Rogers Ribeiro.

Segundo dados do IBGE (2005) em 2003 o Brasil possuía um rebanho efetivo de 32.304.905 cabeças de suínos, produzindo aproximadamente 10 milhões de metros cúbicos de dejetos por mês. Os efluentes de suinocultura, quando tratados anaerobiamente geram biogás (fonte renovável de energia) que pode ser aproveitado em sistemas de geração de energia, reduzindo os custos operacionais do empreendimento. O projeto tem como finalidade dimensionar e avaliar um sistema modular para o tratamento termofílico de efluentes da suinocultura visando o aproveitamento do biogás, além de proporcionar a minimização dos impactos ambientais causados pela atividade.

O projeto visa criar o Centro de Pesquisa Aplicada em Sustentabilidade Hídrica e Gestão de Recursos Ambientais (CEHIGERA), sediado na Universidade de São Paulo (USP), Campus Pirassununga, e no Serviço de Água e Esgoto de Pirassununga (SAEP). O CEHIGERA terá como foco o desenvolvimento de soluções tecnológicas e estratégias inovadoras para a gestão sustentável de recursos hídricos e ambientais, com impacto direto na qualidade de vida e na sustentabilidade econômica da região. O Centro será financiado pela FAPESP e contará com colaborações entre academia, setor público e privado, além de buscar a auto sustentabilidade financeira por meio de prestação de serviços, cursos e consultorias especializadas.

O conceito de biorrefinaria tem sido aplicado a sistemas de tratamento de águas residuárias e de resíduos sólidos por vários grupos de pesquisa em todo o mundo. Muitos avanços têm sido obtidos principalmente com a aplicaçõao da biotecnologia anaeróbia, com rendimentos e produtividades crescentes na produção de ácidos orgânicos, solventes, bioplásticos, hidrogênio e metano, entre outros produtos de interesse. O domínio crescente dos conceitos básicos associados ao processo global tem levado a propostas diversificadas para valoração dos despejos e resíduos predominantemente orgânicos. Os grupos associados para o desenvolvimento deste projeto trabalham conjuntamente há mais de uma década, sempre com foco nos fundamentos dos processos e, com esta proposta, buscam a consolidação deste conhecimento acumulado para testar a hipótese de que é possível a aplicação e consolidação do conceito de biorrefinaria ao processamento de águas residuárias e resíduos sólidos pela aplicação de tecnologia anaeróbia, aliada a processos físico-químicos e catalíticos. O objetivo geral do projeto temático é aprofundar o conhecimento sobre a aplicação de tecnologia anaeróbia, como unidade principal ou combinada com processos físico-químicos e com processos químicos catalíticos, para o processamento de águas residuárias e resíduos sólidos, subprodutos de processos industriais, para consolidação do conceito de biorrefinaria. Para isso, os grupos trabalharão de forma integrada para: (i) aplicar diferentes processos de transformação e de reatores anaeróbios, no tratamento de subprodutos e águas residuárias da agroindústria, com a finalidade de geração de bioenergia e obtenção de produtos de elevado valor agregado; (ii) valorar resíduos lignocelulósicos dentro do conceito de biorrefinaria por meio de codigestão, integração da liquefação hidrotérmica e digestão anaeróbia e conversão direta de derivados da biomassa lignocelulósica utilizando catalisadores heterogêneos bifuncionais; (iii) desenvolver e investigar catalisadores à base de metais não-nobres para a conversão direta de CH4 e CO2 a ácido acético e para a conversão de CH4 e CO2 a gás de síntese via DRM (dry reforming of methane); (iv) desenvolver modelos matemáticos para os processos anaeróbios presentes em biorrefinairas; (v) aplicar a metodologia de Análise de Ciclo de Vida (ACV) para a determinação do desempenho ambiental da biorrefinaria. Com isso, espera-se que a visão tradicional do saneamento seja superada, para que se consolide definitivamente a visão de recuperação de energia e materiais para a adequação ambiental dos efluentes e resíduos gerados..

No final de 2021, a China Agriculture University (CAU), a Universidade de São Paulo (USP) do Brasil e a Universidade de KwaZulu-Natal (UKZN) da África do Sul decidiram trabalhar juntas para fornecer uma solução inovadora para a recuperação de recursos valiosos das águas residuais. Para conseguir isso, eles concordaram em responder à chamada de financiamento da Fundação Nacional de Pesquisas da Colaboração Conjunta Multilateral em Pesquisa em Ciência e Tecnologia do BRICS. O projeto BRICS se concentrará no desenvolvimento de um sistema integrado de tratamento de águas residuais que abordará os problemas ambientais decorrentes do frequente gerenciamento incorreto de águas residuais nos países envolvidos. A tecnologia proposta será um processo inovador de tratamento de efluentes em vários estágios, denominado APLS (sistema de digestão anaeróbica - remoção de poluentes - uso da terra). O processo consistirá em digestão anaeróbia e liquefação hidrotérmica para redução de poluentes orgânicos e patógenos, e oxidação avançada e adsorção de carvão ativado para remoção de resíduos de compostos farmacêuticos e metais pesados. O efluente tratado destina-se a ser reutilizado para irrigação na agricultura. A digestão anaeróbica e a liquefação hidrotermal produzirão produtos energéticos, nomeadamente biogás e biocrude, respectivamente. Para além do tratamento de águas residuais, a tecnologia incluirá o tratamento de outros resíduos sanitários, nomeadamente estrume e lamas fecais, através do processo de pirólise com recurso à energia solar para a produção de biocarvão. O biocarvão gerado será utilizado como adsorvente no processo APLS, e como mediador para a digestão anaeróbia e melhorador de solo no reuso agrícola. Os principais objetivos da equipe brasileira: i) Integrar a liquefação hidrotérmica da fase sólida de dejetos de suínos com a digestão anaeróbica da fase líquida, determinando condições ótimas de processo e construindo o balanço energético do sistema; ii) Estudar a codigestão anaeróbia das águas residuárias da liquefação hidrotérmica da fase sólida dos resíduos da suinocultura com a fase líquida desses resíduos e das águas residuais de laticínios e frigoríficos por meio de modelagem computacional de condições experimentais; iii) Estudar a aplicação de um reator compartimentado anaeróbio/microaerado para degradar efluentes combinados e iv) Estudar o reaproveitamento agrícola do reator compartimentado anaeróbio/microaerado aplicado no cultivo de alface e cenoura. Para aprofundar nosso conhecimento sobre o processo estudado, serão realizadas análises de biologia molecular e análises de espectrometria de massa e ensaios de ecotoxicidade terrestre e aquática. O processo anaeróbio será avaliado via modelagem computacional. O projeto deve ser completado com um balanço energético e um guia prático de utilização da tecnologia proposta a ser disponibilizado nos três países participantes.

O Brasil é líder mundial na produção e exportação de café. O país é também o maior produtor e exportador de café solúvel. A produção de café solúvel gera grandes quantidades subprodutos líquidos e sólidos, dentre os quais destacam-se o efluente do processo de extração e a borra. A digestão anaeróbia pode mitigar o impacto ambiental causado pela má disposição desses resíduos. O uso adequado dessa tecnologia pode também contribuir para a sustentabilidade energética do processo produtivo, e para a diversificação da matriz energética brasileira. A composição desses resíduos, todavia, ocasiona dificuldades nos processos de digestão anaeróbia em função da presença de lignina e outros compostos fenólicos. Assim, o presente projeto objetiva estudar pré-tratamentos químicos (ácido e básico) e hidrotérmico aplicados à borra de café e pré-tratamento fúngico (Pleurotus ostreatus) aplicado aos efluentes do beneficiamento de grão de café e produção de café solúvel no intuito de diminuir a recalcitrância e a toxidade dos resíduos e facilitar sua digestão anaeróbia. Inicialmente os resíduos serão caracterizados físico-químicamente e em termos de biodegradabilidade anaeróbia. Esta etapa prevê a estimativa de parâmetros cinéticos da degradação anaeróbia assim como a modelagem matemática dos processos. A estimativa de parâmetros cinéticos será realizada em reatores operados em bateladas sequenciais submetidos a concentração inicial de matéria orgânica crescente para que sejam evidenciadas condições ótimas de produção metanogênica e ácidos orgânicos, cuja formação é esperada em condições de sobrecarga. Após a caracterização, o estudo da influência dos pré-tratamentos será realizado. A auto-hidrólise e os pré-tratamentos físico-químicos serão aplicados à borra de café. O tratamento alcalino será estudado visando a remoção de lignina do resíduo, e posteriormente, os tratamentos ácido e hidrotérmico serão realizados objetivando a remoção da fração hemicelulósica. O tratamento ácido da borra de café será realizado utilizando de efluente de beneficiamento de grãos de café que possui baixo valor de pH, substituindo adição de químicos. A eficiência dos pré-tratamentos será verificada por meio do estudo da produção metanogênica, das frações sólidas tratadas e dos hidrolisados produzidos. Para o caso específico do licor alcalino gerado no pré-tratamento borra de café, este também será codigerido com o efluente ácido do beneficiamento do café. O pré-tratamento fúngico será aplicado ao efluente da produção de café solúvel com intuito de promover a diminuição de lignina solúvel e compostos fenólicos totais. Esta etapa do projeto será realizada com auxílio de estudos in silico de docking molecular e planejamento experimental fatorial para verificação de condições que proporcionem melhores taxas de crescimento fúngico e produção de lacases. Os efluentes com e sem pré-tratamento serão submetidos à biodigestão anaeróbia para que a produção de biometano seja avaliada. Este projeto será realizado nas dependências do Laboratório de Biotecnologia Ambiental da FZEA/USP e contará com a parceria de pesquisadores da UFCG/CDSA (grupo da Professora Glauciane Coelho) no estudo dos pré-tratamentos fúngicos. Com o desenvolvimento do presente projeto, espera-se contribuir para a área de degradação de compostos recalcitrantes, geração de bioenergia e produtos de interesse a partir de três dos principais resíduos da cadeia produtiva do café. Desta forma, pretende-se fomentar a criação de uma biorrefinaria acoplada cadeia produtiva do café solúvel com potencial de produção de enzimas, ácidos orgânicos e bioenergia..

Novas abordagens são necessárias para reduzir a emissão de contaminantes de preocupação emergente (CECs). Algumas fontes contribuem fortemente para tais emissões, o que direcionou o foco do PRESAGE no tratamento descentralizado de águas residuárias (WWT). Será realizada uma análise integrada do comportamento de micropoluentes orgânicos (OMPs), microrganismos e genes resistentes a antibióticos (ARMs / ARGs), patógenos e vírus. A contribuição de tal mistura complexa na ecotoxicidade do efluente final será avaliada. As tecnologias serão validadas em 4 unidades de demonstração tratando água preta e cinza, e efluentes de hospitais e uma indústria de antibióticos, em estreita colaboração com o setor industrial. Especialistas na área de tratamento de águas residuárias, microbiologia e ecotoxicologia irão cooperar fortemente e participar de um plano de mobilidade com foco em habilidades complementares..

Projeto de pesquisa aprovado pelo CNPq - Chamada Universal MCTI/CNPq Nº 01/2016.

A liquefação hidrotermal é uma tecnologia emergente para a conversão de biomassa úmida em biocombustíveis, mais especificamente óleo bruto (biocrude oil - BCO). Dada sua composição e eficiência de crescimento, algas e cianobactérias são excelente possibilidade de matéria prima. Na produção de BCO, também é gerada grande quantidade de água residuária (post hidrothermal liquefaction wastewater - PHWW), rica em nutrientes e matéria orgânica, todavia com potencial tóxico elevado. A digestão anaeróbia da PHWW é possível, porém, em sistemas descontínuos, elevados tempos de residência e altas taxas de diluição são necessários. O principal gargalo para implantação em larga escala de processos de liquefação hidrotermal visando produção de BCO é o tratamento contínuo e o reúso desse tipo de efluente. O reator anaeróbio horizontal de leito fixo (RAHLF) tem sido pesquisado nos últimos 20 anos, se mostrando eficiente particularmente para a degradação de efluentes tóxicos. O objetivo dessa proposta é avaliar o processo de degradação de efluente de liquefação hidrotermal em RAHLF inoculado com biomassa bioestimulada e aclimatada, imobilizada em espuma de poliuretano. A bioestimulação será realizada em reatores operados em bateladas sequenciais alimentados substrato à base de ácido acético, propiônico, butírico, valérico e metanol. Esta etapa objetiva o desenvolvimento de microrganismos acetogênicos e metanogênicos capazes de atuar em ambientes com elevadas concentrações desses ácidos e abeis na degradação do valerato, passo previamente identificado como limitante do processo. Os microrganismos serão posteriormente aclimatados ao efluente também em regime de bateladas sequenciais. As eficiências dos processos de bioestimulação e de aclimatação serão avaliadas através de inferência de parâmetros cinéticos da produção de metano, análises de biologia molecular e testes de atividade metanogênica específica. Parâmetros cinéticos da degradação de matéria orgânica também serão inferidos com microrganismos imobilizados em espuma de poliuretano e os intermediários da digestão anaeróbia serão identificados de maneira que seja possível a modelagem matemática do processo. Para a modelagem, duas abordagens serão utilizadas: i) estudo e compreensão do modelo da digestão anaeróbia nº 1 (ADM1) da International Water Association (IWA), transpondo a sua notação matricial para equações bioquímicas e físico-químicas na plataforma EMSO - "Environment for Modeling, Simulation, and Optimization" e ii) modelagem simplificada utilizando reações em série e paralelo com dois produtos intermediários através da ferramenta solver do Excel®. A presente proposta trata-se de continuação de projeto de pós-doutorado desenvolvido pela proponente, com bolsa FAPESP, sob supervisão do Prof. Yuanhui Zhang (docente da Universidade de Illinois ? UIUC e da China Agricultural University ? CAU). Durante o desenvolvimento daquele projeto, se comprovou a possibilidade de aplicação da digestão anaeróbia na estabilização de efluentes de liquefação hidrotermal. Com o desenvolvimento deste projeto pretende-se solidificar parceria já existente entre os pesquisadores da Universidade de São Paulo e os pesquisadores da UIUC e da CAU, contribuindo para o aumento de escala de processos de liquefação hidrotermal convertendo cianobactérias a BCO, uma vez que experiências com o tratamento anaeróbio contínuo desse efluente não foram relatadas em literatura.

O grande desafio desse projeto de pesquisa é estabelecer as bases para aplicar o conceito de biorrefinaria a uma estação de tratamento biológico de águas residuárias, com geração de biocombustíveis e de produtos de alto valor agregado. Tal concepção se baseia no emprego de reatores anaeróbios como unidades principais da estação, principalmente pelo fato desse processo ter como produtos finais uma grande variedade de ácidos orgânicos e solventes na fase líquida, além de hidrogênio e metano na fase gasosa. Nessa nova abordagem, águas residárias predominantemente orgânicas são as matérias-primas do processo e a estação de tratamento, com seus equipamentos e reatores, constituem a rede de instalações para geração de produtos e subprodutos de alto valor agregado. Muitos desafios devem ser superados com essa nova concepção a começar pelas baixas concentrações de matéria orgânica encontradas em águas residuárias o que leva a geração de produtos também em baixas concentrações. A esse desafio se soma a complexidade da composição das águas residuárias, com variações temporais e espaciais. O uso de culturas microbianas mistas, embora seja uma grande vantagem para a biotecnologia anaeróbia, passa a ser um outro desafio para a concepção de biorrefinaria já que o controle do processo pode se tornar difícil. Para superar esses desafios, um grupo multidisciplinar de pesquisadores foi constituído com o objetivo de estabelecer os fundamentos de uma biorrefinaria alimentada com águas residuárias que gere energia e materiais de alto valor agregado além de cumprir com sua função principal de mitigação dos impactos ambientais de lançamento de despejos líquidos no ambiente..

Estudar o potencial do uso de efluentes tratados de laticínio na irrigação agrícola. a) Caracterizar as concentrações dos constituintes do efluente de laticínio tratado, visando à utilização na irrigação, avaliando a contribuição da presença de macro e micro nutrientes como fonte de fertilizante as plantas; b) Avaliar o desenvolvimento produtivo e tecnológico do cultivo da beterraba irrigada, comparativamente, com água e com efluente de laticínio tratado, por diferentes lâminas aplicadas; c) Avaliar o desempenho do sistema de irrigação pela utilização de águas residuárias; d) Avaliar a presença de organismos patogênicos nos efluentes e no produto final da beterraba irrigada.

Lipídeos contidos em resíduos de laticínios além de representarem uma perda industrial importante, interferem negativamente nos sistemas de tratamento de efluentes inibindo a atividade microbiana do consórcio envolvido. Como forma de minimizar tais problemas, pré-tratamentos com lipases são realizados, porém além glicerol, ácidos graxos de cadeia longa (AGCLs) são os principais produtos dessa hidrólise, e estes últimos em muitos casos, inibem a conversão anaeróbia de matéria orgânica. Para estudar mais detalhadamente o problema, o presente projeto objetiva verificar o incremento da produção metanogênica advinda da codigestão anaeróbia de esterco bovino e gordura advinda de efluentes de laticínio. Para tanto, as gorduras serão adicionadas in natura e após pré-tratamentos com duas enzimas lipolíticas, sendo uma éster-inespecífica, obtida de Cândida rugosa, e a outra éster-específica, obtida de Geotrichum candidum. Primeiramente, as enzimas serão caracterizadas bioquimicamente atuando sob as gorduras do leite. Depois serão determinadas as condições ótimas de hidrólise das gorduras do leite no tocante a tempo e temperatura de processo e, por fim, a produção metanogênica advinda da estabilização de dejetos bovinos combinados com as gorduras de efluentes de laticínios será determinada através de ensaios de biodegradabilidade anaeróbia. Os ensaios de biodegradabilidade anaeróbia serão realizados sem adição de gordura e com concentrações crescentes desse resíduo, objetivando estudar duas condições experimentais nas quais não se espera inibição e duas condições nas quais se espera inibição em função da presença de gorduras. Nas condições nas quais se verificar a ocorrência de inibição, os ensaios serão repetidos com adição de fibras celulósicas adsorventes no intuito de minimização dos efeitos inibitórios. As fibras utilizadas serão asoriundas do processamento de coco e cana de açúcar. Os metabólitos do processo serão analisados via cromatografia gasosa.

Trata-se de um projeto multiusuário coordenado por docentes de duas das Universidades estaduais paulistas: Prof. Dr. Paulo José do Amaral Sobral, o Prof. Dr. Marcus A. Zanetti, da FZEA-USP, e a Profa Dra Vânia Regina Nicoletti Telis, da UNESP, campus de São José do Rio Preto, e que envolve 14 projetos complementares, coordenados por docentes da USP (campi de Pirassununga e Ribeirão Preto) e da UNESP de S.J. Rio Preto. Pretende-se adquirir um microscópio eletrônico de varredura (MEV) de bancada. O MEV é um dos principais equipamentos para estudos da microestrutura de alimentos, biopolímeros, biomateriais e materiais convencionais. Em alimentos, entende-se como microestutura, o arranjo espacial de elementos identificáveis e de suas interações, em escalas abaixo de 100 micra. Os elementos microstruturais típicos em alimentos são células, grânulos do amido, proteínas, gotas de água e de óleo, cristais de lipídeos, bolhas de gás, dentre outros. Alguns desses elementos podem ser observados em biomateriais, filmes comestíveis e produtos microencapsulados, e estão diretamente relacionados às suas propriedades físicas. Trata-se do primeiro MEV do campus da USP de Pirassununga, mas alguns membros da equipe têm experiência com esse tipo de microscopia. Esse MEV será utilizado para se estudar a microestrutura de carne bovina e de peixe, leite (in natura ou em pó), produtos micro e nanoencapsulados, extratos vegetais desidratados, amido, tecidos vegetais, filmes biodegradáveis, membranas, material cimentício e material de tratamento de resíduos (biofilmes), entre outros.

Com o intuito de aperfeiçoar os processos biológicos de tratamento de resíduos de agroindústrias, pretende-se desenvolver sistemas de tratamento biológico de efluentes tendo como estudo de caso as águas residuárias geradas pelas instalações do laticínio da Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos ? FZEA ? USP. Para tanto, serão empregados reatores biológicos em escala piloto visando a remoção de matéria orgânica e nitrogênio total, com regime de operação contínuo e em batelada. O sistema com regime de operação em batelada será composto de dois reatores, o primeiro, anaeróbio, destinado à remoção de matéria orgânica carbonácea e conversão do nitrogênio orgânico em nitrogênio amoniacal, e o segundo, aeróbio com aeração intermitente, destinado à remoção da matéria orgânica carbonácea residual e do nitrogênio total. Parâmetros como estratégia de alimentação e de aeração, a adição de alcalinidade e de fonte externa de carbono serão avaliados nessa etapa visando a otimização da remoção de nitrogênio total. A partir dos dados de monitoramento do reator aeróbio operado em bateladas seqüenciais será realizada a modelagem matemática dos processos envolvidos, e a simulação dos processos empregando modelos teóricos e redes neurais artificiais. As respostas obtidas pelos dois sistemas de controle serão implementadas em circuitos eletrônicos específicos para as situações simuladas visando a remoção de nitrogênio, estabelecendo-se assim as estratégias de acionamento dos dispositivos de aeração, de alimentação do reator e de adição de fonte externa de carbono. O sistema de tratamento com regime de operação em contínuo será composto de reator combinado anaeróbio-aeróbio constituído de reator UASB, seguido de filtro anaeróbio e filtro aeróbio submerso, todos acoplados em uma única unidade de tratamento.

O presente projeto objetiva o estudo de um reator anaeróbio com biomassa imobilizada e agitação por recirculação (ASBBR) tratando efluente advindo de uma pequena unidade beneficiadora de leite e produtora de seus derivados. O reator será construído em escala piloto (500L) e operado de acordo com resultados obtidos previamente em escala de bancada. Serão avaliados o período de partida, a influência da velocidade ascensional de agitação na eficiência do reator, e sua operação prolongada, frente à exposição do sistema a cargas orgânicas diárias variáveis. Serão obtidos parâmetros cinéticos do processo, e a biomassa atuante será freqüentemente avaliada por meio de análises de microscopia óptica e de varredura. O estado fisiológico do lodo será também acompanhado em função de análises periódicas de atividade metanogênica específica. O volume de biogás gerado será quantificado e também relacionado à estabilidade do processo. Acredita-se que essa configuração seja uma opção racional e viável para a solução dos problemas encontrados na operação de plantas de tratamento de efluentes de laticínios, já que esse tipo de água residuária confere problemas a reatores anaeróbios ou aeróbios, sejam eles baseados na utilização de biomassa fixa ou suspensa. Além do exposto, salienta-se que a viabilização de processos anaeróbios em laticínios muito pode contribuir para o suprimento energético dessas plantas, conferindo a esse setor da indústria de alimentos maior grau de sustentabilidade econômica e ambiental..

O projeto tem por objetivo a caracterização dos efluentes do abate de ovinos e a proposição e operação de um sistema de tratamento, cujo critério de escolha foi baseado em sua própria sustentabilidade. A finalidade do projeto é em última instância a geração de política públçica que balise as ações do setor na área de tratamento de resíduos.