Attractivity of vinasse spraying to stable flies, Stomoxys calcitrans in a sugarcane area

ABSTRACT: Stable fly (Stomoxys calcitrans) outbreaks have been associated with sugarcane mills in Brazil. This study aimed to evaluate the attractivity of vinasse, a liquid byproduct of ethanol production applied to postharvest sugarcane fields, to adult S. calcitrans. Stable fly abundance was monitored for 21 days in August-September 2014, at a sugarcane mill in the municipality of Nova Alvorada do Sul, state of Mato Grosso do Sul, Brazil. Following mechanized harvesting of sugarcane and the consequent deposition of large amounts of plant residue (straw) in the field, the study area (13.5ha) was surrounded by 22 sticky cylinder (alsynite) traps. The area was fertigated with vinasse immediately after the traps were placed. Insects caught in the traps were collected daily at 7:00 a.m., 11:00 a.m. and 15:00 p.m. A total of 83,593 specimens of S. calcitrans were caught, of which 5,516 (6.6%) were attracted within the first five hours after vinasse application. The highest number of S. calcitrans was caught in the first week following vinasse application, with a peak on the 4th day (12,818 flies), which was influenced by adverse weather conditions on the previous days. This study confirms that fertigation of sugarcane fields by spraying vinasse after the harvest attracts S. calcitrans, thus quickly increasing their abundance over the days following application.

RESUMO: Surtos da mosca-dos-estábulos (Stomoxys calcitrans) têm sido associados a usinas sucroalcooleiras no Brasil. Este estudo objetivou avaliar a atratividade da aspersão de vinhaça, um subproduto líquido da produção de etanol aplicado após a colheita em áreas canavieiras, a adultos de S. calcitrans. A abundância desta mosca foi monitorada em uma usina de cana-de-açúcar por 21 dias, entre agosto e setembro de 2014, em Nova Alvorada do Sul/MS. Após a colheita mecanizada da cana e consequente deposição de grande quantidade de palha no campo, a área de estudo (13,5ha) foi cercada com 22 armadilhas adesivas cilíndricas (alsynite). Fertirrigação com vinhaça foi iniciada imediatamente após instalação das armadilhas. A coleta das moscas capturadas nas armadilhas foi realizada diariamente às 7:00 a.m., 11:00 a.m. e 15:00 p.m. Foram capturados 83.593 espécimes de S. calcitrans, sendo 5.516 (6,6%) atraídos nas primeiras cinco horas após a aplicação da vinhaça. Maior número de S. calcitrans foi capturado na primeira semana do estudo (53.937 moscas), com pico no 4º dia (12.818 moscas), influenciado pelas condições climáticas adversas ocorridas nos dias anteriores. O presente estudo confirma que o processo de fertirrigação de áreas canavieiras com aspersão de vinhaça após a colheita é atrativo à S. calcitrans, aumentando rapidamente sua abundância nos dias subsequentes à aplicação.

Attractivity of vinasse spraying to stable flies, Stomoxys calcitrans in a sugarcane area / C Stomoxys calcitrans (Diptera: Muscidae), em área canavieira

Stable fly (Stomoxys calcitrans) outbreaks have been associated with sugarcane mills in Brazil. This study aimed to evaluate the attractivity of vinasse, a liquid byproduct of ethanol production applied to postharvest sugarcane fields, to adult S. calcitrans. Stable fly abundance was monitored for 21 days in August-September 2014, at a sugarcane mill in the municipality of Nova Alvorada do Sul, state of Mato Grosso do Sul, Brazil. Following mechanized harvesting of sugarcane and the consequent deposition of large amounts of plant residue (straw) in the field, the study area (13.5ha) was surrounded by 22 sticky cylinder ("alsynite") traps. The area was fertigated with vinasse immediately after the traps were placed. Insects caught in the traps were collected daily at 7:00 a.m., 11:00 a.m. and 15:00 p.m. A total of 83,593 specimens of S. calcitrans were caught, of which 5,516 (6.6%) were attracted within the first five hours after vinasse application. The highest number of S. calcitrans was caught in the first week following vinasse application, with a peak on the 4th day (12,818 flies), which was influenced by adverse weather conditions on the previous days. This study confirms that fertigation of sugarcane fields by spraying vinasse after the harvest attracts S. calcitrans, thus quickly increasing their abundance over the days following application.(AU)

Surtos da mosca-dos-estábulos (Stomoxys calcitrans) têm sido associados a usinas sucroalcooleiras no Brasil. Este estudo objetivou avaliar a atratividade da aspersão de vinhaça, um subproduto líquido da produção de etanol aplicado após a colheita em áreas canavieiras, a adultos de S. calcitrans. A abundância desta mosca foi monitorada em uma usina de cana-de-açúcar por 21 dias, entre agosto e setembro de 2014, em Nova Alvorada do Sul/MS. Após a colheita mecanizada da cana e consequente deposição de grande quantidade de palha no campo, a área de estudo (13,5ha) foi cercada com 22 armadilhas adesivas cilíndricas ("alsynite"). Fertirrigação com vinhaça foi iniciada imediatamente após instalação das armadilhas. A coleta das moscas capturadas nas armadilhas foi realizada diariamente às 7:00 a.m., 11:00 a.m. e 15:00 p.m. Foram capturados 83.593 espécimes de S. calcitrans, sendo 5.516 (6,6%) atraídos nas primeiras cinco horas após a aplicação da vinhaça. Maior número de S. calcitrans foi capturado na primeira semana do estudo (53.937 moscas), com pico no 4º dia (12.818 moscas), influenciado pelas condições climáticas adversas ocorridas nos dias anteriores. O presente estudo confirma que o processo de fertirrigação de áreas canavieiras com aspersão de vinhaça após a colheita é atrativo à S. calcitrans, aumentando rapidamente sua abundância nos dias subsequentes à aplicação.(AU)

Avaliação do crescimento de micro-organismos fotossintetizantes em fotobiorreator tubular empregando nutrientes provenientes da vinhaça tratada / Evaluation of the growth of photosynthetic microorganisms in tubular photobioreactor using nutrients from treated vinasse

vinhaça é resultante da produção de álcool, após a fermentação do mosto e destilação do vinho. É um resíduo rico em nutrientes, principalmente matéria orgânica, nitrogênio, fósforo e potássio. Para ser despejado em rios e lagos, esse efluente deve passar por tratamentos para remoção desses nutrientes, pois o excesso desses elementos nos corpos hídricos poderia levar a grandes problemas ambientais, de modo que tem sido utilizado em fertirrigação. Microorganismos fotossintetizantes absorvem nutrientes inorgânicos, podendo absorver nutrientes de águas residuais. Se for removida a parte orgânica da vinhaça, a fração inorgânica ou com baixa carga orgânica pode ser a base ou o próprio meio de cultivo destes micro-organismos, que absorvem gás carbônico e sua biomassa é de interesse industrial. Neste contexto, foi estudado o cultivo de Monoraphidium contortum e Synechocystis salina, oriundos de água de mangue, em frascos de Erlenmeyer e em fotobiorreatores tubulares por processo descontínuo, empregando a vinhaça proveniente do tratamento aeróbio (biológico), acoplada a processos físico-químicos, com diferentes diluições. As características físico-químicas das vinhaças tratadas foram avaliadas. Além disso, foram comparados os crescimentos celulares nas diferentes condições experimentais adotadas para o crescimento da microalga M. contortum e da cianobactéria S. salina na vinhaça tratada com e sem diluição. Em cultivos em frascos de Erlenmeyer, em meio proveniente de tratamento biológico, o crescimento celular não diferiu do cultivo em meio padrão, com diluições de 5 e 2 vezes da vinhaça tratada para M. contortum e S. salina, respectivamente. Em fotobiorreator tubular, independente do tratamento ser apenas biológico ou também com carvão ativado, as concentrações celulares máximas (Xm) de M. contortum e S. salina foram da ordem de 1,86x107 células mL-1 e 7,90x106 células mL-1, respectivamente, valores esses menores que os obtidos em meio padrão, com valores de Xm de 2,69x107 células mL-1 e 1,27x106 células mL-1 para M. contortum e S. salina, respectivamente. Em fotobiorreatores tubulares, os teores de mínimos de lipídios de M. contortum e S. salina foram de 33,4 % e 11,0 %, respectivamente. Adicionalmente, os teores mínimos de proteínas da microalga foram de 15,1 % e da cianobactéria foi de 23,2 %

The vinasse is the result of the production of alcohol after the fermentation of the mash and the distillation of the wine. It is a waste rich in nutrients, mainly organic matter, nitrogen, phosphorus and potassium. To be discharged into rivers and lakes, this effluent must be treated in order to remove nutrients, because the excess of these elements in water bodies can lead to major environmental problems, so that it has been used in fertigation. Photosynthetic microorganisms absorb inorganic nutrients and they can absorb nutrients from wastewater. If the organic fraction of vinasse is removed, the inorganic or low organic fraction may be the basis or a medium of cultivation of these microorganisms, which absorb carbon dioxide and its biomass is of industrial interest. In this context, Monoraphidium contortum and Synechocystis salina from mangrove water were cultivated in Erlenmeyer flasks and in tubular photobioreactors by batch process using vinasse from aerobic biological treatment, coupled to physicochemical treatments with different dilutions. The physicochemical characteristics of the treated vinasse were evaluated. In addition, cell growth was compared under different experimental conditions adopted for growth of microalgae M. contortum and cyanobacteria S. salina in vinasse treated with and without dilution. In Erlenmeyer flask cultivations, in medium from the biological treatment, the cell growth was not different of that one in standard medium cultivation, with dilutions of 5 and 2 times the vinasse treated for M. contortum and S. salina, respectively. In the tubular photobioreactor, irrespective if the treatment is only biological or also is carried out treatment with activated charcoal, they were obtained maximum cell concentrations (Xm) of M. contortum and S. salina of 1.86x107 cells mL-1 and 7.90x106 cells. mL-1 , respectively, lower than the standard, whose Xm values were 2.69x107 cells mL-1 and 1.27x106 cells mL-1 for M. contortum and S. salina, respectively. In tubular photobioreactors, the minimum lipid contents of M. contortum and S. salina were 33.4 % and 11.0 %, respectively. In addition, the minimum protein content of microalgae was 15.1 % and cyanobacterium was 23.2 %

Influence of manure concentration as inoculum in anaerobic digestion of vinasse / Influência da concentração de esterco como inóculo na digestão anaeróbia da vinhaça

Vinasse, main residue of the sugarcane industry, has high pollutant content, being subjected to the use in biogas production due to the high content of organic matter non-toxic to microbial action. For a consolidated process, it is necessary to study parameters that influence the process, in which the amount of inoculum is one of the major factors in the biological process of biogas production. This study investigated the influence of the amount of manure as inoculum (0.5 to 5.5%) during the biodigestion process, evaluating variables such as chemical oxygen demand (COD), pH, biogas production, methane concentration, total solids and total phosphorus and nitrogen contents, as well as microbiological analysis in the sludge remaining in the digester. Biodigestion occurred normally, with hydraulic retention time (HRT) of 20 days, with an acidogenic phase, subsequent stabilization of pH and biogas production. The vinasse had COD and total solids reduced during biodigestion by around 67 and 40%, respectively. Biogas production was increased after the fifth day. Among the three studied conditions, there was no significant increase in efficiency of inoculum use and it can be used the lowest amount, 0.5 % (m v-1).

A vinhaça, principal resíduo da indústria sucroalcooleira, possui alto teor poluente, sendo passível seu uso na produção de biogás devido ao grande teor de matéria orgânica não tóxica à ação microbiana. Para que haja um processo consolidado, é necessário estudar parâmetros que influem em seu processo, sendo a quantidade de inóculo um dos principais fatores no processo biológico de produção de biogás. Este estudo verificou a influência da quantidade de esterco bovino como inóculo (de 0,5 a 5,5%) durante o processo de biodigestão, avaliando variáveis como demanda química de oxigênio (DQO), pH, produção de biogás, concentração de metano, sólidos totais e teores de fósforo total e de nitrogênio total, além de análises microbiológicas no lodo restante no biodigestor. A biodigestão aconteceu normalmente, com um tempo de retenção hidráulica (TRH) de 20 dias, verificando-se a fase acidogênica, posterior estabilização do pH e produção de biogás. A vinhaça teve seus parâmetros de DQO e de sólidos totais diminuídos durante a biodigestão, em torno de 67 e 40%, respectivamente. Houve crescente produção de biogás após o quinto dia. Percebeu-se que, dentre as três condições estudadas, não houve significativa elevação da eficiência de uso de inóculo, podendo ser usada a menor quantidade, 0,5% (m v-1).

Avaliação de lavador de gases do tipo Venturi, operando com solução de hidróxido de sódio, para dessulfuração de biogás com altas concentrações de H2S / Evaluation of a Venturi gas scrubber operating with sodium hydroxide solution for desulphurization of biogas with high H2S concentrations

RESUMO O processo de metanização tem sido empregado com sucesso como tratamento biológico de distintas tipologias de efluentes orgânicos. Para conversão do biogás em energia, o sulfeto de hidrogênio (H2S) é o principal composto a ser removido. A metanização da vinhaça, principal efluente do setor sucroenergético, gera um biogás com concentrações de H2S que podem ultrapassar os 30.000 ppmV, com grande variação devido às condições operacionais das usinas. Processos químicos de dessulfuração apresentam-se como uma alternativa que alia robustez e maior controle operacional do processo, além de não resultarem em diluição da concentração de metano, como ocorre em processos biológicos. Entretanto, a principal desvantagem desses processos é a demanda de compostos químicos, resultando em custos operacionais elevados. Esse trabalho teve como objetivo avaliar a viabilidade técnica de se realizar uma dessulfuração química de biogás com altas concentrações de H2S, além de determinar as concentrações de hidróxido de sódio (NaOH) em meio aquoso que proporcionassem altas eficiências de remoção de H2S e que possibilite que o efluente desse processo seja passível de regeneração por microrganismos sulfo-oxidantes. Foi utilizado um lavador do tipo Venturi, com uma solução de 5,00 x 10-2 mol.L-1 de NaOH. Na faixa de pH de crescimento desses microrganismos, as eficiências de remoção de H2S variaram de 99,3 a 99,9%. Constatou-se que é possível atingir eficiências máximas de remoção de H2S utilizando soluções de 5,00 x 10-3 mol.L-1 de NaOH, obtendo um efluente com pH adequado ao crescimento de microrganismos sulfo-oxidantes. Verificou-se, ainda, que o CO2 exerce grande influência na competição pelas hidroxilas presentes no meio.

ABSTRACT The methanation process has been successfully used as a biological treatment method for different effluent typologies. For biogas to energy conversion, the hydrogen sulfide (H2S) is the most important compound that must be removed. The methanation of vinasse, which is the major effluent of the sugar and ethanol industry, results in a biogas with hydrogen sulfide concentrations that might exceed 30,000 ppmV. The concentrations may vary considerably according to the operational conditions of the production process. Chemical desulphurization processes are presented as an alternative that combines robustness and provides better operational process control. Moreover, the chemical desulphurization does not result in dilution of the methane concentration, which is side effect noticed in the biological desulphurization processes. However, the main disadvantage of the chemical desulphurization is exactly the high demand for chemical compounds, which results in high operational costs. The present research investigated the technical feasibility of applying a chemical desulphurization process to treat biogas with high hydrogen sulfide concentrations; the research also aimed to determine the sodium hydroxide (NaOH) concentration in the aqueous medium, as the NaOH presence enables high efficiency of hydrogen sulfide removal and allows the effluent regeneration by sulfo-oxidant microorganisms. The experiments were carried out using a Venturi absorption tower with a NaOH chemical solution of 5.00 x 10-2 mol.L-1. In the pH range favorable to this microorganisms, the H2S removal efficiency varied from 99.3 to 99.9%. It was observed that it is possible to achieve maximum efficiency of removal of H2S using solutions of 5.00 x 10-3 mol.L-1 NaOH, obtaining an effluent with proper pH to grow sulfo oxidant microorganisms. Moreover, it was verified that carbon dioxide significantly influenced the competition for the hydroxyls present in the solution.

Girassol: emergência e crescimento inicial de plantas sob resíduos de cana-de-açúcar / Sunflower: emergence and initial plant growth under sugarcane residues

O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito da palha residual da colheita da cana-de-açúcar e da adição de vinhaça sobre o solo na emergência e no crescimento inicial de cultivares de girassol. Os tratamentos foram dispostos em esquema fatorial (5 x 2 x 3), em blocos ao acaso, com quatro repetições, combinando-se cinco quantidades de palha de cana-de-açúcar (0, 5, 10, 15 e 20t ha-1) com aplicação ou não de 150m³ ha-1 de vinhaça residual da indústria sulcroalcooleira, utilizando-se três cultivares de girassol ("IAC-iarama", "Catissol" e "Helio 358"). Foram determinadas a velocidade e a porcentagem final de emergência de plântulas, além do comprimento e da biomassa seca da parte aérea de plantas aos 30 dias após a semeadura. Verificou-se que a presença da palha de cana-de-açúcar e da vinhaça, em quantidade equivalente a 150m³ ha-1, em ação conjunta ou isolada, reduz a emergência de plântulas e o crescimento inicial de cultivares de girassol. Entretanto, essa redução não compromete drasticamente o desempenho das cultivares ("IAC-iarama", "Catissol" e "Helio-358"), que não diferiram entre si.

The aim of this research was to evaluate the effect of the interaction of soil cover with sugarcane mulch residue combined with vinasse application on seedling emergence and initial growth of sunflower cultivars. A greenhouse experiment was carried out in pots with soil, in randomized complete blocks, with four replications. The treatments, arranged in a 5 x 2 x 3 factorial, consisted of the combination of five quantities of sugarcane mulch residue cover (0, 5, 10, 15 and 20t ha-1) followed by application or not of 150m³ ha-1 of vinasse, on soil planted to the sunflower cultivars 'IAC-iarama', 'Catissol' e 'Helio 358'. The variables studied were seedling emergence speed, final emergence, as well as plant height and dry weight of above ground plant biomass. It is concluded that, under greenhouse conditions, the presence of sugarcane mulch residue in any of the quantities studied, and of vinasse in the quantity of 150m³ ha-1, either isolated or in combination, reduce seedling emergence and hamper the initial growth of sunflower, but this effect is not so drastic to endanger the cultivars development ('IAC-iarama', 'Catissol' e 'Helio-358'), that do not differ between them.