Beneficiamento do vinhoto através da eletrodiálise conjugada com nanofiltração visando a sustentabilidade técnica e ambiental

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dc.contributor.advisorMoravia, Wagner Guadagnin
dc.contributor.advisor-coFrança Neta, Luzia Sergina de
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/7946921413803113
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4529899353788455
dc.contributor.authorDuarte, Franciele Aparecida Plotásio
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2680316250053777
dc.contributor.refereeMoravia, Wagner Guadagnin
dc.contributor.refereeFrança Neta, Luzia Sergina de
dc.contributor.refereeAndrade, Laura Hadmam
dc.contributor.refereeRezende, Patrícia Sueli de
dc.date.accessioned2025-04-28T21:08:09Z
dc.date.available2025-04-28T21:08:09Z
dc.date.issued2022-09-02
dc.description.abstractAs indústrias sucroalcooleiras no Brasil possuem grande importância econômica, social e ambiental, sendo responsável pela maior parte da ocupação no meio rural e produção de energia renovável e limpa. Apesar da contribuição para o crescimento socioeconômico com geração de empregos e riquezas, este setor também se destaca pelo seu alto potencial poluidor. O vinhoto, rejeito líquido gerado em grande quantidade no processo de destilação do caldo de cana-de-açúcar fermentado para obtenção de etanol, pode desencadear uma série de impactos ao meio ambiente quando gerenciado de forma incorreta, pois este efluente apresenta elevada carga orgânica, baixo pH, alta corrosividade e elevados teores de potássio. Uma das alternativas que tem sido mais utilizada pelas usinas, como forma de disposição final do efluente, é a fertirrigação, a qual o vinhoto é bombeado ou transportado por canais e aspergido sobre os canaviais. Porém a aplicação de vinhoto em solo agrícola foi limitada por meio de normas, devido este efluente conter altas concentrações de potássio, o que pode favorecer a formação de complexos químicos com carga neutra que são facilmente lixiviados. O complexo formado entre o K+ e o NO3- é preocupante do ponto de vista ambiental porque o nitrato é um grande poluente das águas. Diante disto, o presente estudo visa o beneficiamento do vinhoto de tal forma a extrair o seu potencial, contribuindo para a ecoeficiência da cadeia produtiva do etanol. Com a ideia de reutilização de recursos em um conceito de ciclo fechado que é conduzida pelo princípio da "economia circular", onde as aplicações de novas técnicas e melhores práticas ajudam a reduzir a geração de resíduos, impulsionar a reciclagem e reduzir o uso de insumos virgens, trazendo ainda mais sustentabilidade. Com isto será empregada no beneficiamento proposto, a eletrodiálise para a diluição do potássio presente no vinhoto, adequando o efluente para a fertirrigação. O concentrado catódico da eletrodiálise será submetido à nanofiltração, permitindo, ao mesmo tempo, recondicionar a solução de eletrólito e gerar uma solução rica em potássio, podendo servir de insumo para a indústria de fertilizantes. Para obter uma maior eficiência no beneficiamento do vinhoto serão determinadas as condições operacionais ótimas dos processos envolvidos através da técnica de planejamento de experimentos. A otimização das condições operacionais será realizada em duas etapas: através de uma fase exploratória empregando planejamento fatorial para a investigação dos efeitos dos fatores do processo de forma a identificar sua significância; e em seguida por análise comparativa, onde serão determinados os valores críticos das condições dos fatores envolvidos em função da variável resposta de interesse. Ainda, os processos serão investigados fim de propor, de forma consciente, parâmetros técnico-operacionais necessários à aplicação das técnicas estudadas. Espera-se que os resultados desta pesquisa forneçam subsídios para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem ao longo dos processos estudados e que sirvam de subsídio técnico para aplicações de beneficiamento do vinhoto.
dc.description.abstractotherThe sugar and alcohol industries in Brazil have great economic, social and environmental importance, being responsible for most of the occupation in rural areas and renewable and clean energy production. Despite the contribution to socioeconomic growth with the generation of jobs and wealth, this sector also stands out for its high polluting potential. The vinasse, liquid tailings generated in large quantity in the distillation process of fermented sugarcane juice to obtain ethanol, can trigger a number of impacts on the environment when managed incorrectly, as this effluent has high organic load, low pH, high corrosivity and high potassium contents. One of the alternatives that has been most used by the plants, as a way of final disposal of the effluent, is fertigation, which the vinasse is pumped or transported by channels and sprinkled over the sugarcane fields. However, the application of vinasse in agricultural soil was limited by means of standards, because this effluent contained high concentrations of potassium, which may favor the formation of neutrally charged chemical complexes that are easily leached. The complex formed between K+ and NO3- is environmental worrying because nitrate is a major pollutant of water. Therefore, the present study aims to benefit the vinasse in such a way as to extract its potential, contributing to the eco-efficiency of the ethanol production chain. With the idea of reusing resources in a closed-loop concept that is driven by the principle of "circular economy", where applications of new techniques and best practices help reduce waste generation, boost recycling and reduce the use of inputs virgins, bringing even more sustainability. With this will be used in the proposed processing, the electrodialysis for the dilution of potassium present in the vinasse, adhering the effluent for fertigation. The cathode concentrate of the electrodialysis will be submitted to nanofiltration, while allowing, ate the same time, to recondition the electrolyte solution and generate a solution rich in potassium, can serve as an input for the fertilizer industry. In order to achieve greater efficiency in the processing of the vinasse, the optimal operational conditions of the processes involved will be determined through of the design technique of experiments. The optimization of operating conditions will be carried out in two stages: through an exploratory phase employing factorial planning to investigate the effects of process factors in order to identify its significance; and then by comparative analysis, where the critical values of the conditions of the factors involved will be determined according to the variable response of interest. It is expected that the results of this research provide support for a better understanding of the phenomena that occur throughout the studied processes and serve as a technical subsidy for applications for the processing of vinasse.
dc.description.sponsorshipFAPEMIG (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais), CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Processo nº.: 426317/2018-1), CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior)
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/1308
dc.language.isopt
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Tecnologia de Produtos e Processos
dc.subjectEletrodiálise
dc.subjectNanofiltração
dc.subjectPotássio
dc.subjectSolução eletrolítica
dc.subjectVinhaça
dc.titleBeneficiamento do vinhoto através da eletrodiálise conjugada com nanofiltração visando a sustentabilidade técnica e ambiental
dc.typeDissertação

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