Technical, economic and environmental feasibility of the use of vinasse as an input for the production of organo-mineral fertilizer
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Jonathas Batista Gonçalves Silva
Eduardo Coutinho de Paula
Eduardo Coutinho de Paula
Resumo
A vinhaça é o principal resíduo do setor sucroalcooleiro e por sua composição com alto teor
nutricional, tem como destino alternativo as práticas de fertirrigação. No entanto, as grandes
distâncias e os altos volumes a serem transportados podem inviabilizar economicamente essa
atividade, que, quando realizada de forma excessiva, pode comprometer a capacidade produtiva
dos solos e contaminar os lençóis freáticos. Uma estratégia eficaz, ainda pouco explorada, para
o reaproveitamento desse resíduo com vistas à sua valorização ambiental é a produção de
fertilizante organomineral, alternativa intimamente ligada à economia no processo produtivo,
uma vez que os gastos com fertilizantes pode ser reduzido, bem como o transporte de grandes
volumes. Além disso, o reaproveitamento da vinhaça seria mantido por meio de práticas
controladas e de menor impacto ambiental. O presente trabalho avaliou o uso da vinhaça como
material precursor na produção de fertilizantes organominerais através da análise de sua
composição, avaliando os possíveis impactos no solo de seu uso e apresentando sistemas
integrados de tratamento. Para a análise da vinhaça, foram resumidos e discutidos criticamente
os últimos dez anos (2011 – 2021, número total de artigos revisados: 175) de dados de pesquisas
sobre a composição da vinhaça, juntamente com as limitações a serem superadas em um futuro
próximo para viabilizar a aplicação de fertilizantes organominerais obtidos da vinhaça. Para o
seu tratamento, foram propostos três sistemas integrados com a combinação dos processos de
ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF), biorreator anaeróbio de dois estágios (2S-AnMBR) e
osmose reversa (RO). Os sistemas foram analisados individualmente, e a composição de cada
corrente foi verificada quanto ao seu potencial para uso na fertirrigação, como fertilizante
organomineral granular e líquido. Embora promissora, a obtenção de fertilizantes
organominerais a partir da vinhaça deve ser validada empiricamente e sua viabilidade por meio
de estudos comparativos entre a fertirrigação e o uso de fertilizantes organominerais. A
utilização do concentrado de vinhaça, seja sua aplicação via fertirrigação ou fertilizante
organomineral, proporciona economia de mais de 60% quando comparado ao processo de
adubação feito apenas com fertilizantes comerciais e a melhor eficiência de transporte foi obtida
com o fertilizante organomineral granular, sendo a alternativa mais econômica para dos
cenários estudados. Os processos demonstraram ganhos provenientes da economia
proporcionada pela recuperação energética e menores impactos ambientais em termos de
emissões de gases.
Abstract
Vinasse is the main waste from the sugar and ethanol sector. Due its composition with high
nutritional content, has as an alternative destination via fertigation practices. However, the
distances and the high volumes to be transported can make this activity economically
unfeasible, which, when carried out excessively, can cause undesirable environmental impacts.
An effective strategy, still little explored, for the reuse of this residue is the production of
organo-mineral fertilizer, an alternative closely linked to economic aspects in the production
process since the expenses with commercial fertilizers can be reduced, as well as the high
transportation costs associated with raw vinasse in fertigation. Moreover, the vinasse reuse
would be maintained, however through controlled practices and lower environmental impacts.
The present work evaluated the vinasse use as a precursor material in the production of organo
mineral fertilizers, estimating the possible impacts on the soil by its use and presenting
integrated systems for its obtainment. We summarized and critically discussed the past ten years
(2011 – 2021, total number of papers revised: 175) of research data about vinasse composition,
along with the limitations to be overcome in the near future to enable the obtainment of organo
mineral fertilizers from vinasse. Three different setups were proposed for vinasse treatment
with the combination of ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF), two-stage anaerobic bioreactor
(2S-AnMBR), and reverse osmosis (RO) processes. The systems were analyzed individually,
and the composition of each stream was verified for its potential to be used in fertigation, as a
granular and liquid organo-mineral fertilizer. The metals in vinasse composition not
characterized the risk of soil contamination and the nutrients met the requirements for the
formulation of organo-mineral fertilizer. The vinasse concentrate use, when applied via
fertigation or organo-mineral fertilizer, provides savings of over 60% when compared to the
fertilization process made only with commercial fertilizers, and the best efficiency of
transportation was obtained with the granular organo-mineral fertilizer, proving that this form
of the organo-mineral fertilizer is more economical for the scenarios studied. The processes
demonstrated profit coming from the economy provided by the energy recovery and the lower
environmental impacts in terms of CO2 and SO2 emissions. Complementary studies assessing
the impact of phenolic compounds on the soil fauna are required to extend the use of organo
mineral fertilizers.
Assunto
Engenharia sanitária, Meio ambiente, Efluente, Agricultura, Nutrientes, Fertilização, Solos - Qualidade
Palavras-chave
Reclaimed wastewater, Agriculture, Nutrients, Fertilization, Soil quality, Membrane processes, Circular economy