Recuperação de nutrientes da vinhaça pela zeólita para uso como um fertilizante de liberação lenta

dc.contributor.advisorShinzato, Mirian Chieko [UNIFESP]
dc.contributor.advisor-coFreitas, Juliana Gadernalli [UNIFESP]
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/9021997241840860
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3795345587829203
dc.contributor.authorDamaceno, Flávia de Oliveira
dc.contributor.authorLatteshttps://lattes.cnpq.br/0230916041151825
dc.coverage.spatialDiadema
dc.date.accessioned2024-04-24T17:39:02Z
dc.date.available2024-04-24T17:39:02Z
dc.date.issued2024-03-25
dc.description.abstractAnualmente são gerados mais de 300 bilhões de litros de vinhaça no Brasil. Por conter nutrientes importantes como adubo para os canaviais, o efluente é usado na fertirrigação desses. Contudo, a vinhaça é rica em matéria orgânica e possui pH ácido. Uma alternativa para aproveitar os nutrientes da vinhaça é extraí-los com materiais adsorventes, como os minerais do tipo das zeólitas. Esses minerais são aluminossilicatos com abundância de poros e canais em sua estrutura, e com elevada capacidade de adsorção de cátions, como potássio e amônio, cujo grau de seletividade pelas zeólita é alto. Uma vez enriquecida com nutrientes, a zeólita pode ser usada como um fertilizante de liberação lenta. Para avaliar essa alternativa, amostras de zeólita em duas granulometria (< 0,44 mm e entre 1 e 4 mm) foram caracterizadas e investigadas quanto à eficiência em recuperar nutrientes da vinhaça e utilizá-las no solo, como fertilizante de liberação lenta. A zeólita foi analisada por técnicas de fluorescência de raios-X (FRX), difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), além da determinação da Capacidade de Troca Catiônica (CTC) e do Ponto de Carga Zero (PCZ). A vinhaça também foi caracterizada quimicamente. Foram feitos testes de recuperação de nutrientes por batelada, para avaliar o efeito da concentração da vinhaça e do tempo de contato, e em coluna de percolação para analisar o ponto de exaustão. A liberação dos nutrientes foi estudada em colunas contendo solo (Latossolo Vermelho) caracterizado quimicamente. Foram realizados cinco tipos de testes de coluna: 1- solo percolado com água (controle); 2 - solo percolado com vinhaça; 3 - solo e zeólita natural percolados com vinhaça; 4 - solo e zeólita saturada em nutrientes percolados com água; e 5 - material inerte (esferas de vidro) e zeólita saturada percolados com água. Foi verificado que a mostra de zeólita mais fina possui 72% de clinoptilolita e 16% de modernita, enquanto a zeólita mais grossa tem 67% de clinoptilolita e 20% de modernita; o restante da composição é constituída da fração de muscovita. Ambas possuem cálcio, sódio e potássio como principais cátions que ocupam os sítios de troca (poros/cavidades). A CTC de ambas amostras de zeólita é em torno de 1 meq g-1, e o PCZ de 6. Apesar da vinhaça ser rica em matéria orgânica (8,7 g L-1), possui elevado teor de potássio (2,6 g L-1 K2O) e de compostos nitrogenados (0,9 g L-1), além de pH ácido (4,5). A zeólita removeu até 36,68 mg g-1 de potássio e 4,06 mg g-1 de amônio nos testes de batelada e 35,53 mg g-1 de potássio e 3 mg g-1 de amônio nos testes de coluna. No teste de percolação em colunas de solo observou-se a saída de sódio e potássio do solo (controle), em baixas concentrações se comparada às colunas 2 e 3, as quais receberam vinhaça. Nessas colunas, verificou-se que o teor de potássio no solo aumentou cerca de 20 vezes, além da matéria orgânica. Já nas colunas que receberam zeólitas saturadas com nutrientes da vinhaça (4 e 5) observou-se que houve a liberação de potássio e amônio, sendo maior no solo da coluna 4 (7 vezes maior de teor de potássio em relação à coluna controle), no entanto, sem a elevação de matéria orgânica e a acidez dos solos causadas pela vinhaça. Assim, a zeólita saturada com os nutrientes da vinhaça pode ser usada como um fertilizante de liberação lenta, sendo a vinhaça uma fonte potencial de potássio e amônio para a agricultura. A análise de sustentabilidade indicou que essa alternativa é uma resposta para o impacto da fertirrigação com vinhaça, em contraste à atual apresentação da própria fertirrigação como resposta para a geração do efluente nas indústrias sucroalcoolerias.
dc.description.abstractAnnually, more than 300 billion liters of vinasse are generated in Brazil. Because it contains important nutrients as fertilizer for sugarcane fields, the effluent is used in the fertigation of these fields. However, vinasse is rich in organic matter and has an acidic pH. An alternative to harness the nutrients in vinasse is to extract them using adsorbent materials such as zeolite-type minerals. These minerals are aluminosilicates with abundant pores and channels in their structure, and they have a high capacity for adsorbing cations such as potassium and ammonium, with a high degree of selectivity for zeolites. Once enriched with nutrients, zeolite can be used as a slow-release fertilizer. To evaluate this alternative, samples of zeolite with two particle sizes (< 0.44 mm and between 1 and 4 mm) were characterized and investigated for their efficiency in recovering nutrients from vinasse and using them in the soil as a slow-release fertilizer. The zeolite was analyzed using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), as well as determination of Cation Exchange Capacity (CEC) and Zero Point of Charge (ZPC). The vinasse was also chemically characterized. Batch nutrient recovery tests were conducted to evaluate the effect of vinasse concentration and contact time, and column percolation tests were conducted to analyze the exhaustion point. The release of nutrients was studied in columns containing soil (Red Latosol) characterized chemically. Five types of column tests were performed: 1 - soil percolated with water (control); 2 - soil percolated with vinasse; 3 - soil and natural zeolite percolated with vinasse; 4 - soil and zeolite saturated with nutrients percolated with water; and 5 - inert material (glass beads) and saturated zeolite percolated with water. It was found that the finer zeolite sample contains 72% clinoptilolite and 16% modernite, while the coarser zeolite contains 67% clinoptilolite and 20% modernite; the remaining composition is composed of muscovite fraction. Both contain calcium, sodium, and potassium as the main cations occupying exchange sites (pores/cavities). The CEC of both zeolite samples is around 1 meq g-1, with a ZPC of 6. Although vinasse is rich in organic matter (8.7 g L-1), it has a high potassium content (2.6 g L-1 K2O) and nitrogenous compounds (0.9 g L-1), as well as acidic pH (4.5). The zeolite removed up to 36.68 mg g-1 of potassium and 4.06 mg g-1 of ammonium in batch tests and 35.53 mg g-1 of potassium and 3 mg g-1 of ammonium in column tests. In the soil percolation column test, the output of sodium and potassium from the soil (control) was observed at low concentrations compared to columns 2 and 3, which received vinasse. In these columns, the potassium content in the soil increased about 20 times, along with organic matter. In the columns that received zeolites saturated with nutrients from vinasse (4 and 5), it was observed that there was a release of potassium and ammonium, which was higher in the soil of column 4 (7 times higher potassium content compared to the control column), however, without the increase in organic matter and acidity of the soils caused by vinasse. Thus, zeolite saturated with vinasse nutrients can be used as a slow-release fertilizer, with vinasse being a potential source of potassium and ammonium for agriculture. Sustainability analysis indicated that this alternative is a response to the impact of vinasse fertigation, contrasting with the current presentation of fertigation itself as a response to effluent generation in sugarcane industries.
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.emailadvisor.custommirian.cheiko@unifesp.br
dc.format.extent69 f.
dc.identifier.citationDAMACENO, F. de O. Recuperação de nutrientes da vinhaça pela zeólita para uso como um fertilizante de liberação lenta. 2024. 69 f. Dissertação (Mestrado em Análise Ambiental Integrada) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo, Diadema, 2024.
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11600/71044
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de São Paulo
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectZeólita
dc.subjectVinhaça
dc.subjectPotássio
dc.subjectAmônio
dc.subjectFertilizante de liberação lenta
dc.subjectZeolite
dc.subjectVinasse
dc.subjectPotassium
dc.subjectAmmonium
dc.subjectSlowrelease fertilizer
dc.titleRecuperação de nutrientes da vinhaça pela zeólita para uso como um fertilizante de liberação lenta
dc.typeDissertação de mestrado
unifesp.campusInstituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas (ICAQF)
unifesp.graduateProgramAnálise Ambiental Integrada
unifesp.researchAreaMineralogia aplicada e reaproveitamento de resíduos
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