Este estudo avaliou o tratamento combinado de vinhaça e hidrolisado hemicelulósico (HH) — efluentes gerados na produção de etanol de 1ª e 2ª geração - em um sistema anaeróbio-aeróbio. O sistema foi alimentado continuamente com vinhaça e HH em uma proporção de 75 – 25% (v/v) e consistiu em um reator anaeróbio de dois estágios (posteriormente operado como reator metanogênico de um único estágio), seguido de um sistema aeróbio de lodos ativados. Sob condições ótimas (TDH = 12h), o póstratamento aeróbio resultou em eficiência de remoção de demanda química de oxigênio (DQO) de 62 ± 9%, com eficiência global do sistema (anaeróbio + aeróbio) de 88 ± 3%. Em relação à biodegradabilidade, o efluente do reator anaeróbio em dois estágios apresentou elevada recalcitrância, levando à necessidade de adição de glicose no início do processo para facilitar a adaptação dos microrganismos aeróbios ao efluente. Já com o reator anaeróbio em apenas um estágio, seu efluente tem maior concentração de ácidos graxos voláteis (AGVs), mais biodegradáveis, o que levou a um aumento na eficiência do pós-tratamento. A caracterização qualitativa mostrou que a maioria dos compostos identificados no afluente foi eficientemente removida pelos microrganismos aeróbios, restando apenas pequenas concentrações de ácidos graxos de cadeia longa (AGCL), estigmasterol e compostos aromáticos no efluente final. O sistema de lodos ativados mostrou-se adequado para funcionar como pós-tratamento da codigestão anaeróbia de vinhaça e HH, sendo capaz de lidar com as flutuações na operação do sistema anaeróbio e fornecer um efluente final de qualidade estável.