Sorção de resíduos da indústria sucroenergética na obtenção de agronutrientes

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Antonio, Milena Maria
Orientador(a): Faez, Roselena lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus Araras
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Agricultura e Ambiente - PPGAA-Ar
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/18753
Resumo: Productive processes aim for efficiency, profitability, and environmental sustainability, necessitating waste management to prevent environmental impacts. In the agro-industrial sector, vinasse and the ashes from sugarcane bagasse burning (SCBA) are prominent by-products in the sugar and energy industry. The first is a substance with nutritional value for fields but exhibits specific properties that could harm the environment in the long term. The second is a solid material with valuable adsorptive characteristics for effluent treatments. This project aimed to apply the adsorption capacity of SCBA to adsorb nutrients N, P, and K from vinasse and improve the characteristics of these agro-industrial wastes for subsequent use in agriculture. The washed/dried CBCA was initially used in sorption experiments with NH4+, K+, and total P from simulated standard solutions of K2SO4 and (NH4)2HPO4, representing the vinasse concentrations. Analyzing the ashes before and after sorption experiments was essential to explain their performance. Different characterization techniques (FTIR, XRD, BET, SEM, TGA, and DSC) showed that CBCA is a micro-mesoporous, heterogeneous material with irregular, fibrous tubular, spherical, and prismatic particles containing SiO2 in the form of quartz and cristobalite. Besides, smaller masses of ashes with a contact time of 6 h were promising with standard simulated solutions for N, P, and K sorption evaluation. The same ideal systems were replicated for vinasse, requiring adjustment of the sorption time to 24 h. The results for both tests showed success in kinetics, especially for K+ and NH4+, and allowed the correction of vinasse pH due to the alkaline character of the ashes. However, the sorption behavior of nutrient P was distinct due to factors such as ion size and charge differences and interactions between P and silicon (from CBCA). The sorption kinetic models for K+ and NH4+ present diffusional interaction with the medium, not necessarily controlled only by adsorption on active sites exhibiting non-uniform characteristics. The non-linear Freundlich model also showed adsorption sites with different energy levels and a multilayer sorption process. Therefore, the sorption of nutrients in vinasse is feasible, adding value to waste materials and reducing environmental impact when used in agriculture.
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The first is a substance with nutritional value for fields but exhibits specific properties that could harm the environment in the long term. The second is a solid material with valuable adsorptive characteristics for effluent treatments. This project aimed to apply the adsorption capacity of SCBA to adsorb nutrients N, P, and K from vinasse and improve the characteristics of these agro-industrial wastes for subsequent use in agriculture. The washed/dried CBCA was initially used in sorption experiments with NH4+, K+, and total P from simulated standard solutions of K2SO4 and (NH4)2HPO4, representing the vinasse concentrations. Analyzing the ashes before and after sorption experiments was essential to explain their performance. Different characterization techniques (FTIR, XRD, BET, SEM, TGA, and DSC) showed that CBCA is a micro-mesoporous, heterogeneous material with irregular, fibrous tubular, spherical, and prismatic particles containing SiO2 in the form of quartz and cristobalite. Besides, smaller masses of ashes with a contact time of 6 h were promising with standard simulated solutions for N, P, and K sorption evaluation. The same ideal systems were replicated for vinasse, requiring adjustment of the sorption time to 24 h. The results for both tests showed success in kinetics, especially for K+ and NH4+, and allowed the correction of vinasse pH due to the alkaline character of the ashes. However, the sorption behavior of nutrient P was distinct due to factors such as ion size and charge differences and interactions between P and silicon (from CBCA). The sorption kinetic models for K+ and NH4+ present diffusional interaction with the medium, not necessarily controlled only by adsorption on active sites exhibiting non-uniform characteristics. The non-linear Freundlich model also showed adsorption sites with different energy levels and a multilayer sorption process. Therefore, the sorption of nutrients in vinasse is feasible, adding value to waste materials and reducing environmental impact when used in agriculture.Os processos produtivos buscam eficiência, rentabilidade e sustentabilidade ambiental, sendo necessário gerenciar os resíduos para evitar impactos ambientais. No setor agroindustrial a vinhaça e as cinzas da queima do bagaço de cana-de-açúcar (CBCA) são subprodutos destaques na indústria sucroenergética. O primeiro é uma substância com caráter nutritivo ao campo, mas exibe certas propriedades que a longo prazo podem prejudicar o meio ambiente, e o segundo é um sólido com características adsorventes de com potencial a tratamentos de efluentes. Este projeto visou aplicar essa capacidade de adsorção das CBCA para sorver os nutrientes N, P e K da vinhaça, e melhorar as características de cada um destes resíduos agroindustriais, para posterior aplicação na lavoura. As CBCA lavadas/secas foram, primeiramente, utilizadas em ensaios de sorção de NH4+, K+ e P total a partir de soluções simuladas padrão de K2SO4 e (NH4)2HPO4, representando as concentrações da vinhaça. A análise das cinzas antes e após os ensaios de sorção foi essencial para explicar o seu desempenho. Diferentes técnicas de caracterização (FTIR, DRX, BET, MEV, TGA e DSC) demonstraram que é um material micro-mesoporoso, heterogêneo (partículas irregulares, tubular fibrosa, esférica e prismática), com SiO2 sob formas de quartzo e cristobalita. Na avaliação sortiva de N, P, K verificou-se que menores massas de cinzas com tempo de contato de 6 h são promissoras com as soluções simuladas padrão. Os mesmos sistemas ideais obtidos foram replicados para a vinhaça, ajustando o tempo de sorção para 24 h. Os resultados para apontaram êxito na cinética com destaque para o K+ e NH4+, e possibilitou a correção do pH da vinhaça, devido ao caráter alcalino das cinzas. Entretanto, o comportamento sortivo do nutriente P foi distinto devido a fatores como diferença de tamanho e carga do íon e interações entre P e silício (da CBCA). Os modelos cinéticos de sorção para K+ e NH4+ mostraram que as CBCA têm interação difusional com o meio, não necessariamente controlada apenas pela adsorção em sítios ativos (não-uniformes). Adicionalmente, o modelo de Freundlich não linearizado mostrou sítios de adsorção com diferentes níveis energéticos, e um processo sortivo em multicamadas. Portanto, a sorção dos nutrientes presentes na vinhaça é viável, agregando valor aos resíduos, e consequentemente, diminuindo o impacto ambiental ao utilizá-los na lavoura.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus ArarasPrograma de Pós-Graduação em Agricultura e Ambiente - PPGAA-ArUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessVinhaçaCinzas da queima do bagaço de cana-de-açúcarNutrientesResíduosBiossorventeAdsorçãoVinasseSugarcane bagasse ashNutrientsWasteBiosorbentAdsorptionCIENCIAS AGRARIASSorção de resíduos da indústria sucroenergética na obtenção de agronutrientesSorption of waste from the sugar-energy industry in obtaining agronutrientsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600650c730c-a69b-4486-9826-ea8835424fa5reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertação_Mestrado_MA_Sorção de Resíduos da Indústria Sucroenergética na Obtenção de Agronutrientes.pdfDissertação_Mestrado_MA_Sorção de Resíduos da Indústria Sucroenergética na Obtenção de Agronutrientes.pdfapplication/pdf2127898https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/42e15cec-0cd9-4dee-b3c2-62c90ed83017/download665441a59060038b91d0549af3f4ab06MD51trueAnonymousREAD2024-10-10CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/3fc30393-3a0b-4f43-bf7b-0f01979bcc2f/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD2024-10-10TEXTDissertação_Mestrado_MA_Sorção de Resíduos da Indústria Sucroenergética na Obtenção de Agronutrientes.pdf.txtDissertação_Mestrado_MA_Sorção de Resíduos da Indústria Sucroenergética na Obtenção de Agronutrientes.pdf.txtExtracted texttext/plain145300https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/64c716f4-9bcd-4191-bcd7-d937cf13af96/download6f39867636c5afc6f7420f415ba1c2e8MD53falseAnonymousREAD2024-10-10THUMBNAILDissertação_Mestrado_MA_Sorção de Resíduos da Indústria Sucroenergética na Obtenção de Agronutrientes.pdf.jpgDissertação_Mestrado_MA_Sorção de Resíduos da Indústria Sucroenergética na Obtenção de Agronutrientes.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3419https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b079abb1-13fd-480d-868b-a900f11f68e1/download17e08a155ba5cd3382a23b72c6193c73MD54falseAnonymousREAD2024-10-1020.500.14289/187532025-02-06 00:34:57.39http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/18753https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T03:34:57Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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