AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus pela minha vida e por toda força concedida nos momentos de dificuldades e atribulações, pois sempre esteve ao meu lado me dando forças. Aos meus pais Ana e Pedro, os quais eu amo com todas as minhas forças, por terem me dado a vida, me ensinado a ser quem eu sou, e por todo apoio para chegar até aqui e continuar seguindo em frente. Aos meus irmãos, Laisa e Alexandre, meus grandes e eternos amigos e a quem eu amo tanto. À minha sobrinha e afilhada

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... ana, minha eterna princesinha a quem eu amo tanto. A toda a minha família, pelo encorajamento, solidariedade e força no decorrer do doutorado. Ao meu orientador Eduardo Cleto Pires, pelo apoio e confiança no decorrer do desenvolvimento do trabalho. Obrigado pela orientação e estimulo para a realização deste trabalho, e ao longo do estágio docência no Programa de Aperfeiçoamento de Ensino (PAE-USP). Obrigado por ser um dos incentivadores da realização da minha graduação em engenharia civil em paralelo com o doutorado. À Drª. Eloisa Pozzi (Elô) e Drª. Isabel Sakamoto (Bel), obrigado pela amizade, por todas as dicas e informações sempre valiosas prestadas no decorrer da pesquisa, por todo apoio e força concedida nos diversos momentos. Aos alunos colegas do LPB/EESC/USP, em especial Marcus Vinicius Freire, Ahmad Fiaz, Janja, Carol, Inês, e a todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho. vi Aos professores Dr. Eugênio Foresti, Drª. Márcia Damianovic e Dr. Marcelo Zaiat pelos ensinamentos, pelas dicas valiosas na realização deste trabalho e pelo exemplo de mestres. À Drª. Valéria Del Nery pelas dicas imprescindíveis na realização dos procedimentos experimentais. Aos funcionários do SHS/USP por estarem sempre prontos a ajudar, em especial à Sá, Rose e Priscila. Aos funcionários do Campus 2, em especial à Silvana (Sil), pelo carinho e amizade; a Dona Rosa, Fátima, Andréia e Sr. Antônio. Ao professor Dr. Flávio Bentes Freire por toda amizade, apoio e confiança repassada na construção da minha carreira acadêmica desde à iniciação científica. Aos amigos de São Carlos, André Rodrigues (Angel), Mônica, Roger, Potter e tantos outros, obrigado pela amizade, por todos os momentos de risadas e pela força nos momentos de fraqueza. Aos amigos e colegas da graduação em engenharia civil do UNICEP, em especial à Grasiela (Gra), Adriele (Dri), Ana Flávia, Laira, Vicente, Rogério, Hermes, obrigado pela amizade e pelo apoio. Aos professores da graduação em engenharia civil do UNICEP, pelos ensinamentos e pela compreensão nos momentos de dificuldades, em especial a professora Drª. Luciana M. B. Figueiredo pela amizade e pela pronta disponibilidade em sempre me ajudar. À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pelo apoio à pesquisa, por meio da bolsa de doutorado (Processo 2014/19561-5), e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio inicial. vii O Senhor é meu pastor, nada me faltará. Deitarme faz em pastos verdejantes; guia-me mansamente a águas tranquilas. Refrigera a minha alma; guia-me pelas veredas da justiça, por amor do seu nome. Ainda que eu ande pelo vale da sombra da morte, não temerei mal algum, porque tu estás comigo; a tua vara e o teu cajado me consolam. Preparas uma mesa perante mim na presença dos meus inimigos, unges com óleo a minha cabeça, o meu cálice transborda. Certamente que a bondade e a misericórdia me seguirão todos os dias da minha vida, e habitarei na casa do Senhor por longos dias. (Salmo 23) xiii RESUMO CONCEIÇÃO, V.M. (2016). Reator anaeróbio serial (RAS) aplicado no processamento de vinhaça de cana-de-açúcar. São Carlos, 2016. 185 p. Tese (Doutorado) -Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo -EESC/USP. O objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação de reator anaeróbio serial (RAS) no processamento de vinhaça de cana-de-açúcar para a remoção de matéria orgânica e produção de biogás, submetido ao aumento gradativo de carregamento orgânico. Para tanto, foi utilizado um reator composto por quatro câmaras em série denominadas C1, C2, C3 e C4, com capacidade de 5 L cada, totalizando um volume de 20 L. A primeira etapa do trabalho (Etapa 1) consistiu na operação e monitoramento do reator RAS partindo-se da aplicação da carga orgânica volumétrica (COV) de 0,5 kg DQO m -3 .d -1 até a obtenção da COV de 2,5 kg DQO m -3 .d -1 . Na segunda etapa (Etapa 2) foram operados reatores em batelada sequencial, simulando a operação contínua do reator RAS, visando estudar o efeito do aumento de taxas de carregamento orgânico aplicado. O reator RAS operou sob baixos valores de COV global e COAL global aplicados na Etapa 1, obtendo-se máximas de 2,50 kg DQO m -3 .d -1 e 0,167 kg STV m -3 .d -1 , respectivamente. Os resultados obtidos da Etapa 1 indicam satisfatória remoção global média de matéria orgânica na forma de DQO, superiores a 90 %, propiciada pela adaptação da biomassa ao longo dos reatores sequenciais. O metano apresentou-se como o gás predominante na composição do biogás produzido, com valores acima de 75 %, que confirmam o estabelecimento do sistema metanogênico pleno. Em todos os compartimentos dos reatores sequenciais verificou-se maior abundância relativa para os domínios Archaea e Bacteria os gêneros Methanosaeta, produtores de metano e, T78, responsável pela degradação de açúcares, respectivamente. Principalmente para os reatores C3 e C4, observou-se adaptação de algumas populações para ambos os domínios Bacteria e Archaea indicado pelo menor índice de diversidade e aumento da dominância. O aumento das taxas de carregamento orgânico aplicado ao lodo, estipuladas nos ensaios em batelada na Etapa 2, propiciou o aumento dos valores de carga orgânica aplicada para todos os reatores. Com o aumento do carregamento orgânico aplicado, observa-se o aumento e acúmulo de ácidos orgânicos para todas as fases dos ensaios, principalmente o acético. A produção de metano foi significativa na operação dos reatores em batelada, principalmente em C1. De forma geral, os resultados obtidos demonstraram o bom desempenho do processamento da vinhaça de cana-deaçúcar em reator compartimentado tipo RAS para a remoção de matéria orgânica e produção de biogás. Palavras -chave: Reator anaeróbio serial; Vinhaça de cana-de-açúcar; COV e COAL; Remoção de matéria orgânica; Produção de biogás; Diversidade microbiana; Sequenciamento. ii ABSTRACT CONCEIÇÃO, V. M. (2016). Anaerobic serial reactor (ASR) applied in the processing sugarcane stillage. São Carlos, 2016. 185 p. Thesis (Ph.D.) -School of Engineering of São Carlos, University of São Paulo -EESC/USP. The aim of this study was to investigate the application of an anaerobic serial reactor (ASR) in the sugarcane stillage processing for the removal of organic matter and biogas production, submitted to the gradual increase in organic loading rate. ASR reactor consisted of four reactors operated in series (C1, C2, C3 and C4), each with a reaction volume of 5 L (total volume of 20 L). The first step (Step 1) consisted of reactor operation and monitoring; organic loading rate was gradually increased from 0.5 kg COD m -3 d -1 up to 2.5 kg COD m -3 d -1. In the second step (Step 2), sequential batch reactors were operated, simulating the continuous ASR reactor operation, aiming to study the effect of the increase of organic load applied to sludge (OLS). The ASR reactor operated under low values of COV global and COAL global applied in Step 1, obtaining a maximum 2.50 kg COD m -3 d -1 and 0.167 kg TVS/m -3 d -1 , respectively. The results obtained from Step 1 indicated satisfactory removal of the global average organic matter in the form of COD more than 90 %, caused by adaptation of the biomass along the sequential reactors. Methane appeared to be the predominant gas in biogas composition, with values above 75%, which confirmed the establishment of the full methanogenic system. In all compartments of the sequential reactors, there was a higher relative abundance for the domains Archaea and Bacteria of the genera Methanosaeta, methane producers, and T78, which is responsible for degradation of sugars, respectively. Especially for the reactors C3 and C4, the adaptation of some populations for both domains Bacteria and Archaea indicated was observed by the lower diversity index and increase in dominance. The increase of the organic loading rates applied to the sludge, as established in the batch tests, increased the organic load values applied to all reactors. With the increase of organic loading applied, an increase in the accumulation of organic acids, mainly acetic, for all stages and the batch tests. Methane production was significant in the operation of batch reactors, mainly in the C1. In general, the results obtained showed good performance of the processing of the sugarcane stillage in serial reactor (ASR) for the removal of organic matter and biogas production.