This study evaluated the treatment of sugarcane vinasse in a two-stage anaerobic membrane bioreactor (AnMBR). For a better comprehension of the effluent characteristics and its behavior during biological degradation, this research initially undertook a detailed characterization of vinasse and its aerobic and anaerobic biodegradability. Afterward it was studied the treatment of vinasse in a system comprised of an upflow acidogenic reactor followed by a methanogenic reactor coupled to a membrane module. The vinasse samples differed greatly among themselves; however, the parameters present in the soluble fraction, in general, showed little variability. Vinasse samples showed an excellent biodegradability (>96.5%) and low percentage of inert COD (96,5%) e baixo percentual de DQO inerte (<3,5%), tanto em condições aeróbias quanto anaeróbias. Durante a aclimatação da biomassa no biorreator priorizou-se a manutenção dosníveis seguros de AGV e de alcalinidade bicarbonato para o tratamento anaeróbio. Após a aclimatação, as concentrações médias de AGV no efluente bruto, no efluente do reator acidogênico e no permeado foram de 2141, 3525 e 72 mgHAc/L, respectivamente. A separação dos estágios também foi verificada pela análise da composição do biogás. No biogás do reator acidogênico a concentração de metano foi desprezível, enquanto que o biogás do reator metanogênico foi constituído de aproximadamente 64% de metano e 36% de dióxido de carbono. A remoção de cor e turbidez foi de 57,4 ± 15,4% e 97,2 ± 2,0%,respectivamente. O BRMan de duplo estágio apresentou resultados bastante satisfatórios de remoção de matéria orgânica, sendo que a remoção global de DQO e COT do sistema foi de 96,9 ± 0,7% e 95,0 ± 1,1%, respectivamente. Em relação ao desempenho da filtraçãoverificou-se que a formação da torta foi o principal mecanismo de incrustação determinante da permeabilidade operacional. Os resultados indicaram que o efluente tratado pelo BRMan de duplo estágio apresentou uma qualidade bastante superior em relação ao vinhoto bruto para a utilização na fertirrigação baixo teor de matéria orgânica biodegradável, livre de sólidos suspensos, pH neutro e menor tendência à acidificação podendo ser avaliada a possibilidade da aplicação de um pós-tratamento para a recuperação dos nutrientes inorgânicos. Recomenda-se pesquisas futuras no sentido de otimizar as condições de filtração com o propósito de aumentar a viabilidade do processo
