distintas abordagens foram adotadas, sendo: i) desenvolvimento de método LC-MS/MS para a análise de antibióticos (monensina, penicilina G, virginiamicina M1, virginiamicina S1, tetraciclina e eritromicina) em vinhaça, sendo avaliadas as técnicas SPE, SALLE e SPE on-line para o preparo de amostras. ii) Análise de amostras de vinhaça, solo e água subterrânea de áreas fertirrigadas com vinhaça, por dois métodos. O primeiro, baseado em LC-MS/MS para a determinação de 32 antibióticos de múltiplas classes, sendo avaliadas as técnicas de extração QuEChERS e ELP para as amostras de solo. O segundo, baseado em análise de investigação de compostos suspeitos (Suspect Screening) empregando estratégias avançadas com base LC-HRMS para avaliar a presença de 7811 contaminantes, incluindo pesticidas, produtos farmacêuticos e uma ampla gama de produtos químicos industriais, entre outras substâncias. iii) Avaliação da inibição da produção de metano na biodigestão anaeróbia da vinhaça contaminada com diferentes concentrações dos antibióticos monensina, penicilina G e tetraciclina empregando reator em batelada (500 mL). Como resultado, foi verificado que as técnicas SPE, SALLE e SPE on-line mostraram-se adequadas para a extração da maioria dos analitos na vinhaça. Além disso, com o método SPE on-line-LC-MS/MS desenvolvido, foi verificado que a monensina é capaz de resistir ao processo de produção de etanol e foi detectada em uma amostra de vinhaça na concentração de 14,3 ng mL-1. Nas análises LC-MS/MS para múltiplas classes de antibióticos não foram detectados contaminantes adicionais, sendo que as técnicas de extração QuEChERS e ELP alcançaram desempenho semelhante, com pontos positivos específicos para cada caso. As análises por LC-HRMS permitiram a identificação por tentativa de 19 contaminantes de preocupação ambiental na vinhaça, 12 no solo e 25 na água subterrânea de áreas fertirrigadas. Porém, nenhum destes compostos estão diretamente ligados à vinhaça, sendo que os resultados mostraram a existência de outras fontes potenciais de contaminação para as amostras analisadas, principalmente associadas à atividade agrícola moderna. Os estudos de biodigestão permitiram verificar que os antibióticos estudados são capazes de inibir parcialmente a produção de metano nas concentrações de 0,5 ppm para a monensina, 1,0 ppm para a tetraciclina e 0,01 ppm para a penicilina. Estes resultados indicam que a vinhaça contaminada com antibióticos pode comprometer a eficiência da produção de biogás por biodigestão anaeróbia. Vinasse is a liquid residue from sugarcane ethanol fuel production. This residue has been used for more than 4 decades in the fertigation of the soil of the sugarcane fields, providing water and nutrients. Despite the agronomic and economic importance of this practice, fertigation can be a source of contaminants for the environment, especially in relation to antibiotics, which are used in the ethanol production process. Thus, the objective of this work is to evaluate possible risks associated with the practice of fertigation, from the point of view of the dispersion of organic contaminants in the environment, with a greater focus on antibiotics, and to evaluate the impact of the presence of antibiotics on anaerobic digestion of vinasse. For this, three different approaches were adopted, being: i) development of LC-MS/MS method for the analysis of antibiotics (monensin, penicillin G, virginiamycin M1, virginiamycin S1, tetracycline and erythromycin) in vinasse, being evaluated the techniques SPE, SALLE and on-line SPE for sample preparation. ii) Analysis of vinasse, soil and groundwater samples from fertigates areas with vinasse, using two methods. The first, based on LC-MS/MS for the determination of 32 antibiotics from multiple classes, being that QuEChERS and PLE extraction techniques were evaluated for soil samples preparation. The second, based on suspect screening analysis employing advanced strategies based on LC-HRMS to assess the presence of 7811 contaminants, including pesticides, pharmaceuticals and a wide range of industrial chemicals, among other substances. iii) Evaluation of the inhibition of methane production in anaerobic digestion of vinasse contaminated with different concentrations of the antibiotics monensin, penicillin G and tetracycline in a batch reactor (500 mL). As result, it was possible to verify that the SPE, SALLE and on-line SPE techniques were suitable for the extraction of most analytes in vinasse. In addition, with the developed on-line SPE-LC-MS/MS method, it was possible to verify that monensin can resist to the ethanol production process and was detected in a vinasse sample at a concentration of 14.3 ng mL-1. In the LC-MS/MS analyzes for multiple classes antibiotics, no additional contaminants were detected, and the QuEChERS and PLE extraction techniques achieved similar performance, with specific positive points for each case. The analysis by LC-HRMS allowed the identification by tentative of 19 contaminants of environmental concern in the vinasse, 12 in the soil and 25 in the groundwater from fertigated areas. However, none of these compounds are causally linked to vinasse, and the results showed the existence of other potential sources of contamination for the analyzed samples, mainly associated with modern agricultural activity. The digestion experiments showed that the studied antibiotics can partially inhibit the production of methane at concentrations of 0.5 ppm for monensin, 1.0 ppm for tetracycline and 0.01 ppm for penicillin G. These results indicate that vinasse contaminated with antibiotics can compromise the efficiency of biogas production by anaerobic digestion. CNPq: 140504/2016-8 FAPESP: 2016/06352-4 FAPESP: 2018/15739-5

Orientadores: Tania Forster-Carneiro, Mauro Donizeti Berni Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A tecnologia de digestão anaeróbia com configuração de reatores em dois estágios tem se destacado por permitir a produção de gás hidrogênio num primeiro reator e metano num segundo reator, ambos com elevado poder de combustão. Esta configuração no sistema apresenta muitas vantagens tais como, maior controle dos parâmetros operacionais e otimização da atividade dos micro-organismos acidogênicos e metanogênicos em fases distintas garantindo uma maior eficiência do processo. O objetivo deste trabalho foi produzir gás hidrogênio e gas metano a partir da codigestão anaeróbia de dois substratos, resíduo do Restaurante Universitário (RU) da Unicamp e lodo mesofílico do tratamento de vinhaça, em condições mesofílicas (37°C) de temperatura. Dentre as justificativas para a escolha do tema estão a crescente geração de resíduos sólidos urbanos e o desafio da ciência em desenvolver fontes energéticas limpas e renováveis. Um sistema contendo três reatores, sendo um com volume total de 3,7L utilizado para armazenar o inóculo, outro de 4,3L de volume total operando nas condições acidogênicas (pH:5,5-6,5) e, finalmente, um terceiro reator de 4,3L de volume total operando em condições metanogênicas (pH: 6,5-8,0), operou de forma sequencial e em regime semi-contínuo. Os parâmetros de controle foram volume, composição do biogás, pH, sólidos, amônia, alcalinidade, demanda química de oxigênio (DQO), ácidos graxos voláteris (AGV) e carbono orgânico total (COT). Ao final da digestão, o biogás resultante do reator acidogênico apresentou 76,54% de hidrogênio (H2) e 23,46% de dióxido de carbono (CO2). O biogás produzido no reator metanogênico apresentou concentração de metano (CH4) de 71,70% e 28,3% de dióxido de carbono (CO2). O volume acumulado de biogás no reator acidogênico (5647mL) foi maior que o produzido no reator metanogênico (2322mL), entretanto o rendimento do biogás produzido no reator metanogênico (311,42 mL/gSVTadd) foi superior ao produzido no reator acidogênico (291,93mL/gSVadd). A redução de sólidos totais (ST) e sólidos voláteis totais (SVT) no reator acidogênico foi de 52% e 64%, respectivamente e a redução de ST e SVT no reator metanogênico foi de 39,68% e 51,41%, respectivamente. A remoção de DQO nos reatores acidogênico e metanogênico foi de 38,50% e 48%, respectivamente. E a redução da matéria orgânica em relação ao conteúdo de COT foi de 52,64% no reator acidogênico e 42,50% no reator metanogênico. Ao final conclui-se que a digestão anaeróbia de resíduos alimentares fornece bons resultados tanto para a produção de biogás quanto para a degradação da matéria orgânica Abstract: In the anaerobic digestion technology stand out the two-stage configuration which enable the production of hydrogen gas in a first reactor and the production of methane gas in a second reactor, both with high power combustion. This system configuration has many advantages such as greater control of operational parameters and the ability to optimize the activity of acidogenic and methanogenic microorganisms at different stages ensuring greater process efficiency. The objective of this study is produce hydrogen gas and methane gas from anaerobic co-digestion of two substrates, food waste of the university restaurant at Unicamp and mesophilic sludge treatment of vinasse, in temperature mesophilic conditions (37 °C). Among the reasons for choosing the theme are the growing generation of municipal solid waste and the challenge of science to develop cleaner and renewable energy sources. A system containing three reactors (a reactor with total volume of 3,7L used to store the inoculum, a 4,5L reactor total volume operated in acidogenic conditions (pH: 5,5-6,5) and finally a third 4,5L reactor total volume operating in methanogenic conditions (pH: 6,5-8,0)) operated under sequentially and semi-continuous regime. The control parameters were volume, biogas composition, pH, solids, ammonia, alkalinity, chemical oxygen demand (COD), volatile fatty acids (VFA) and total organic carbon (TOC). At the end of digestion, the resultant biogas acidogenic reactor showed 76.54% hydrogen (H2) and 23.46% of carbon dioxide (CO2). The biogas produced in the methanogenic reactor showed concentration of methane (CH4) of 71.70% and 28.3% of carbon dioxide (CO2). The accumulated volume of biogas in the acidogenic reactor (5647,0mL) was greater than that produced in the methanogenic reactor (2322mL). However, the biogas yield in the methanogenic reactor (311.42 mL / gSVTadd) was higher to that produced in the acidogenic reactor ( 291,93mL / gSVadd). The reduction in total solids (TS) and volatile solid (SVT) acidogenic reactor was 52% and 64% respectively and the reduction ST and SVT methanogenic reactor was 39.68% and 51.41%, respectively. The COD removal in the acidogenic and methanogenic reactors was 38.50% and 48%, respectively. And the reduction of organic matter relative to the TOC content was 52.64% in the acidogenic reactor and 42.50% in the methanogenic reactor. At the end it was concluded that anaerobic digestion of food waste, offers good results for the production of biogas and for the degradation of organic matter Mestrado Engenharia de Alimentos Mestra em Engenharia de Alimentos CNPQ 130741/2014-0